一種生成原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及Ξ維模型轉(zhuǎn)化技術(shù)，特別設(shè)及一種模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原 型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 原型水輪機，是指水電站中將水流的機械能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)輪的機械能，使轉(zhuǎn)輪和主軸 克服各種阻力而連續(xù)運轉(zhuǎn)起來的機器，被稱為水電站的"屯、臟"，其安全高效運行對水電廠 經(jīng)濟效益的發(fā)揮具有決定性的作用。原型水輪機是按相似原理由模型水輪機轉(zhuǎn)化而來，因 此原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線也是由模型水輪機綜合特性曲線經(jīng)相似轉(zhuǎn)化和修正得到。
[0003] 原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線是水電站優(yōu)化調(diào)度的重要依據(jù)。為了依據(jù)電網(wǎng)負 荷、上游來水量和上下游水位等合理地分配水電廠各機組的實際出力W獲取最佳的經(jīng)濟效 益，調(diào)度部口和水電廠需要原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線，W全面掌握原型水輪機的水頭、 流量、出力、效率、開度、空化、壓力脈動等特性及其相互間的關(guān)系和最優(yōu)運行區(qū)域。為此，需 要按相似原理及修正，將模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線。
[0004] 目前現(xiàn)有技術(shù)中與本發(fā)明最接近的解決上述問題的實現(xiàn)方案是:為了將模型水輪 機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線，需要在平面坐標(biāo)圖中先繪制各水頭 Η下的效率輔助線％ = f(Pp)、吸出高度輔助線出=f (時）、導(dǎo)葉開度線輔助線a〇 = f(Pp)和葉 片轉(zhuǎn)角輔助線Φ=?·(時），再作若干水平線與輔助線相交，將各交點移至H-時坐標(biāo)圖中并依 次光滑連成曲線，即為相應(yīng)的等效率線、等吸出高度線、等導(dǎo)葉開度線和等葉片轉(zhuǎn)角線。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，將模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線 時，由于目前普遍采用的做法是需要在平面坐標(biāo)圖中先繪制各水頭Η下的效率輔助線％ = f (Pp)、吸出高度輔助線Hs = f(Pp)、導(dǎo)葉開度線輔助線a〇 = f(Pp)和葉片轉(zhuǎn)角輔助線Φ =f (時），再作若干水平線與輔助線相交，將各交點移至Η-時坐標(biāo)圖中并依次光滑連成曲線，才 能得到所需的等效率線、等吸出高度線、等導(dǎo)葉開度線和等葉片轉(zhuǎn)角線。該方法工作量大、 人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，未能充分發(fā)揮計算機輔助設(shè)計的優(yōu)勢，繪制的曲 線亦無法滿足機組優(yōu)化調(diào)度的要求，不利于電站安全和經(jīng)濟效益的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，將模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水 輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線時，工作量大、人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，繪制的曲 線亦無法滿足機組優(yōu)化調(diào)度的要求，不利于電站安全和經(jīng)濟效益的發(fā)揮的問題。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種生成原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的方法，包 括如下步驟：
