[发明专利]一种混流式水轮机基本参数估算的方法

说明书

本发明涉及水轮机，提供了一种混流式水轮机基本参数估算的方法，对混流式水轮机基本参数进行估算。本发明需要估算的水轮机基本参数包括比转速n_s、单位转速n₁₁和单位流量Q₁₁，本发明的方法为：确定待估算混流式水轮机的比转速，所述比转速记为n_s；确定待估算混流式水轮机的最大应用水头，所述最大应用水头记为H_max，并判断H_max所处的范围；根据H_max对应范围的估算公式估算基本参数，公式为：当H_max≤100m时，当100m＜H_max≤200m时，n_s＝2191.5H_r^‑0.5007，Q₁₁＝1.0642Ln(n_s)‑4.7812；当200m＜H_max≤300m时，n₁₁＝1.2874n_s^0.7878，Q₁₁＝0.7821Ln(n_s)‑3.3718；当H_max＞300m时，n_s＝3609.2H_r^‑0.6189，n₁₁＝37.207n_s^0.1186，Q₁₁＝0.3652Ln(n_s)‑1.4009。本发明适用于混流式水轮机，能够更好地满足新的水电工程要求。

技术领域

本发明涉及水轮机，特别涉及一种混流式水轮机基本参数估算的方法。

背景技术

水轮机是指水电站中将水流的机械能转化成转轮的机械能，使转轮和主轴克服各种阻力而连续运转起来的机器，被称为水电站的“心脏”，其参数的合理选择对水电工程的初期投资和投运后电厂经济效益的发挥具有非常重要的作用，是水电工程设计的重要内容。

水轮机比转速n_s是衡量水轮机能量特性、空化特性、运行稳定性以及经济性和先进性的综合性指标。提高比转速对提高水轮机能量特性、降低机组造价及厂房土建投资具有重要意义；但比转速的提高又受到水轮机强度、空化性能、泥沙磨损及运行稳定性等因素的制约。因此，如何合理地确定比转速n_s是水电工程设计中非常重要的内容。由计算公式知，由于效率η的变化范围(混流式水轮机一般为90％～95％)有限，只有当单位转速n₁₁和单位流量Q₁₁合理匹配时，才能得到最合适的比转速n_s值和水轮机综合性能。

目前与本发明最接近的解决上述问题实现方案是：为了求得水轮机基本参数--比转速n_s、单位转速n₁₁和单位流量Q₁₁，通常有两种方法。方法一：若设计的水电工程中，水轮机水头、出力等参数与已设计制造的水轮机参数相同或接近，则利用该模型转轮参数和综合特性曲线估算水轮机基本参数。由于该方法是基于某一已有的模型转轮资料，受当时技术条件的限制，一般很难对转轮特性做全面、深入的试验研究，因而计算出的水轮机比转速n_s、单位转速n₁₁和单位流量Q₁₁一般难以满足新的水电工程要求；特别是大、中型或有特殊要求的水电工程，通常要求依据工程的具体条件和运行要求，运用CFD等新技术开发研制新转轮。方法二：当没有合适的模型转轮资料时，则按统计公式估算水轮机基本参数。由于该方法是按统计公式估算水轮机基本参数，目前这种统计公式较多，由于各统计公式所依据的水轮机参数样本数据是上世纪七、八十年代之前的或是某一水头段的或是某一出力范围的，存在一定的局限性，同一水电工程用不同的统计公式计算的结果不同，有些甚至相差较大，无法正确选取。因此方法一、二均无法满足水电工程对新技术、新材料、新工艺、新结构等不断发展的要求，计算出的水轮机比转速n_s、单位转速n₁₁和单位流量Q₁₁一般亦难以满足新的水电工程要求。