CN108763745A - 贯流式水轮机电站空化系数计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水电站水轮机，公开了一种贯流式水轮机电站空化系数计算方法，对贯流式水轮机电站空化系数进行更合理的计算，以满足新的水电工程要求。本发明方法如下：确定贯流式水轮机的比转速，所述比转速记为ns；确定贯流式水轮机的最大应用水头，所述最大应用水头记为Hmax，并判断Hmax所处的范围；根据Hmax对应范围的电站空化系数计算公式计算电站空化系数，所述电站空化系数记为σp，所述范围的电站空化系数计算公式为：当Hmax≤15m时，σp＝3.7004×ln(ns)‑23.135；当Hmax＞15m时，σp＝3.6575×ln(ns)‑22.84。本发明适用于贯流式水轮机电站空化系数的计算，能更好地满足新的水电工程要求。

Description

贯流式水轮机电站空化系数计算方法
技术领域
本发明涉及水电站水轮机，特别涉及贯流式水轮机电站空化系数计算方法。
背景技术
在装置有贯流式水轮机的水电站中，水轮机安装高程即为水轮机主轴中心线高程，水轮机吸出高度为转轮叶片最高点处至电站尾水位的高程差。抬高水轮机的吸出高度和安装高程，可减少主厂房水下工程量和投资；而降低水轮机的吸出高度和安装高程，可改善水轮机空化性能，有利于机组的稳定运行，延长机组使用寿命。因此，如何合理确定水轮机的吸出高度和安装高程是水电工程设计的重要内容。
贯流式水轮机安装高程Z的计算公式为吸出高度Hs的计算公式为式中为电站设计尾水位，h为转轮叶片最高点处至主轴中心线的高程差，H为水头，σp为电站空化系数。对于某一水电站及选定的水轮机，h和H为确定值，因此水轮机安装高程Z取决于吸出高度Hs，而如何合理确定水轮机的吸出高度和安装高程就变成了如何合理确定水轮机电站空化系数σp。
目前通常有两种方法可以估算贯流式水轮机电站空化系数σp。方法一：若设计的水电工程中，水轮机的水头、出力等参数与已设计制造的水轮机参数相同或接近，则利用已有模型转轮参数和综合特性曲线估算电站空化系数σp。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，因而估算出的电站空化系数σp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，则按统计公式估算电站空化系数σp。由于该方法是按统计公式估算电站空化系数σp，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七十、八十年代之前的或是某一水头段的或是某一比转速ns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估算的结果不同，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，估算出的电站空化系数σp一般亦难以满足新的水电工程要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种贯流式水轮机电站空化系数计算方法，对贯流式水轮机电站空化系数进行更合理的计算，以满足新的水电工程要求。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：贯流式水轮机电站空化系数计算方法，包括以下步骤：
a.确定贯流式水轮机的比转速，所述比转速记为ns；ns为水轮机比转速，单位为m·kW，计算公式为式中n为水轮机额定转速，单位为r/min；Pr为水轮机额定出力，单位kW；Hr为水轮机额定水头，单位为m。
b.确定贯流式水轮机的最大应用水头，所述最大应用水头记为Hmax，并判断Hmax所处的范围；本发明中Hmax可能所处的范围共有Hmax≤15m和Hmax＞15m两组。
c.根据Hmax对应范围的电站空化系数计算公式计算电站空化系数，所述电站空化系数记为σp，电站空化系数计算公式为：
当Hmax≤15m时，σp＝3.7004×ln(ns)-23.135 (1)；
当Hmax＞15m时，σp＝3.6575×ln(ns)-22.84 (2)。