[000引坐標(biāo)計算:在水輪機工作水頭范圍內(nèi)，選取若干間隔均勻的水頭，分別計算各個水 頭對應(yīng)的原型水輪機單位轉(zhuǎn)速mip及相應(yīng)的模型水輪機單位轉(zhuǎn)速niim;根據(jù)所述各個模型水 輪機單位轉(zhuǎn)速niim及模型水輪機綜合特性曲線圖中各等效率線、等開度線、等獎葉轉(zhuǎn)角線、 等噴嘴開度線、等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發(fā)展 線得到對應(yīng)的模型水輪機單位轉(zhuǎn)速nilm、單位流量化im、效率rim、開度aom、轉(zhuǎn)角Φ、噴嘴開度 Som;利用相似原理及修正公式，計算各水頭下對應(yīng)的原型水輪機的效率％、流量Qp、出力Pp、 開度aop、轉(zhuǎn)角Φ、噴嘴開度Sop,得到原型水輪機的各等效率線上點的坐標(biāo)％i = f(PpU，出J)和 %i二f (出j , Qpij )、各專導(dǎo)葉開度線上點的坐柄aoi二f (Ppij ,出j )和日0:1二f (出j , Qpij )、各專獎葉 轉(zhuǎn)角線上點的坐標(biāo)Φ i = f (Ppij，Hij)和Φ i = f (Hij，Qpij)、各等噴嘴開度線上點的坐標(biāo)Si = f (Ρρυ,Ηυ)和Si = fWu，QpU)W及等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉 道滿初生及發(fā)展線的坐標(biāo)；
[0009] 原型水輪機等效率線繪制：在水輪機工作水頭范圍內(nèi)，作所述各個模型水輪機單 位轉(zhuǎn)速niim平行線與模型綜合特性曲線圖的各等效率線轉(zhuǎn)向點相切，計算出各切點坐標(biāo)％1 = f(Ppi，出)和％i = f化i，Qpi)，所述切點坐標(biāo)為原型水輪機各等效率線轉(zhuǎn)向點；將計算得到 的所述原型水輪機的各等效率線上的點和所述轉(zhuǎn)向點依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面 坐標(biāo)圖上并連成光滑曲線，所述連成的光滑曲線即為原型水輪機的等效率線;計算出模型 水輪機最高效率點對應(yīng)的原型水輪機最高效率點坐標(biāo)npmax = f(PDpt，Hd^Pripmax = f(Hd， Q。pt)，并分別畫在H-P、Q-H平面坐標(biāo)圖上，即為原型水輪機的最高效率工作點；
[0010] 原型水輪機等出力線繪制:在原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的H-P平面坐標(biāo)圖中， 作 P = Pmax、P = PrW及P 3 0.9Pr、P - 0.8Pr、……、P - 0.3Pr、P - 0.2Pr等出力平行線與原型水 輪機的等效率線相交，讀取各交點的水頭H;利用公式Q = P/(g化)計算各交點的流量Q，得到 各交點的(P、n、H、Q)值;將各等出力線上的點Pi = f(Qij，出j)依取點的順序畫在Q-H平面坐標(biāo) 圖上并連成光滑曲線，即為原型水輪機等出力線，Pr表示額定出力；
[0011] 原型水輪機等吸出高度線繪制：根據(jù)水輪機工作水頭Η范圍和模型空化系數(shù)大 小及分布情況，每隔1~2 m擬定幾個合適的吸出高度Η S值；利用公式 Η = (]0-▽''900-巧、）/作'。'巧")計算出不同的Hs對應(yīng)的原型水輪機工作水頭Η和單位轉(zhuǎn)速 mip及相應(yīng)的模型水輪機單位轉(zhuǎn)速niim;利用模型水輪機單位轉(zhuǎn)速niim作平行線與模型水輪 機綜合特性曲線圖中各等空化系數(shù)線相交，讀取交點的效率rim和單位流量化im;計算出原型 水輪機的出力P和流量Q及各等吸出高度線上點的坐標(biāo)Hsi = f(Ppij，出j)和Hsi = f化ij，Qij); 將各等吸出高度線上的點依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面坐標(biāo)圖上并連成光滑曲線， 即為原型水輪機等吸出高度線；
[0012] 原型水輪機出力限制線繪制:將額定水頭發(fā)額定出力的點和在最小水頭、最大導(dǎo) 葉開度的出力點連成一直線，即為水輪機出力限制線；
[OOU] 將原型水輪機的各等導(dǎo)葉開度線上點的坐標(biāo)a日i = f(Ppij，出j)和a〇i = f化ij，Qpij)、 各等獎葉轉(zhuǎn)角線上點的坐標(biāo)Φι = ?·(Ρρυ Ju)和Φι = ?·化U，QpU)、各等噴嘴開度線上點的坐 標(biāo)Si = f(Ppij，Hij)和Si = f化ij，Qpij似及等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫 流線、葉道滿初生及發(fā)展線等的坐標(biāo)依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面坐標(biāo)圖上并連成 光滑曲線，即得到原型水輪機相應(yīng)的等開度線、等獎葉轉(zhuǎn)角線、等噴嘴開度線、等壓力脈動 線W及葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發(fā)展線。
