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CN112067181B - 单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法 - Google Patents

单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法 Download PDF

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CN112067181B CN202010967821.8A CN202010967821A CN112067181B CN 112067181 B CN112067181 B CN 112067181B CN 202010967821 A CN202010967821 A CN 202010967821A CN 112067181 B CN112067181 B CN 112067181B
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    • G01L3/26—Devices for measuring efficiency, i.e. the ratio of power output to power input

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Abstract

本发明涉及水泵水轮机领域，公开了一种单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法，对单级可逆式混流式水泵水轮机比转速进行更合理的计算，以满足新的抽水蓄能电站工程要求。本发明包括：判断单级可逆式混流式水泵水轮机的工作方式；若为水轮机工作方式时，获取其水轮机工况额定水头值Htr；根据额定水头值Htr以及公式nsr＝488.41‑60.77Ln(Htr)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定比转速nsr；若为水泵工作方式时，获取其水泵工况最小扬程值Hpmin；根据最小扬程值Hpmin以及公式nqmax＝184.37‑24.27Ln(Hpmin)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最大比转速nqmax。本发明适用于单级可逆式混流式水泵水轮机。

Description

单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法
技术领域
本发明涉及水泵水轮机领域，特别涉及单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法。
背景技术
单级可逆式混流式水泵水轮机是抽水蓄能电站中应用最多最广的一种可逆式水泵水轮机型式。可逆式水泵水轮机是指具有水泵和水轮机两种工作方式和正反两种旋转方向，既可作水泵运行又可作水轮机运行的水力机械，被称为抽水蓄能电站的“心脏”，其参数的合理选择对抽水蓄能电站工程的初期投资和投运后电站经济效益的发挥具有非常重要的作用，是抽水蓄能电站工程设计的核心内容之一。
水泵水轮机比转速是衡量水泵水轮机能量特性、空化特性、运行稳定性以及经济性和先进性的综合性参数指标。当单级可逆式混流式水泵水轮机处于水轮机工作方式时，行业内通常是将水轮机工况额定比转速作为衡量水泵水轮机能量特性、空化特性、运行稳定性以及经济性和先进性的综合性参数指标；当单级可逆式混流式水泵水轮机处于水泵工作方式时，行业内通常是将水泵工况最大比转速作为衡量水泵水轮机能量特性、空化特性、运行稳定性以及经济性和先进性的综合性参数指标。提高比转速对提高水泵水轮机的能量特性、降低机组造价及厂房土建投资具有重要意义；但比转速的提高又受到水泵水轮机的强度、空化性能、泥沙磨损及运行稳定性等因素的制约。因此，如何合理地确定水泵水轮机比转速是抽水蓄能电站工程设计中非常重要的内容。
目前与本发明最接近的解决上述问题实现方案是：为了求得单级可逆式混流式水泵水轮机比转速，常采用两种估算方法，即方法一：若设计的抽水蓄能电站工程中，水泵水轮机的水头(扬程)、出力(入力)、流量等参数与已设计制造的水泵水轮机参数相同或接近，则利用已有的单级可逆式混流式水泵水轮机模型参数和综合特性曲线来估算水泵水轮机比转速。由于该估算方法是基于某一已有的模型资料，受当时技术条件的限制，一般很难对模型特性做全面、深入的试验研究，因而估算出的水泵水轮机比转速一般难以满足新的抽水蓄能电站工程要求，特别是大中型或有特殊要求的抽水蓄能电站工程，通常要求依据工程的具体条件和运行要求，运用CFD等新技术开发研制新模型；方法二：当没有合适的模型资料时，则按统计公式估算水泵水轮机比转速。由于该估算方法是按统计公式估算水泵水轮机比转速，目前这种统计公式较多，由于各统计公式所依据的单级可逆式混流式水泵水轮机参数样本数据是上世纪的或是某一水头段的或是某一比转速范围的，存在一定的局限性，同一抽水蓄能电站工程用不同的统计公式估算的结果不同，有些甚至相差较大，无法正确选取。因此方法一、二均无法满足抽水蓄能电站工程对新技术、新材料、新工艺、新结构等不断发展的要求，估算出的单级可逆式混流式水泵水轮机比转速一般亦难以满足新的抽水蓄能电站工程要求。
本发明在收集、整理国内外近30年来大量的运行良好的单级可逆式混流式水泵水轮机资料的基础上，利用最小二乘法原理，用大量的单级可逆式混流式水泵水轮机参数做样本数据，回归统计得到新的单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算公式，得出合理的单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算值，以满足新的抽水蓄能电站工程要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法，对单级可逆式混流式水泵水轮机比转速进行更合理的计算，以满足新的抽水蓄能电站工程要求。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法，包括以下步骤：
判断单级可逆式混流式水泵水轮机的工作方式；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水轮机工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定水头值Htr，所述额定水头值Htr的单位为m；
