水利工程論文-水輪機特性對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響.doc

水利工程論文-水輪機特性對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響摘要：通過理論推導，研究了水輪機綜合特性系數(shù)對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響，即水輪機運行中不同工況點效率的相對變化對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響.得出了最危險的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面取決于設計水頭，并通過實例得到驗證。關鍵詞：水輪機特性綜合特性系數(shù)水輪機工況點調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面文獻1運用水輪機特性的傳遞系數(shù)導出了調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積的計算公式，即托馬斷面積與水輪機綜合特性系數(shù)的乘積.這表明水輪機特性對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積是有影響的.因此，有必要進一步探討水輪機綜合特性系數(shù)的物理本質(zhì)，研究該系數(shù)的取值范圍，以及影響該系數(shù)的主要因素.1水輪機綜合特性系數(shù)的物理實質(zhì)在推導調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積時，若調(diào)速方程采取水輪機出力的相對變化率中p等于力矩和轉(zhuǎn)速的相對變化率之和的形式：p=mt+x,(1)而mt可用水輪機力矩和流量的線性方程來表示：mt=ehh+eyy+exx,(2)q=eqhh+eqyy+eqxx.(3)其中eh、ey、ex、eqh、eqy和eqx是以穩(wěn)態(tài)工況點為基準值的水輪機特性傳遞系數(shù)，q、h和y分別是水輪機流量、水頭和開度的相對變化率.將式(2)和式(3)代入式(1)整理，得：.(4)在出力不變、轉(zhuǎn)速不變的條件下，式(4)化簡為：.(5)令e=(eqy)/(ey)eh-eqh，稱之為水輪機綜合特性系數(shù).由式(5)和引水隧洞的動量方程，調(diào)壓室的連續(xù)方程不難導出調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積的計算公式如下：F=e(Lf)/(2gH0)=eFth.(6)其中L、f和分別是引水隧洞的長度、橫截面積和水頭損失系數(shù)，H0為水輪機的凈水頭.若調(diào)速方程采用水輪機出力的相對變化率等于流量、水頭和效率的相對變化率之和的形式：p=q+h+()/(0).(7)式(7)減式(4)，則有：.(8)另一方面，從水輪機模型綜合特性曲線已知，效率是單位流量Q1和單位轉(zhuǎn)速n1的函數(shù)：=(Q1,n1).(9)用泰勒級數(shù)展開式(9)，并以無量綱形式來表示，則有：.(10)根據(jù),可得：(Q1)/(Q10)=q-(1)/(2)h,(11)(n1)/(n10)=x-(1)/(2)h.(12)將式(11)和式(12)代入式(10)，整理得：.(13)對比式(8)和式(13)，可得：,(14),(15).(16)由此可見，水輪機特性傳遞系數(shù)的組合實質(zhì)上是水輪機效率對工作參數(shù)的相對變化.將式(13)代入式(7)，在水輪機出力、轉(zhuǎn)速不變的同樣條件下，可得：,(17)對比式(5)和式(17)，得出：.(18)實際上式(18)也可以由式(14)和式(15)聯(lián)立直接得出.經(jīng)過上述的理論推導，可以證明：水輪機綜合特性系數(shù)對調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響，本質(zhì)上是水輪機效率變化所起的作用.過去許多學者對水輪機效率的影響做過大量的工作2，其中以Evangelist公式最具有代表性.(19)而可以改寫成如下形式：,(20).(21)同樣運用單位流量和單位轉(zhuǎn)速的定義式，不難證明,(22).(23)所以式(19)與式(16)是完全一致的，前者是將效率作為流量和水頭的函數(shù)，后者是將效率作為單位流量和單位轉(zhuǎn)速的函數(shù)，但在實際應用中，后者更為簡便一些.2水輪機綜合特性系數(shù)的變化規(guī)律表1e在水輪機模型綜合特性曲線四區(qū)域及四