[0014]進一步地，出力限制線繪制中，對于設(shè)有最大出力的機組，其出力限制線的繪制方 法如下:將發(fā)最大出力的最小水頭的點、額定水頭發(fā)額定出力的點W及在最小水頭、最大導(dǎo) 葉開度的出力點連成直線，即為水輪機出力限制線。
[0015] 具體地，對于混流式水輪機，還包括運行區(qū)域繪制，所述運行區(qū)域包括穩(wěn)定運行 區(qū)、過負荷區(qū)、不推薦運行區(qū)、允許運行區(qū)、禁止運行區(qū)及滿帶區(qū)，所述各個運行區(qū)域根據(jù)原 型水輪機的等吸出高度線、出力限制線、等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫 流線、葉道滿初生及發(fā)展線綜合確定。
[0016] 優(yōu)選地，在選取若干間隔均勻的水頭時，選取的水頭個數(shù)為8至12個，所選取的水 頭中包含最小水頭、額定水頭和最大水頭。一種優(yōu)選的水頭個數(shù)的數(shù)量為10個。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 采用本發(fā)明的模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的 方法，省去了作效率輔助線riT=f(Pp)、等吸出高度輔助線出= f(Pp)、等導(dǎo)葉開度線輔助線ao = f(Pp)和等葉片轉(zhuǎn)角輔助線Φ=?·(Ρρ)等中間環(huán)節(jié)，充分節(jié)約了制作原型水輪機綜合特性 曲線的時間，提高了制圖效率；
[0019] 在坐標(biāo)計算時，充分發(fā)揮計算機EXC化軟件強大的計算、繪圖優(yōu)勢，將各水頭對應(yīng) 的模型水輪機單位轉(zhuǎn)速nilm、單位流量化im、效率rim、開度a日m、轉(zhuǎn)角Φ、噴嘴開度S日m等填入 EXC化表中，即可利用相關(guān)公式，在EXC化表中自動計算出原型水輪機的效率％、流量Qp、出力 Pp、開度aop、轉(zhuǎn)角Φ、噴嘴開度Sop等并繪制成相應(yīng)的等值曲線；
[0020] 明確了在Q-H平面坐標(biāo)圖上畫原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的方法及等出力線的 計算、繪制方法，為調(diào)度部口和水電廠利用原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線合理地分配各機 組的實際出力提供了技術(shù)支撐；
[0021] 明確了模型綜合特性曲線圖的各等效率線轉(zhuǎn)向點（即最高點或（和)最低點）的選 取及轉(zhuǎn)化為原型水輪機各等效率線轉(zhuǎn)向點的方法，為合理確定原型水輪機各等效率線的最 高點或(和)最低點及曲線的范圍和形狀提供了依據(jù)；
[0022] 明確了模型水輪機最高效率點轉(zhuǎn)化為原型水輪機最高效率點的方法，為合理確定 原型水輪機的最高效率工作點提供了依據(jù)。
【具體實施方式】
[0023] W下對本發(fā)明的根據(jù)模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性 曲線的方法進行進一步詳細說明。
[0024] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中，將模型水輪機綜合特性曲線轉(zhuǎn)化為原型水輪機運轉(zhuǎn)綜 合特性曲線時，工作量大、人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，繪制的曲線亦無法滿 足機組優(yōu)化調(diào)度的要求，不利于電站安全和經(jīng)濟效益的發(fā)揮的問題，提供了一種既可省去 作輔助線W明顯減少工作量和人為影響因素，還可W充分發(fā)揮計算機輔助設(shè)計的優(yōu)勢，W 提高工作效率和制圖精度、滿足機組優(yōu)化調(diào)度的要求，且簡單易行、便于實施的技術(shù)解決方 案。該方案的具體流程如下。
[0025] 1、列表計算：1)在水輪機工作水頭范圍內(nèi)，取若干間隔均勻的水頭，一般取8~12 個，且包含最小水頭、額定水頭和最大水頭在內(nèi)。分別計算出各水頭對應(yīng)的原型水輪機單位 轉(zhuǎn)速mip及相應(yīng)的模型水輪機單位轉(zhuǎn)速niim，W各niim值作平行線與模型水輪機綜合特性曲 線圖中各等效率線、等開度線、等獎葉轉(zhuǎn)角線、等噴嘴開度線、等壓力脈動線W及葉片進水 邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發(fā)展線等相交，將各交點對應(yīng)的模型水輪機 單位轉(zhuǎn)速nilm、單位流量化im、效率rim、開度aom、轉(zhuǎn)角Φ、噴嘴開度Som等填入EXC化表中；2 )利用 相似原理及修正公式，列EXC化表計算出各水頭下對應(yīng)的原型水輪機的效率