水泵水轮机第一象限特性曲线理论预测方法

摘要

本发明提出一种水泵水轮机第一象限特性曲线理论预测方法，基于水轮机欧拉方程，利用水泵水轮机转轮进出口直径、转入叶片进出口安放角及导叶开度等几何体型参数，考虑转轮进口的撞击损失、转轮内及尾水管水头损失和离心力作用项，得到水泵水轮机反“S”的特性及水轮机区特性曲线。本发明可适用于抽水蓄能电站中水泵水轮机前期开发设计，为水泵水轮机几何参数对转轮的反“S”特性影响提供预测和指导方向；使转轮在水力模型试验之前，为电站前期调节保证设计提供水轮机区初步特性曲线，进行调节保证的部分计算评估，节省了人力、财力，提高设计效率。

主权项

水泵水轮机第一象限特性曲线理论预测方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：基于旋转机械中欧拉能量转换方程，通过水轮机基本几何参数及流量参数得到转轮进口速度三角形与出口速度三角形，推导得到理想水轮机方程，并在方程中考虑主要流动损失和离心力作用项，得到水泵水轮机方程：$a{{\phi }_1}^2-2b{\phi }_1{k}_{m1}+c{k}_{m1}^2+e{\phi }_1+{\mathrm{dk}}_{m1}-f=0$式中，$a={\zeta }_s+({\zeta }_u-2){\left(\frac{D_1}{D_2}\right)}^2;$$b={\zeta }_s(\cot {\alpha }_1+\cot {\beta }_{1b})+({\zeta }_u-1)\frac{B_1}{B_2}\cot {\beta }_2-\cot {\alpha }_1;$$c={\zeta }_s{(\cot {\alpha }_1+\cot {\beta }_{1b})}^2+({\zeta }_u{\cot }^2{\beta }_2+{\zeta }_{f}c{\sec }^2{\beta }_2+{\zeta }_m){\left(\frac{D_1{B}_1}{D_2{B}_2}\right)}^2;$$e=k_{m1}^n\sin {\beta }_{1b}(\cot {\alpha }_1+\frac{B1}{B1}\cot {\beta }_2);$$d={\phi }_1^n\sin ({\alpha }_n-{\alpha }_1)\sin {\beta }_{1b}(\cot {\alpha }_1+\frac{B1}{B2}\cot {\beta }_2);$$f=\sin {\beta }_{1b}(\sin ({\alpha }_n-{\alpha }_1)+1)(\cot {\alpha }_1+\frac{B1}{B2}\cot {\beta }_2){\phi }_1^n{k}_{m1}^n+1;$式中，φ₁为转轮进口圆周速度系数，n为水轮机转速，r/min；k_m1水轮机进口轴面流速系数，ζ_s为撞击损失系数，取值0.95‑1之间；ζ_u为圆周速度分量损失系数，取值0.95‑1之间；ζ_m为轴面速度分量损失系数，取值0‑0.1之间；ζ_f转轮内流动损失系数,由于转轮流动损失较小，取值0；D₁为转轮进口等效直径，单位m；D₂为转轮出口等效直径，单位m；β_1b为转轮叶片进口安装角角度，单位：度；β₁为转轮入口水流相对速度进口角角度，单位：度；β₂为转轮出口水流相对速度出口角角度，单位：度；α₁为转轮叶片进口水流速度角角度，单位：度；α_n为设计额定工况导叶出口角度,单位：度；Q为流量，单位m³/s；g为重力加速度，单位m/s²；H水轮机工作水头，单位m；B₁为转轮进口高度；B₂为转轮出口等效长度；为额定工况点的设计参数。