根据所述额定水头值Htr以及以下的公式(1)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定比转速nsr，所述额定比转速nsr的单位为m·kW，
nsr＝488.41-60.77Ln(Htr) (1)；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水泵工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最小扬程值Hpmin，所述最小扬程值Hpmin的单位为m；
根据所述最小扬程值Hpmin以及以下的公式(2)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最大比转速nqmax，所述最大比转速nqmax的单位为m·m3/s，
nqmax＝184.37-24.27Ln(Hpmin) (2)。
本发明的有益效果是：本发明通过收集、整理国内外近30年来大量的运行良好的单级可逆式混流式水泵水轮机资料；利用最小二乘法，用大量的单级可逆式混流式水泵水轮机参数做样本数据，回归统计得到单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定比转速计算公式(1)和水泵工况最大比转速计算公式(2)，该公式(1)、(2)将单级可逆式混流式水泵水轮机的典型代表工况比转速即水轮机工况额定比转速和水泵工况最大比转速的计算公式综合起来考虑，在前期做了大量计算、推导工作之后，为单级可逆式混流式水泵水轮机创造性的总结出一个更为合理的比转速计算方法，更好地满足了新的抽水蓄能电站工程要求，并提高了设计的质量和效率、降低了成本，为后续国内外抽水蓄能电站工程建设提供了有力的技术支撑。并且，不管有无相同或者相近的单级可逆式混流式水泵水轮机模型，本发明都适用。
附图说明
图1为本发明计算单级可逆式混流式水泵水轮机比转速的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例提供一种单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
判断单级可逆式混流式水泵水轮机的工作方式；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水轮机工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定水头值Htr，所述额定水头值Htr的单位为m；
根据所述额定水头值Htr以及以下的公式(1)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定比转速nsr，所述额定比转速nsr的单位为m·kW，
nsr＝488.41-60.77Ln(Htr) (1)；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水泵工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最小扬程值Hpmin，所述最小扬程值Hpmin的单位为m；
根据所述最小扬程值Hpmin以及以下的公式(2)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最大比转速nqmax，所述最大比转速nqmax的单位为m·m3/s，
nqmax＝184.37-24.27Ln(Hpmin) (2)。
目前在获取单级可逆式混流式水泵水轮机比转速时，普遍采用的统计估算公式主要有水泵水轮机的水轮机工况额定比转速估算公式①
Figure BDA0002682978520000031
和②
Figure BDA0002682978520000032
以及水泵工况最大比转速估算公式③
Figure BDA0002682978520000033
和④
Figure BDA0002682978520000034
下面将本发明实施例的公式(1)、(2)与目前普遍采用的统计估算公式①～④分别应用到表1所列样本数据中，得到两者的计算结果以及计算结果误差的平方和的对比，如表2、表3所示。
表1几组样本数据(单级可逆式混流式水泵水轮机真实参数)
Figure BDA0002682978520000041
表2本发明公式(1)与目前普遍采用的统计估算公式①、②的计算值及误差对比
Figure BDA0002682978520000042
表3本发明公式(2)与目前普遍采用的统计估算公式③、④的计算值及误差对比
Figure BDA0002682978520000043
表2、表3对比结果表明，本发明实施例的公式(1)、(2)分别得到的计算误差的平方和为最小，即为最优，进而实施例可更加准确地计算出单级可逆式混流式水泵水轮机比转速，说明本发明可更好地满足新的抽水蓄能电站工程要求。
以上描述了本发明的基本原理和主要特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (1)

1.单级可逆式混流式水泵水轮机比转速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断单级可逆式混流式水泵水轮机的工作方式；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水轮机工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定水头值Htr，所述额定水头值Htr的单位为m；
根据所述额定水头值Htr以及公式nsr＝488.41-60.77Ln(Htr)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水轮机工况额定比转速nsr，所述额定比转速nsr的单位为m·kW；
若单级可逆式混流式水泵水轮机处于的工作方式为水泵工作方式，则获取单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最小扬程值Hpmin，所述最小扬程值Hpmin的单位为m；
根据所述最小扬程值Hpmin以及公式nqmax＝184.37-24.27Ln(Hpmin)，计算出单级可逆式混流式水泵水轮机的水泵工况最大比转速nqmax，所述最大比转速nqmax的单位为m·m3/s。
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