一種生成原型水輪機運轉綜合特性曲線的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及Ξ維模型轉化技術，特別設及一種模型水輪機綜合特性曲線轉化為原 型水輪機運轉綜合特性曲線的方法。
【背景技術】
[0002] 原型水輪機，是指水電站中將水流的機械能轉化成轉輪的機械能，使轉輪和主軸 克服各種阻力而連續運轉起來的機器，被稱為水電站的"屯、臟"，其安全高效運行對水電廠 經濟效益的發揮具有決定性的作用。原型水輪機是按相似原理由模型水輪機轉化而來，因 此原型水輪機運轉綜合特性曲線也是由模型水輪機綜合特性曲線經相似轉化和修正得到。
[0003] 原型水輪機運轉綜合特性曲線是水電站優化調度的重要依據。為了依據電網負 荷、上游來水量和上下游水位等合理地分配水電廠各機組的實際出力W獲取最佳的經濟效 益，調度部口和水電廠需要原型水輪機運轉綜合特性曲線，W全面掌握原型水輪機的水頭、 流量、出力、效率、開度、空化、壓力脈動等特性及其相互間的關系和最優運行區域。為此，需 要按相似原理及修正，將模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜合特性曲線。
[0004] 目前現有技術中與本發明最接近的解決上述問題的實現方案是:為了將模型水輪 機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜合特性曲線，需要在平面坐標圖中先繪制各水頭 Η下的效率輔助線％ = f(Pp)、吸出高度輔助線出=f (時）、導葉開度線輔助線a〇 = f(Pp)和葉 片轉角輔助線Φ=?·(時），再作若干水平線與輔助線相交，將各交點移至H-時坐標圖中并依 次光滑連成曲線，即為相應的等效率線、等吸出高度線、等導葉開度線和等葉片轉角線。
[0005] 現有技術中，將模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜合特性曲線 時，由于目前普遍采用的做法是需要在平面坐標圖中先繪制各水頭Η下的效率輔助線％ = f (Pp)、吸出高度輔助線Hs = f(Pp)、導葉開度線輔助線a〇 = f(Pp)和葉片轉角輔助線Φ =f (時），再作若干水平線與輔助線相交，將各交點移至Η-時坐標圖中并依次光滑連成曲線，才 能得到所需的等效率線、等吸出高度線、等導葉開度線和等葉片轉角線。該方法工作量大、 人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，未能充分發揮計算機輔助設計的優勢，繪制的曲 線亦無法滿足機組優化調度的要求，不利于電站安全和經濟效益的發揮。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了解決現有技術中，將模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水 輪機運轉綜合特性曲線時，工作量大、人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，繪制的曲 線亦無法滿足機組優化調度的要求，不利于電站安全和經濟效益的發揮的問題。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供一種生成原型水輪機運轉綜合特性曲線的方法，包 括如下步驟：
[000引坐標計算:在水輪機工作水頭范圍內，選取若干間隔均勻的水頭，分別計算各個水 頭對應的原型水輪機單位轉速mip及相應的模型水輪機單位轉速niim;根據所述各個模型水 輪機單位轉速niim及模型水輪機綜合特性曲線圖中各等效率線、等開度線、等獎葉轉角線、 等噴嘴開度線、等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發展 線得到對應的模型水輪機單位轉速nilm、單位流量化im、效率rim、開度aom、轉角Φ、噴嘴開度 Som;利用相似原理及修正公式，計算各水頭下對應的原型水輪機的效率％、流量Qp、出力Pp、 開度aop、轉角Φ、噴嘴開度Sop,得到原型水輪機的各等效率線上點的坐標％i = f(PpU，出J)和 %i二f (出j , Qpij )、各專導葉開度線上點的坐柄aoi二f (Ppij ,出j )和日0:1二f (出j , Qpij )、各專獎葉 轉角線上點的坐標Φ i = f (Ppij，Hij)和Φ i = f (Hij，Qpij)、各等噴嘴開度線上點的坐標Si = f (Ρρυ,Ηυ)和Si = fWu，QpU)W及等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉 道滿初生及發展線的坐標；
[0009] 原型水輪機等效率線繪制：在水輪機工作水頭范圍內，作所述各個模型水輪機單 位轉速niim平行線與模型綜合特性曲線圖的各等效率線轉向點相切，計算出各切點坐標％1 = f(Ppi，出)和％i = f化i，Qpi)，所述切點坐標為原型水輪機各等效率線轉向點；將計算得到 的所述原型水輪機的各等效率線上的點和所述轉向點依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面 坐標圖上并連成光滑曲線，所述連成的光滑曲線即為原型水輪機的等效率線;計算出模型 水輪機最高效率點對應的原型水輪機最高效率點坐標npmax = f(PDpt，Hd^Pripmax = f(Hd， Q。pt)，并分別畫在H-P、Q-H平面坐標圖上，即為原型水輪機的最高效率工作點；
[0010] 原型水輪機等出力線繪制:在原型水輪機運轉綜合特性曲線的H-P平面坐標圖中， 作 P = Pmax、P = PrW及P 3 0.9Pr、P - 0.8Pr、……、P - 0.3Pr、P - 0.2Pr等出力平行線與原型水 輪機的等效率線相交，讀取各交點的水頭H;利用公式Q = P/(g化)計算各交點的流量Q，得到 各交點的(P、n、H、Q)值;將各等出力線上的點Pi = f(Qij，出j)依取點的順序畫在Q-H平面坐標 圖上并連成光滑曲線，即為原型水輪機等出力線，Pr表示額定出力；