本发明的有益效果是：本发明通过整理现有运行良好的贯流式水轮机发电机组资料，按水轮机最大应用水头Hmax对将资料进行，以对应不同水头范围的贯流式水轮机具有不同的电站空化系数特性。利用最小二乘法，用大量的水轮机参数做样本数据，回归统计得到贯流式水轮机在两个水头段的电站空化系数σp计算公式，在前期做了大量计算、推导工作之后，为贯流式水轮机电站空化系数创造性的总结出了一个更为合理的计算方法，更好地满足了新的水电工程要求，为后续水电工程建设提供了有力的技术支撑。并且，不管有无相同或者相近的水轮机模型，本发明都适用。
具体实施方式
本发明首先通过收集整理近30年国内、外大量运行良好的贯流式水轮机发电机组资料，按水轮机最大应用水头Hmax，将资料分成Hmax≤15m和Hmax＞15m两组，再利用最小二乘法，用大量的水轮机参数做样本数据，回归统计得到贯流式水轮机在两个水头段的电站空化系数σp计算公式：当Hmax≤15m时，σp＝3.7004×ln(ns)-23.135(1)；当Hmax＞15m时，σp＝3.6575×ln(ns)-22.84(2)，在前期做了大量计算、推导工作之后，为贯流式水轮机电站空化系数创造性的总结出了一个更为合理的计算方法。由于本发明将Hmax的范围进行了划分，因此可对应不同水头范围的贯流式水轮机具有不同的电站空化系数特性；并且由于回归统计得到的电站空化系数σp计算公式(1)(2)是以大量运行良好的贯流式水轮机发电机组的数据为基础进行推导的，因此电站空化系数σp计算公式(1)(2)具有普遍性和合理性。
下面通过实施例子对本发明做进一步说明。
实施例提供一种贯流式水轮机电站空化系数计算方法，包括以下步骤：
a.确定贯流式水轮机的比转速，所述比转速记为ns；ns为水轮机比转速，单位为m·kW，计算公式为式中n为水轮机额定转速，单位为r/min；Pr为水轮机额定出力，单位kW；Hr为水轮机额定水头，单位为m。
b.确定贯流式水轮机的最大应用水头，所述最大应用水头记为Hmax，并判断Hmax所处的范围；本发明中Hmax可能所处的范围共有Hmax≤15m和Hmax＞15m两组。
c.根据Hmax对应范围的电站空化系数计算公式计算电站空化系数，所述电站空化系数记为σp，电站空化系数计算公式为：
当Hmax≤15m时，σp＝3.7004×ln(ns)-23.135 (1)；
当Hmax＞15m时，σp＝3.6575×ln(ns)-22.84 (2)
目前普遍采用的贯流式水轮机电站空化系数统计估算公式，主要有①②下面将本发明公式(1)、(2)和常用的统计估算公式①、②应用到样本数据中，得到各公式计算结果与真实值的误差，表1～表3为其中几组样本数据及其计算误差的对比。
表1几组样本数据(水轮机真实参数)
表2本发明与目前普遍采用的统计估算公式计算误差对比(Hmax≤15m)
表3本发明公式与目前普遍采用的统计估算公式计算误差对比(Hmax＞15m)
表2、表3计算结果表明，公式(1)、(2)计算得到的误差的平方和在各水头段中均为最小，即为最优，可更好地应用于新的水电工程中贯流式水轮机电站空化系数的计算与选择。

Claims (2)

1.贯流式水轮机电站空化系数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.确定贯流式水轮机的比转速，所述比转速记为ns；
b.确定贯流式水轮机的最大应用水头，所述最大应用水头记为Hmax，并判断Hmax是处于Hmax≤15m范围还是Hmax＞15m范围；
c.根据Hmax对应范围的电站空化系数计算公式计算电站空化系数，所述电站空化系数记为σp，电站空化系数计算公式为：
当Hmax≤15m时，σp＝3.7004×ln(ns)-23.135；
当Hmax＞15m时，σp＝3.6575×ln(ns)-22.84。
2.如权利要求1所述的贯流式水轮机电站空化系数计算方法，其特征在于，ns通过以下公式确定：
式中，n为水轮机额定转速，Pr为水轮机额定出力，Hr为水轮机额定水头。
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