一种混流式水泵水轮机全特性曲线的预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107191308A(43)申请公布日2017.09.22(21)申请号201710611029.7(22)申请日2017.07.25(71)申请人中国水利水电科学研究院地址100038北京市海淀区复兴路甲一号(72)发明人黄伟杨开林刘之平马吉明王珏丁景焕李云龙韩标江献玉郭新蕾王涛付辉郭永鑫李甲振(74)专利代理机构北京捷诚信通专利事务所(普通合伙)11221代理人王卫东(51)Int.Cl.F03B11/00(2006.01)F03B13/06(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图6页(54)发明名称一种混流式水泵水轮机全特性曲线的预测方法(57)摘要本发明公开了一种混流式水泵水轮机全特性曲线的预测方法，包括：结合实测水泵水轮机全特性曲线的特点，修正描述流量全特性和力矩全特性的内特性解析理论；统计不同比转速水泵水轮机全特性曲线上特征工况点的单位参数，建立各特征工况点的单位参数与水泵水轮机最优工况比转速及导叶相对开度间的显性函数关系；根据上述显性函数关系得到不同导叶开度下各特征工况点的单位参数，从而确定修正的内特性解析理论中的待定系数，得到任意比转速水泵水轮机的预测全特性曲线。本方法预测得到的全特性曲线误差很小，因此在进行转轮模型试验时，可以仅对少数特征工况进行试验，指导加快模型试验进程。CN107191308ACN107191308A权利要求书1/3页1.一种混流式水泵水轮机全特性曲线的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：结合实测水泵水轮机全特性曲线的特点，修正描述流量全特性和力矩全特性的内特性解析理论；统计不同比转速水泵水轮机全特性曲线上特征工况点的单位参数，建立各特征工况点的单位参数与水泵水轮机最优工况比转速及导叶相对开度间的显性函数关系；根据上述显性函数关系得到不同导叶开度下各特征工况点的单位参数，从而确定修正的内特性解析理论中的待定系数，得到任意比转速水泵水轮机的预测全特性曲线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，描述流量全特性和力矩全特性的内特性解析理论的计算方式具体为：当水泵水轮机在水轮机工况和水泵工况下稳定运行时，通过对转轮中间流面的流速三角形进行分析，得到水泵水轮机稳定运行时的流量、转速与力矩之间的关系，以及流量、转速与水头之间的关系；通过引入单位转速、单位流量和单位转矩，将上述关系式进行转化，便得到描述流量全特性和力矩全特性的内特性解析理论。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，引入单位转速单位流量32′24单位转矩M′1＝M/D1H、水轮机工况效率ηT＝1-STQT/H＝1-STQ1D1和水′24-1泵工况效率ηP＝(1+SPQ1D1)，则水泵水轮机在水轮机工况和水泵工况稳定运行时的单位流量、单位转速及单位转矩之间的关系为：根据实测全特性曲线特点，在全特性曲线中单位流量为零的工况点，其单位力矩并不为零，因此将上述公式修正为：其中，下标T代表水轮机工况，即向心流动工况；下标P代表水泵工况，即离心流动工况；n′1、Q′1和M′1分别为单位转速、单位流量和单位转矩；η为水力效率；n、Q和M分别为水泵水轮机转速、流量和轴力矩；D1为转轮直径；H为水头或扬程；S为损失系数；αT、βT、γT、aT、bT、cT为与机组几何参数和水轮机工况参数相关的系数；αP、βP、γP、aP、bP、cP为与机组几何参数和水泵工况参数相关的系数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过水泵水轮机的基本方程式以及对水轮机工况时转轮处的流速三角形的分析，得到水泵水轮机在水轮机工况下稳定运行时，流量、转速与力矩之间的关系式为：2CN107191308A权利要求书2/3页由于水轮机工况时力矩和轴功率存在如下关系：联立上述公式，可得流量、转速与水头之间的关系式为：其中，下标1、2分别代表转轮进口和出口；γ为流体重度；g为重力加速度；为与水轮机工况转轮进、出口水流角及转轮进、出口中间流面宽等相关的系数；b1和b2分别代表导叶高度和转轮出口轴面投影宽度；α1和β2分别为导叶出口水流角和转轮出口水流角；ω＝2πn/60为旋转角速度；r为流面半径；P为轴功率。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据水泵水轮机的基本方程式以及对水泵工况时转轮处的流速三角形的分析，得到水泵工况稳定运行时的流量、转速与力矩之间的关系为：流量、转速与水头之间的关系为：其中，b为与水泵工况转轮进、出口水流角及转轮进、出口中间流面宽等几何参数和工况参数相关的系数；为水泵工况下转轮出口中间流面半径。6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，当水泵水轮机在水轮机工况和水泵工况下稳定运行时，根据动量矩定理，可得到水泵水轮机的基本方程式分别为：其中，下标T、P分别代表水轮机工况和水泵工况；