CN113591254B - 水斗式水轮机飞逸转速计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算水斗式水轮机飞逸转速的方法，涉及电工程技术领域，解决现有计算飞逸转速的方法误差大的问题。本发明用的技术方案是：水斗式水轮机飞逸转速计算方法，首先，获取至少两组现有的水斗式水轮机的数据，通过拟合得到拟合参数a和b的取值；然后，确定待计算水斗式水轮机的最大净水头以及转轮公称直径；最后，按照公式计算水斗式水轮机的飞逸转速。本发明利用最小二乘法原理，用大量的水轮机数据作为样本数据，回归统计得到水斗式水轮机飞逸转速计算公式，为水斗式水轮飞逸转速的计算提出了一种更加准确、合理的计算方法，能更好地满足新的水电工程要求。

Description

水斗式水轮机飞逸转速计算方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，具体是一种计算水斗式水轮机飞逸转速的方法。
背景技术
水轮机的飞逸转速是指水轮机处于失控状态，轴端负荷力矩为零、输入的水流能量与机组的机械摩擦损失能量平衡时的最高稳态转速。水轮发电机的结构强度通常按照发电机飞逸转速不小于水轮机飞逸转速进行设计，超过其飞逸转速时间过长就会引起转子零件破坏。国家标准《水轮发电机基本技术条件》(GB/T 7894)第9.3节要求：水轮发电机和与其直接连接的辅机，应能在最大飞逸转速下运行5min而不产生有害变形和损坏。由此可见，准确计算出水轮机飞逸转速，对发电机强度结构设计及保障水轮发电机安全可靠运行极其重要。
目前，普遍采用水利电力出版社1983年出版的《水电站机电设计手册水力机械》中的计算公式计算水斗式水轮机的飞逸转速nf，计算公式为：
Figure BDA0003241595900000011
其中：Hmax为最大净水头，单位m；D1为水斗式水轮机转轮公称直径，单位m。
上述公式一于上世纪八十年代统计得出，随着设计水平的提升，以及新技术、新材料、新工艺、新结构的不断发展，影响水斗式水轮机飞逸转速数值的喷嘴水力损失、轴承机械摩擦损失呈降低趋势，近些年投产的水斗式水轮机飞逸转速实际值往往相较公式一的计算值更高。因此，公式一的计算结果存在误差大的不足。
发明内容
本发明提供一种计算水斗式水轮机飞逸转速的方法，解决现有计算飞逸转速的方法误差大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水斗式水轮机飞逸转速计算方法，包括以下步骤：
S1、确定拟合参数
获取至少两组现有的水斗式水轮机的数据，每组数据包括最大净水头Hmax(单位：m)、转轮公称直径D1(单位：m)、飞逸转速nf(单位：r/min)；再按照公式二
Figure BDA0003241595900000012
进行拟合，得到拟合参数a和b的取值。
下面给出一组关于拟合参数a和b的推荐取值：a＝74.50，b＝25.53。
S2、确定待计算的水斗式水轮机的参数
确定待计算水斗式水轮机的最大净水头，并标记为H′max，单位为m；确定待计算水斗式水轮机的转轮公称直径D′1，单位为m。
S3、计算水斗式水轮机的飞逸转速
按照公式三
Figure BDA0003241595900000021
计算水斗式水轮机的飞逸转速n′f。
本发明的有益效果是：水斗式水轮机飞逸转速计算方法考虑了设计水平的提升，以及新技术、新材料、新工艺、新结构不断发展，喷嘴水力损失、轴承机械摩擦损失降低对水斗式水轮机飞逸转速的影响，为水斗式水轮飞逸转速的计算提出了一种更加准确、合理的计算方法，能更好地满足新的水电工程要求，为后续国内、外水电工程建设提供了有力的技术支撑。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明水斗式水轮机飞逸转速计算方法，包括以下步骤：
S1、确定拟合参数
获取至少两组现有的水斗式水轮机的数据，每组数据包括最大净水头Hmax(单位：m)、转轮公称直径D1(单位：m)、飞逸转速nf(单位：r/min)；再按照公式二
Figure BDA0003241595900000022
进行拟合，得到拟合参数a和b的取值。
水斗式水轮机的数据为水轮机的真实参数，用于进行拟合计算，因此组数越多越好，以便于回归拟合。例如，表1为国内外多个水斗式水轮机主要技术参数及飞逸转速的样本数据，样本数据包含了国内外多个大中型电站，水斗式水轮机水头范围涵盖了250m～1900m。
表1国内外多个水电站的水斗式水轮机的实际数据
Figure BDA0003241595900000023
Figure BDA0003241595900000031
根据表1的数据，按照公式二进行拟合，得到拟合参数a和b的取值，具体为：a＝74.50，b＝25.53。
S2、确定待计算的水斗式水轮机的参数
确定待计算水斗式水轮机的最大净水头，并标记为H′max，单位为m；确定待计算水斗式水轮机的转轮公称直径D′1，单位为m。最大净水头H′max和公称直径D′1为水斗式水轮机的重要参数之二，在本发明中均为已知值。
S3、计算水斗式水轮机的飞逸转速
按照公式三
Figure BDA0003241595900000032
计算水斗式水轮机的飞逸转速n′f。根据上述S1拟合参数a和b的取值，按照公式三可以计算出各个水电站的水斗式水轮机的飞逸转速计算值n′f。将飞逸转速计算值n′f与飞逸转速实际值nf进行比较，如表2所示。
表2国内外多个水电站的水斗式水轮机飞逸转速计算误差
Figure BDA0003241595900000033
表2的计算结果表明，按照本发明计算得到的飞逸转速n′f相较于飞逸转速实际值nf误差率基本在±4％以内，计算精度满足工程前期设计需要，可用于水电工程水斗式水轮机飞逸转速的计算。
对比例
将表1的数据按照《水电站机电设计手册水力机械》中的计算公式计算水斗式水轮机的飞逸转速，也即是按公式一计算水斗式水轮机的飞逸转速，计算结果记为飞逸转速n″f，将飞逸转速计算值n″f与飞逸转速实际值nf进行比较，如表3所示。
表3国内外多个水电站的水斗式水轮机飞逸转速计算误差
Figure BDA0003241595900000041
表2和表3的计算结果表明，按公式一计算得到的水斗式水轮机飞逸转速大多比真机数值小，误差率基本在±10％以内。按公式三计算得到的水斗式水轮机飞逸转速更贴近真机数值，误差率基本在±4％以内。公式三得到的误差平方和小于公式一的误差平方和，因此公式三的计算结果误差更小，可更好地应用于水电工程水斗式水轮机飞逸转速的计算。

Claims (2)

1.水斗式水轮机飞逸转速计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、确定拟合参数
获取至少两组现有的水斗式水轮机的数据，每组数据包括最大净水头Hmax(单位：m)、转轮公称直径D1(单位：m)、飞逸转速nf(单位：r/min)；再按照公式二
Figure FDA0003241595890000011
进行拟合，得到拟合参数a和b的取值；
S2、确定待计算的水斗式水轮机的参数
确定待计算水斗式水轮机的最大净水头，并标记为H′max，单位为m；确定待计算水斗式水轮机的转轮公称直径D′1，单位为m；
S3、计算水斗式水轮机的飞逸转速
按照公式三
Figure FDA0003241595890000012
计算水斗式水轮机的飞逸转速n′f。
2.如权利要求1所述的水斗式水轮机飞逸转速计算方法，其特征在于：S1中，拟合参数a和b的取值分别为：a＝74.50，b＝25.53。
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