立轴水斗式水轮机额定比转速计算方法与流程

本发明涉及水电站水轮机领域，特别涉及立轴水斗式水轮机额定比转速计算方法。

背景技术

水轮机是指水电站中将水流的机械能转化成转轮的机械能，使转轮和主轴克服各种阻力而连续运转起来的机器，被称为水电站的“心脏”，其参数的合理选择对水电工程的初期投资和投运后电厂经济效益的发挥具有非常重要的作用，是水电工程设计的核心内容之一。

水轮机比转速是衡量水轮机能量特性、空化特性、运行稳定性以及经济性和先进性的综合性指标。提高比转速对提高水轮机能量特性、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轮机强度、空化性能、泥沙磨损及运行稳定性等因素的制约。因此，如何合理地确定水轮机比转速是水电工程设计中非常重要的内容。立轴水斗式水轮机通常采用的喷嘴数z0为4、5、6，由立轴水斗式水轮机额定比转速nsr的计算公式知，对于不同的喷嘴数z0，计算出单喷嘴额定比转速nsr1，即可求得立轴水斗式水轮机额定比转速nsr。

目前与本发明最接近的解决上述问题实现方案是：为了求得立轴水斗式水轮机单喷嘴额定比转速nsr1，通常普遍采用1983年出版的《水电站机电设计手册》(水力机械)中的统计曲线，统计曲线如图2所示。由于图2统计曲线所依据的水轮机参数样本数据是1983年之前的水电站及水轮机，存在一定的时代局限性，且没有考虑不同喷嘴数对水轮机比转速选择和水轮机综合性能的影响，因此无法满足水电工程对新技术、新材料、新工艺、新结构等不断发展的要求，查图2得出的立轴水斗式水轮机单喷嘴额定比转速nsr1一般难以满足新的水电工程要求，因此按照现有方法最终计算出来的额定比转速与现有的立轴水斗式水轮机真实数据相比误差较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种立轴水斗式水轮机额定比转速计算方法，对立轴水斗式水轮机额定比转速进行更合理的计算，以满足新的水电工程要求。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种立轴水斗式水轮机额定比转速计算方法，包括以下步骤：

a.确定待计算立轴水斗式水轮机的额定水头，所述额定水头记为hr；

b.确定待计算立轴水斗式水轮机的喷嘴数，所述喷嘴数记为z0；

c.根据立轴水斗式水轮机的喷嘴数选择对应的计算公式，并计算立轴水斗式水轮机的单喷嘴额定比转速，所述单喷嘴额定比转速记为nsr1，单喷嘴额定比转速计算公式如下：

当z0＝4时，

当z0＝5时，

当z0＝6时，

d.根据立轴水斗式水轮机的单喷嘴额定比转速计算立轴水斗式水轮机的额定比转速。

进一步的，为了快速计算，步骤d中，计算立轴水斗式水轮机的额定比转速的公式可以选用如下公式：

其中，nsr为立轴水斗式水轮机的额定比转速。

本发明的有益效果是：本发明通过收集、整理国内外大量的运行良好的立轴水斗式水轮发电机组资料，由于立轴水斗式水轮机通常采用的喷嘴数z0为4、5、6，因此按水轮机喷嘴数z0，将资料分成z0＝4、5、6三组，以对应不同的喷嘴数对立轴水斗式水轮机比转速选择和水轮机综合性能的影响；利用最小二乘法，用大量的水轮机参数做样本数据，回归统计得到立轴水斗式水轮机当其喷嘴数z0＝4、5、6的单喷嘴额定比转速nsr1的计算公式；该公式考虑了不同喷嘴数对立轴水斗式水轮机比转速选择和水轮机综合性能的影响，因此能更合理的计算出立轴水斗式水轮机额定比转速，更好地满足了新的水电工程要求，为后续国内、外水电工程建设提供了有力的技术支撑。

附图说明

图1为本发明计算立轴水斗式水轮机额定比转速的流程图；

图2为现有的水斗式水轮机单喷嘴额定比转速nsr1与额定水头hr的关系曲线图。

具体实施方式

本发明通过收集、整理国内外大量的运行良好的立轴水斗式水轮发电机组资料，由于立轴水斗式水轮机通常采用的喷嘴数z0为4、5、6，因此按水轮机喷嘴数z0，将资料分成z0＝4、5、6三组，再利用最小二乘法，用大量的水轮机参数做样本数据，回归统计得到立轴水斗式水轮机当其喷嘴数z0＝4、5、6的单喷嘴额定比转速nsr1的计算公式：即，当z0＝4时，当z0＝5时，当z0＝6时，由于本发明将喷嘴数z0进行了区分，考虑了不同喷嘴数对立轴水斗式水轮机比转速选择和水轮机综合性能的影响，并且由于回归统计得到的单喷嘴额定比转速计算公式(1)、(2)、(3)是以大量运行良好的立轴水斗式水轮发电机组的数据为基础进行推导的，因此最终获得的额定比转速具有普遍性和合理性。

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例提供一种立轴水斗式水轮机额定比转速计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

a.确定待计算立轴水斗式水轮机的额定水头，所述额定水头记为hr，单位为m；

b.确定待计算立轴水斗式水轮机的喷嘴数，所述喷嘴数记为z0，单位为个；

c.根据立轴水斗式水轮机的喷嘴数选择对应的计算公式，并通过公式计算立轴水斗式水轮机的单喷嘴额定比转速，所述单喷嘴额定比转速记为nsr1，单位为m·kw，单喷嘴额定比转速计算公式如下：

当z0＝4时，

当z0＝5时，

当z0＝6时，

d.根据立轴水斗式水轮机的单喷嘴额定比转速nsr1计算立轴水斗式水轮机的额定比转速nsr，公式如下：

在获取单喷嘴额定比转速时，目前普遍采用的1983年出版的《水电站机电设计手册》(水力机械)中的统计曲线，统计曲线如图2所示。下面将本发明实施例的公式(1)、(2)、(3)与图2所示统计曲线分别应用到表1所示样本数据中，得到两者的计算结果以及计算结果的误差对比，计算结果以及计算结果的误差对比如表2～表4所示。

表1几组样本数据(水轮机真实参数)

表2本发明与目前普遍采用的统计曲线计算误差对比(z0＝4)

表3本发明与目前普遍采用的统计曲线计算误差对比(z0＝5)

表4本发明与目前普遍采用的统计曲线计算误差对比(z0＝6)

表2～表4对比结果表明，本发明实施例的公式(1)～(3)得到的误差的平方和在各喷嘴数z0中均为最小，即为最优，进而实施例可更加准切的计算出立轴水斗式水轮机额定比转速，说明本发明可更好的满足新的水电工程要求。

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。