水轮机内部能量损失的动态监测方法

摘要

本发明涉及一种水轮机内部能量损失的动态跟踪监测方法。本发明将水轮机内部能量损失分解为容积损失、流道水力损失、机械摩擦损失和撞击损失四种类型，并给出了损失的表达式以及相应损失系数的率定方法。其次，通过定义折算参数将水轮机模型中的水头和流量换算为机组运行中实际测量的参数，进而给出了利用机组实测参数实时计算水轮机内部各项能量损失的方法。为基于内部能量损失特性研究和改善水轮机运行相关问题提供依据。

主权项

1、一种水轮机内部能量损失的动态跟踪监测方法，其特征在于：将水轮机内部能量损失分解为容积损失、流道水力损失、撞击损失和机械摩擦损失，并给出了采用机组实时监测数据计算各项损失的方法，具体包含以下步骤：步骤一：确定用于计算系数的效率曲线并计算特征参数可以采用两种方式：1)采用模型综合特性曲线计算：根据机组参数，选择额定水头H_r对应的单位转速，从模型综合特性曲线读取数据，绘制额定水头下的效率曲线，确定最高效率点，找出最高效率点的流量Q_z、出力N_z，引水系统的水力损失系数f_p根据实际管道布置情况进行估算。2)采用实测效率曲线计算：直接读取实测空载Q_{n1_x}、空载主接力器位移Y_{n1_x}以及水轮机水头H；利用水头折算系数h_Δ将实测的Q_{n1_x}、Q_{z_x}换算为额定水头下的相应值；引水系统的水力损失系数f_p按下式计算：$f_p=\frac{Q_r^2}{H_r}\frac{(H_{02}-H_{g2}+H_{w2})-(H_{01}-H_{g1}+H_{w1})}{Q_2^2-Q_1^2}$式中：f_p为引水系统损失系数；Q_r为额定流量(m³/s)；H_r为额定水头；Q为实测流量(m³/s)；H₀为水轮机静水头(m)；H_g为钢管进口压力水头(m)；H_w为尾水管真空(m)；下标1、2表示任意选取的两个实测数据点；步骤二：机械摩擦损失计算1)系数计算：选取与水轮机的密封有关的K_v，计算k_h：在最高效率点两侧附近取1、2两点，其流量满足：$\left\{\begin{array}{c}{Q}_1=Q_z+\mathrm{\Delta Q}\\ Q_2=Q_z-\mathrm{\Delta Q}\end{array}\right.$从效率曲线上的1、2两点直接计算相应的出力N_t1、N_t2，然后按下式计算k_h：$k_h=\frac{\mathrm{\gamma H}(Q_1-Q_2)(1-k_v)-N_{t1}+N_{t2}}{Q_1^3-Q_2^3}$式中：Q_z为效率曲线上最高效率点流量(m³/s)；ΔQ表示流量增量(m³/s)；由于读取参数存在误差，采用多次取点计算取平均值的方法，获得较准确的k_h值；2)计算机械摩擦损失：在最高效率点，k_z项为零，由此可得出机械摩擦损失为：$\Delta N_m=\mathrm{\gamma H}{Q}_z(1-k_v)-k_h{Q}_z^3-N_{\mathrm{tz}}$步骤三：根据实测上下游水位和主接力器位移以及机组出力，以实测参数换算出以下参数：水轮机静水头：水轮机水头：$H=H_0\frac{Y_r^2}{Y_r^2+f_p{Y}^2}$水轮机流量：$Q=Q_{r}Y\sqrt{\frac{h_0}{Y_r^2+f_p{Y}^2}}$用以下公式计算各种损失：容积损失功率为：ΔN_v＝γk_vQH水轮机流道水力损失功率为：ΔN_h＝k_hQ³撞击损失功率：ΔN_z＝γQH-ΔN_m-ΔN_h-ΔN_v-N_t式中：h₀为水轮机静水头相对值；H_上、H_下分别为上下游水位(m)；Y_r为额定工况时的主接力器位移(cm)；N_tz为最高效率点的水轮机出力(kw)；N_t为运行中实测的水轮机出力(kw)；γ是水的密度(9.81KN/m³)；在每一工况下计算上述损失，并在计算机监控系统中实时显示和记录。