CN105761322A - 水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维模型转化技术,目的是为了解决目前将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线时需作辅助线,工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低的问题。本发明提供的水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法,根据模型水轮机综合特性曲线,通过计算机软件计算原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线、等出力线和等喷嘴开度线上点的坐标,分别在H?P、Q?H平面坐标图上绘制原型水轮机相应的各喷嘴数下的各等值线。本发明适用于将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线,该模型水轮机综合特性曲线由水轮机水头系数和流量系数为纵、横坐标的平面图上的等效率线和等喷嘴开度线组成。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型转化技术,特别涉及水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法。该水斗式模型水轮机综合特性曲线由各喷嘴数下的模型水轮机水头系数ψ1和流量系数为纵、横坐标的平面图上的等效率线和等喷嘴开度线组成。
背景技术
原型水轮机,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”,其安全高效运行对水电厂经济效益的发挥具有决定性的作用。原型水轮机是按相似原理由模型水轮机转化而来,因此原型机综合特性曲线也是由模型水轮机综合特性曲线经相似转化和修正得到。
水斗式原型机综合特性曲线是水电站优化调度的重要依据。为了依据电网负荷、上游来水量和上下游水位等合理地分配水电厂各机组的实际出力以获取最佳的经济效益,调度部门和水电厂需要原型机综合特性曲线,以全面掌握原型水轮机的水头、流量、出力、效率、喷嘴开度等特性及其相互间的关系和最优运行区域。为此,需要按相似原理及修正,将模型水轮机综合特性曲线转化为原型机综合特性曲线。
目前现有技术中与本发明最接近的解决上述问题的实现方案是:为了将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线,需要在平面坐标图中先绘制各水头H下的效率辅助线ηT=f(PP)和喷嘴开度辅助线S=f(PP),再作若干水平线与辅助线相交,将各交点移至H-PP坐标图中并依次光滑连成曲线,即为相应的等效率线和等喷嘴开度线。
现有技术中,将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线时,由于目前普遍采用的做法是需要在平面坐标图中先绘制各水头H下的效率辅助线ηT=f(PP)和喷嘴开度辅助线S=f(PP),再作若干水平线与辅助线相交,将各交点移至H-PP坐标图中并依次光滑连成曲线,才能得到所需的等效率线和等喷嘴开度线。该方法工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低,未能充分发挥计算机辅助设计的优势,绘制的曲线亦无法满足机组优化调度的要求,不利于电站安全和经济效益的发挥。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中,将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线时,工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低,绘制的曲线亦无法满足机组优化调度的要求,不利于电站安全和经济效益的发挥的问题。
为达到上述目的,本发明提供水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法,包括如下步骤:
坐标计算:在水轮机工作水头范围内,选取若干间隔均匀的水头,分别计算各个水头对应的水轮机水头系数ψ1;根据所述水头系数ψ1作平行线与各喷嘴数下的模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线、等喷嘴开度线相交,读取各等值线交点对应的模型水轮机水头系数ψ1、流量系数效率ηm、喷嘴开度S0m;利用相关原理及修正公式,计算各水头、各喷嘴数下对应的原型水轮机的水头H、效率ηp、流量Qp、出力Pp、喷嘴开度S0p,得到原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上点的坐标ηpi=f(Ppij,Hij)和ηpi=f(Hij,Qpij)和各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij);