[0011] 原型水輪機等吸出高度線繪制：根據水輪機工作水頭Η范圍和模型空化系數大 小及分布情況，每隔1~2 m擬定幾個合適的吸出高度Η S值；利用公式 Η = (]0-▽''900-巧、）/作'。'巧")計算出不同的Hs對應的原型水輪機工作水頭Η和單位轉速 mip及相應的模型水輪機單位轉速niim;利用模型水輪機單位轉速niim作平行線與模型水輪 機綜合特性曲線圖中各等空化系數線相交，讀取交點的效率rim和單位流量化im;計算出原型 水輪機的出力P和流量Q及各等吸出高度線上點的坐標Hsi = f(Ppij，出j)和Hsi = f化ij，Qij); 將各等吸出高度線上的點依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面坐標圖上并連成光滑曲線， 即為原型水輪機等吸出高度線；
[0012] 原型水輪機出力限制線繪制:將額定水頭發額定出力的點和在最小水頭、最大導 葉開度的出力點連成一直線，即為水輪機出力限制線；
[OOU] 將原型水輪機的各等導葉開度線上點的坐標a日i = f(Ppij，出j)和a〇i = f化ij，Qpij)、 各等獎葉轉角線上點的坐標Φι = ?·(Ρρυ Ju)和Φι = ?·化U，QpU)、各等噴嘴開度線上點的坐 標Si = f(Ppij，Hij)和Si = f化ij，Qpij似及等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫 流線、葉道滿初生及發展線等的坐標依取點的順序分別畫在H-P、Q-H平面坐標圖上并連成 光滑曲線，即得到原型水輪機相應的等開度線、等獎葉轉角線、等噴嘴開度線、等壓力脈動 線W及葉片進水邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發展線。
[0014]進一步地，出力限制線繪制中，對于設有最大出力的機組，其出力限制線的繪制方 法如下:將發最大出力的最小水頭的點、額定水頭發額定出力的點W及在最小水頭、最大導 葉開度的出力點連成直線，即為水輪機出力限制線。
[0015] 具體地，對于混流式水輪機，還包括運行區域繪制，所述運行區域包括穩定運行 區、過負荷區、不推薦運行區、允許運行區、禁止運行區及滿帶區，所述各個運行區域根據原 型水輪機的等吸出高度線、出力限制線、等壓力脈動線、葉片進水邊正背面初生空化線或脫 流線、葉道滿初生及發展線綜合確定。
[0016] 優選地，在選取若干間隔均勻的水頭時，選取的水頭個數為8至12個，所選取的水 頭中包含最小水頭、額定水頭和最大水頭。一種優選的水頭個數的數量為10個。
[0017] 本發明的有益效果是：
[0018] 采用本發明的模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜合特性曲線的 方法，省去了作效率輔助線riT=f(Pp)、等吸出高度輔助線出= f(Pp)、等導葉開度線輔助線ao = f(Pp)和等葉片轉角輔助線Φ=?·(Ρρ)等中間環節，充分節約了制作原型水輪機綜合特性 曲線的時間，提高了制圖效率；
[0019] 在坐標計算時，充分發揮計算機EXC化軟件強大的計算、繪圖優勢，將各水頭對應 的模型水輪機單位轉速nilm、單位流量化im、效率rim、開度a日m、轉角Φ、噴嘴開度S日m等填入 EXC化表中，即可利用相關公式，在EXC化表中自動計算出原型水輪機的效率％、流量Qp、出力 Pp、開度aop、轉角Φ、噴嘴開度Sop等并繪制成相應的等值曲線；
[0020] 明確了在Q-H平面坐標圖上畫原型水輪機運轉綜合特性曲線的方法及等出力線的 計算、繪制方法，為調度部口和水電廠利用原型水輪機運轉綜合特性曲線合理地分配各機 組的實際出力提供了技術支撐；
[0021] 明確了模型綜合特性曲線圖的各等效率線轉向點（即最高點或（和)最低點）的選 取及轉化為原型水輪機各等效率線轉向點的方法，為合理確定原型水輪機各等效率線的最 高點或(和)最低點及曲線的范圍和形狀提供了依據；
[0022] 明確了模型水輪機最高效率點轉化為原型水輪機最高效率點的方法，為合理確定 原型水輪機的最高效率工作點提供了依據。
【具體實施方式】
[0023] W下對本發明的根據模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜合特性 曲線的方法進行進一步詳細說明。
[0024] 本發明為解決現有技術中，將模型水輪機綜合特性曲線轉化為原型水輪機運轉綜 合特性曲線時，工作量大、人為影響因素多、工作效率和制圖精度低，繪制的曲線亦無法滿 足機組優化調度的要求，不利于電站安全和經濟效益的發揮的問題，提供了一種既可省去 作輔助線W明顯減少工作量和人為影響因素，還可W充分發揮計算機輔助設計的優勢，W 提高工作效率和制圖精度、滿足機組優化調度的要求，且簡單易行、便于實施的技術解決方 案。該方案的具體流程如下。
[0025] 1、列表計算：1)在水輪機工作水頭范圍內，取若干間隔均勻的水頭，一般取8~12 個，且包含最小水頭、額定水頭和最大水頭在內。分別計算出各水頭對應的原型水輪機單位 轉速mip及相應的模型水輪機單位轉速niim，W各niim值作平行線與模型水輪機綜合特性曲 線圖中各等效率線、等開度線、等獎葉轉角線、等噴嘴開度線、等壓力脈動線W及葉片進水 邊正背面初生空化線或脫流線、葉道滿初生及發展線等相交，將各交點對應的模型水輪機 單位轉速nilm、單位流量化im、效率rim、開度aom、轉角Φ、噴嘴開度Som等填入EXC化表中；2 )利用 相似原理及修正公式，列EXC化表計算出各水頭下對應的原型水輪機的效率