CN113642133A - 水斗式水轮机转轮内宽计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水斗式水轮机转轮内宽计算方法，涉及水利水电工程技术领域，目的在于便捷地根据水轮机基本参数计算得到相对准确的转轮内宽数据，为水电站前期阶段的多方案比较选型提供依据。本发明采用的技术方案是：水斗式水轮机转轮内宽计算方法，首先，获取至少两组现有的水斗式水轮机的数据，得到拟合参数的取值；然后，确定待计算的水斗式水轮机的参数，包括待计算水斗式水轮机的转轮公称直径和单喷嘴比转速；最后，按照公式计算水斗式水轮机的转轮内宽。水斗式水轮机转轮内宽计算方法根据容易获取的数据计算转轮内宽，计算结果误差小，完全能满足电站前期阶段的多方案比较选型，可为后续国内、外水电工程建设提供有力的技术支撑。

Description

水斗式水轮机转轮内宽计算方法
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，具体是一种计算水斗式水轮机转轮内宽的方法。
背景技术
水轮机是把水流能量转换为旋转机械能的动力机械，转轮作为能量转换的关键部件，对水轮机运行稳定性及发电经济效益发挥着非常重要的作用，转轮主要参数(含转轮内宽)的选择是水电工程设计的核心内容之一。
水斗式水轮机通常运用于水头较高的电站，水轮机过流部件(含转轮)在高速水流夹杂泥沙颗粒的长时间作用下遭到磨损破坏，机组轻则出现效率降低、出力减小、振动和噪音加剧，严重时可能发生斗叶掉块情况，甚至威胁到机组及整个电站的安全运行。因此，水斗式水轮机转轮的泥沙磨损预测及防护是工程设计时必须重点关注的问题。目前，工程设计人员在计算水斗式水轮机转轮泥沙磨损速度及大修间隔周期时采用的方法为IEC(国际电工委员会)于2013年发布的标准IEC62364《Hydraulic Machines－Guide for dealingwith hydro-abrasive erosion in Kaplan,Francis,and Pelton turbines》(水力机械－轴流式、混流式和冲击式水轮机泥沙磨损导则)中的类比计算法；其中，水斗式水轮机转轮内宽是计算所需的重要参数。
目前，国内外尚无计算水斗式水轮机转轮内宽的成熟公式或模型可供工程设计人员参考，常采用的方法为按真机转轮公称直径与模型转轮的公称直径比值，等比例折算出转轮内宽。由于国内水斗式水轮机模型研发成果较少，不同水头段及动能指标的模型转轮尺寸具有一定差异，且该方法需向机组制造厂索要模型转轮资料，并不适用于电站前期阶段的多方案比较选型设计。
发明内容
本发明提供一种水斗式水轮机转轮内宽计算方法，目的在于便捷地根据水轮机基本参数计算得到相对准确的转轮内宽数据，为水电站前期阶段的多方案比较选型提供依据。
本发明采用的技术方案是：水斗式水轮机转轮内宽计算方法，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，每组数据包括转轮公称直径D1(单位：mm)、单喷嘴比转速ns1(单位：m·kw)和转轮内宽B2(单位：mm)；再按照公式B2＝D1(a×ns1+b)进行拟合，得到拟合参数a和b的取值。
下面给出一组关于参数a和b推荐取值：a＝0.0145，b＝0.0076。
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转轮公称直径，并标记为D′1，单位为mm；确定待计算水斗式水轮机的单喷嘴比转速，标记为n′S1，单位为m·kw。
S3、计算转轮内宽
按照公式B′2＝D′1(a×n′S1+b)计算水斗式水轮机的转轮内宽B′2。
本发明的有益效果是：水斗式水轮机转轮内宽计算方法根据容易获取的数据计算转轮内宽，计算结果误差小，完全能满足电站前期阶段的多方案比较选型，可为后续国内、外水电工程建设提供有力的技术支撑。
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转轮内宽计算方法，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，每组数据包括转轮公称直径D1(单位：mm)、单喷嘴比转速ns1(单位：m·kw)和转轮内宽B2(单位：mm)；然后按照公式B2＝D1(a×ns1+b)进行拟合，得到拟合参数a和b的具体取值。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，样本包含了国内外多个大中型电站的水斗式水轮机。
表1国内外多个水电站的水斗式水轮机的数据
Figure BDA0003241703710000021
根据表1的数据，按照公式B2＝D1(a×ns1+b)进行回归拟合，得到拟合参数a和b的取值，具体为：a＝0.0145，b＝0.0076。
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转轮公称直径，并标记为D′1，单位为mm；确定待计算水斗式水轮机的单喷嘴比转速，标记为n′S1，单位为m·kw。转轮公称直径D′1和单喷嘴比转速n′S1为水斗式水轮机的重要参数之二，在水电站前期阶段可以确定，均为已知值。
S3、计算转轮内宽
按照公式B′2＝D′1(a×n′S1+b)计算水斗式水轮机的转轮内宽B′2。根据上述S1拟合参数a和b的取值，可以计算出各个水电站的水斗式水轮机的转轮内宽的计算值B′2，将转轮内宽的计算值B′2与实际值B2进行比较，如表2所示。
表2国内外多个水电站的转轮内宽计算值的误差
Figure BDA0003241703710000031
表2的计算结果表明，按照本发明计算得到的转轮内宽B′2与转轮内宽实际值B2的误差率在±5％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转轮内宽的计算。

Claims (2)

1.水斗式水轮机转轮内宽计算方法，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，每组数据包括转轮公称直径D1(单位：mm)、单喷嘴比转速ns1(单位：m·kw)和转轮内宽B2(单位：mm)；再按照公式B2＝D1(a×ns1+b)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转轮公称直径，并标记为D′1，单位为mm；确定待计算水斗式水轮机的单喷嘴比转速，标记为n′S1，单位为m·kw；
S3、计算转轮内宽
按照公式B′2＝D′1(a×n′S1+b)计算水斗式水轮机的转轮内宽B′2。
2.如权利要求1所述的水斗式水轮机转轮内宽计算方法，其特征在于：S1中，参数a和b的取值分别为：a＝0.0145，b＝0.0076。
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