水斗式原型水轮机等效率线绘制:在水轮机工作水头范围内,作水头系数ψ1的平行线与各喷嘴数下的模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切,计算出各切点坐标ηpi=f(Ppi,Hi)和ηpi=f(Hi,Qpi),所述切点坐标为原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线转向点;将计算得到的所述原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,所述连成的光滑曲线即为原型水轮机各喷嘴数下的等效率线;计算出模型水轮机各喷嘴数下的最高效率点对应的原型水轮机最高效率点坐标ηpmax=f(Popt,Hd)和ηpmax=f(Hd,Qopt),并分别画在H-P、Q-H平面坐标图上,即为原型水轮机各喷嘴数下的最高效率工作点;
水斗式原型水轮机等出力线绘制:在水斗式原型水轮机运转综合特性曲线的H-P平面坐标图中,作P=Pmax、P=Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型水轮机的等效率线相交,读取各交点的水头H;利用公式Q=P/(gHη)计算各交点的流量Q,得到各交点的(P、η、H、Q)值;将各等出力线上的点Pi=f(Hij,Qij)依取点的顺序画在Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即为原型水轮机等出力线,其中Pmax表示最大出力,Pr表示额定出力;
水斗式原型水轮机等喷嘴开度线绘制:将水斗式原型水轮机各喷嘴数下的各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij)依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即得到原型水轮机相应的各喷嘴数下的等喷嘴开度线。
优选地,在选取若干间隔均匀的水头时,选取的水头个数为8至12个,所选取的水头中包含最小水头、额定水头和最大水头。一种优选的水头个数的数量为10个。
本发明的有益效果是:
采用本发明的水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法,省去了作效率辅助线ηT=f(PP)和等喷嘴开度辅助线S=f(PP)等中间环节,充分节约了制作原型水轮机综合特性曲线的时间,提高了制图效率;
在坐标计算时,充分发挥计算机EXCEL软件强大的计算、绘图优势,将各水头对应的模型水轮机水头系数ψ1、流量系数效率ηm、喷嘴开度S0m等填入EXCEL表中,即可利用相关公式,在EXCEL表中自动计算出原型水轮机的水头H、效率ηp、流量Qp、出力Pp、喷嘴开度S0p等并绘制成相应的等值曲线;
明确了在Q-H平面坐标图上画水斗式原型水轮机运转综合特性曲线的方法及等出力线的计算、绘制方法,为调度部门和水电厂利用水斗式原型水轮机运转综合特性曲线合理地分配各机组的实际出力提供了技术支撑;
明确了水斗式模型综合特性曲线图的各等效率线转向点(即最高点或(和)最低点)的选取及转化为水斗式原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线转向点的方法,为合理确定水斗式原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线的最高点或(和)最低点及曲线的范围和形状提供了依据;
明确了水斗式模型水轮机各喷嘴数下的最高效率点转化为水斗式原型水轮机各喷嘴数下的最高效率点的方法,为合理确定水斗式原型水轮机各喷嘴数下的最高效率工作点提供了依据。
具体实施方式
以下对本发明的水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法进行进一步详细说明。
本发明为解决现有技术中,将水斗式模型水轮机综合特性曲线转化为水斗式原型机综合特性曲线时,工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低,绘制的曲线亦无法满足机组优化调度的要求,不利于电站安全和经济效益的发挥的问题,提供了一种既可省去作辅助线以明显减少工作量和人为影响因素,还可以充分发挥计算机辅助设计的优势,以提高工作效率和制图精度、满足机组优化调度的要求,且简单易行、便于实施的技术解决方案。该方案的具体流程如下。
1、列表计算:1)在水轮机工作水头范围内,取若干间隔均匀的水头,一般取8~12个,且包含最小水头、额定水头和最大水头在内。分别计算出各水头对应的水轮机水头系数ψ1,以各水头系数ψ1作平行线与各喷嘴数下的模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线和等喷嘴开度线相交,将各交点对应的模型水轮机水头系数ψ1、流量系数效率ηm、喷嘴开度S0m等填入EXCEL表中;2)利用相关原理及修正公式,列EXCEL表计算出各水头下对应的原型水轮机的水头H、效率ηp、流量Qp、出力Pp、喷嘴开度S0p等,得到原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上点的坐标ηpi=f(Ppij,Hij)和ηpi=f(Hij,Qpij)和各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij)。
2、等效率线绘制:
1)在水轮机工作水头范围内,作模型水轮机水头系数ψ1的平行线与各喷嘴数下的模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切,等效率线转向点为模型水轮机综合特性曲线的最高点和/或最低点,计算出各切点坐标ηpi=f(Ppi,Hi)和ηpi=f(Hi,Qpi),所述切点坐标为原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线转向点;
2)将计算得到的原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,所述连成的光滑曲线即为原型水轮机各喷嘴数下的等效率线;
3)计算出模型水轮机各喷嘴数下的最高效率点对应的原型水轮机各喷嘴数下的最高效率点坐标ηpmax=f(Popt,Hd)和ηpmax=f(Hd,Qopt),并分别画在H-P、Q-H平面坐标图上,即为原型水轮机各喷嘴数下的最高效率工作点。
3、等出力线绘制:在水斗式原型水轮机运转综合特性曲线的H-P平面坐标图中,作P=Pmax、P=Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型水轮机的等效率线相交,读取各交点的水头H;利用公式Q=P/(gHη)计算各交点的流量Q,得到各交点的(P、η、H、Q)值;将各等出力线上的点Pi=f(Hij,Qij)依取点的顺序画在Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即为水斗式原型水轮机等出力线。
4、等喷嘴开度线绘制:将计算得到的各喷嘴数下的各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij)依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即得到原型水轮机相应的各喷嘴数下的等喷嘴开度线。
Claims (2)
1.水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法,其特征在于,包括如下步骤:
坐标计算:在水轮机工作水头范围内,选取若干间隔均匀的水头,分别计算各个水头对应的水轮机水头系数ψ1;根据所述水头系数ψ1作平行线与各喷嘴数下的模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线、等喷嘴开度线相交,读取各等值线交点对应的模型水轮机水头系数ψ1、流量系数效率ηm、喷嘴开度S0m;利用相关原理及修正公式,计算各水头、各喷嘴数下对应的原型水轮机的水头H、效率ηp、流量Qp、出力Pp、喷嘴开度S0p,得到原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上点的坐标ηpi=f(Ppij,Hij)和ηpi=f(Hij,Qpij)和各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij);
水斗式原型水轮机等效率线绘制:在水轮机工作水头范围内,作水头系数ψ1的平行线与各喷嘴数下的模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切,计算出各切点坐标ηpi=f(Ppi,Hi)和ηpi=f(Hi,Qpi),所述切点坐标为原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线转向点;将计算得到的所述原型水轮机各喷嘴数下的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,所述连成的光滑曲线即为原型水轮机各喷嘴数下的等效率线;计算出模型水轮机各喷嘴数下的最高效率点对应的原型水轮机最高效率点坐标ηpmax=f(Popt,Hd)和ηpmax=f(Hd,Qopt),并分别画在H-P、Q-H平面坐标图上,即为原型水轮机各喷嘴数下的最高效率工作点;
水斗式原型水轮机等出力线绘制:在水斗式原型水轮机运转综合特性曲线的H-P平面坐标图中,作P=Pmax、P=Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型水轮机的等效率线相交,读取各交点的水头H;利用公式Q=P/(gHη)计算各交点的流量Q,得到各交点的(P、η、H、Q)值;将各等出力线上的点Pi=f(Hij,Qij)依取点的顺序画在Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即为原型水轮机等出力线,其中Pmax表示最大出力,Pr表示额定出力;
水斗式原型水轮机等喷嘴开度线绘制:将水斗式原型水轮机各喷嘴数下的各等喷嘴开度线上点的坐标Si=f(Ppij,Hij)和Si=f(Hij,Qpij)依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即得到原型水轮机相应的各喷嘴数下的等喷嘴开度线。
2.如权利要求1所述的水斗式水轮机原型机综合特性曲线的生成方法,其特征在于,在选取若干间隔均匀的水头时,选取的水头个数为8至12个,所选取的水头中包含最小水头、额定水头和最大水头。
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