[发明专利]一种确定混流式水轮机尾水管压力脉动幅值的方法

摘要

一种确定混流式水轮机原型机尾水管压力脉动幅值的方法，用来预测混流式水电站每个运行工况下的运行稳定性。在模型水轮机的研发阶段，就能准确预估原型机的稳定性；该方法基于相对流量和基于转轮叶片出口速度头的压力脉动相对幅值；根据统计规律，得到反映该电站尾水管压力脉动本质的曲线；根据原型机运行参数对尾水管压力脉动进行预测，进而判断机组的运行区域的稳定性。该方法首次在世界范围了建立了一种混流式水轮尾水管压力脉动的预测方法。不论是对于原型机的运行还是新建电站的研发阶段，都有重要意义。

主权项

1.一种确定混流式水轮机尾水管压力脉动幅值的方法，其特征是：基于零环量流量的相对流量和基于叶片出口速度头的压力脉动相对幅值，该方法包括如下步骤：1)通过模型水轮机效率试验确定该水轮机零环量流量线：水轮机的零环量流量定义为转轮出口速度三角形流体绝对速度为法向时的流量，各单位转速下零环量流量连成的线为零环量流量线，通过模型试验给出，定义为每个单位转速下最高效率点连成的直线，在高空化系数下，水轮机的水力效率为工况点Q11和n11的函数，即η＝f(Q11,n11)，其中Q11和n11的定义为：式中，Q、H、D、n分别为模型试验流量、模型试验水头、模型转轮公称直径和转轮转速；零环量流量线为每个单位转速下效率最高点对应点连成的直线；2)通过模型水轮机压力脉动试验确定水轮机尾水管压力脉动幅值：在覆盖原型机运行范围里进行模型水轮机的压力脉动试验，模型试验在原型机特征水头对应的单位转速下进行，模型水轮机压力脉动试验需在电站空化系数下得到尾水管压力脉动幅值A与工况点Q11及n11的函数，即A＝f(Q11,n11)，其中，压力脉动幅值A为97％置信度下的压力脉动峰峰值△H与模型试验水头H的比值，即△H/H，△H为97％置信度下压力脉动峰峰值，H为模型试验水头，Q11和n11为单位流量和单位转速，表示工况点；3)水轮机压力脉动幅值归一化处理：将模型试验得到的压力脉动试验△H/H＝f(Q11,n11)进行归一化处理，单位流量通过零环量流量进行归一化，即Q11/Q11,0；压力脉动幅值通过转轮叶片出口速度头进行归一化，即ΔH/hdyn,u，其中叶片出口速度头hdyn,u的定义如下：通过归一化处理，得到每个单位转速n11下尾水管压力脉动相对幅值与相对流量的关系曲线，即△H/hdyn,u＝f(Q11/Q11,0)，其中u为转轮叶片出口圆周速度，n为转轮转速，D2为模型转轮公称直径，g为重力加速度；4)确定该水轮机尾水管压力脉动本质属性曲线：在不同的相对流量Q11/Q11,0下，计算不同单位转速n11下△H/hdyn,u＝f(Q11/Q11,0)的平均值，由该平均值拟合的曲线即为反映该水轮机尾水管压力脉动幅值特性的本质属性曲线，其中Q11和Q11,0分别为单位流量和零环量流量，△H和hdyn,u分别为压力脉动峰峰值和叶片出口速度头；5)原型机尾水管压力脉动幅值的确定：根据水电站水轮机的运行条件，查取该工况下原型水轮机的流量Qp和水头Hp，并通过下列公式转换成单位量：根据计算的单位转速n11，根据模型效率试验查取该单位转速下零环量流量Q11,0，计算该工况下的相对流量Q11/Q11,0；通过该相对流量值，查取该电站该工况下的尾水管压力脉动相对幅值ΔH/hdyn,u；最后通过下式计算原型机压力脉动峰峰值ΔHp：其中，np、Dp、gp分别为原型机转速、原型机转轮公称直径以及电站重力加速度，△Hp为原型机压力脉动峰峰值；根据△Hp的大小，由电站的运行规范和相关国标标准比较，判断该工况点的运行稳定性。