水輪機(jī)特性對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響

1、水輪機(jī)特性對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響         06-02-21 10:21:00     作者：楊建東賴旭陳鑒治    編輯：studa9ngns摘要：通過(guò)理論推導(dǎo)，研究了水輪機(jī)綜合特性系數(shù)對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響，即水輪機(jī)運(yùn)行中不同工況點(diǎn)效率的相對(duì)變化對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響.得出了最危險(xiǎn)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面取決于設(shè)計(jì)水頭，并通過(guò)實(shí)例得到驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：水輪機(jī)特性 綜合特性系數(shù) 水輪機(jī)工況點(diǎn) 調(diào)壓室 臨界穩(wěn)定斷面  文獻(xiàn)1運(yùn)用

2、水輪機(jī)特性的傳遞系數(shù)導(dǎo)出了調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積的計(jì)算公式，即托馬斷面積與水輪機(jī)綜合特性系數(shù)的乘積.這表明水輪機(jī)特性對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積是有影響的.因此，有必要進(jìn)一步探討水輪機(jī)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(jī)綜合特性系數(shù)的物理實(shí)質(zhì)在推導(dǎo)調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積時(shí)，若調(diào)速方程采取水輪機(jī)出力的相對(duì)變化率中p等于力矩和轉(zhuǎn)速的相對(duì)變化率之和的形式：p=mt+x, (1)而mt可用水輪機(jī)力矩和流量的線性方程來(lái)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(diǎn)為基準(zhǔn)值的水輪機(jī)

3、特性傳遞系數(shù)，q、h和y分別是水輪機(jī)流量、水頭和開(kāi)度的相對(duì)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(jiǎn)為：.(5)令e=(eqy)/(ey)eh-eqh，稱之為水輪機(jī)綜合特性系數(shù).由式(5)和引水隧洞的動(dòng)量方程，調(diào)壓室的連續(xù)方程不難導(dǎo)出調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面積的計(jì)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(zhǎng)度、橫截面積和水頭損失系數(shù)，H0為水輪機(jī)的凈水頭.若調(diào)速方程采用水輪機(jī)出力的相對(duì)變化率等于流量、水頭和效率的相對(duì)變化率之和的形式：p=q+h+()/(0). (7)式(7)減式(4)，則有：.(

4、8)另一方面，從水輪機(jī)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(jí)數(shù)展開(kāi)式(9)，并以無(wú)量綱形式來(lái)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(duì)比式(8)和式(13)，可得：,(14),(15).(16)由此可見(jiàn)，水輪機(jī)特性傳遞系數(shù)的組合實(shí)質(zhì)上是水輪機(jī)效率對(duì)工作參數(shù)的相對(duì)變化.將式(13)代入式(7)，在水輪機(jī)出力、轉(zhuǎn)速不變的同樣條件下，可得：,(17)對(duì)比式(5)和式(17)，得出：.(1

5、8)實(shí)際上式(18)也可以由式(14)和式(15)聯(lián)立直接得出.經(jīng)過(guò)上述的理論推導(dǎo)，可以證明：水輪機(jī)綜合特性系數(shù)對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積的影響，本質(zhì)上是水輪機(jī)效率變化所起的作用.過(guò)去許多學(xué)者對(duì)水輪機(jī)效率的影響做過(guò)大量的工作2，其中以Evangelist公式最具有代表性.(19)而可以改寫(xiě)成如下形式：,(20).(21)同樣運(yùn)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(shí)際應(yīng)用中，后者更為簡(jiǎn)便一些.2水輪機(jī)綜合特性系數(shù)的變化規(guī)律表1e在水輪機(jī)模型綜合特性曲線四區(qū)域及四條

6、線上的變化特點(diǎn)區(qū)線abcd<0>0>0>0=0>0=0<0<0<0>0>0<0=0>0=0e>1在-之間<1在-之間>1<1<1>1圖1水輪機(jī)模型綜合特性曲線上的區(qū)域劃分圖2各區(qū)域內(nèi)e值的變化規(guī)律各區(qū)域內(nèi)e隨和的變化規(guī)律見(jiàn)圖2.從圖2可看出：d線附近的e值較大，a線附近次之，c線附近又次之，而b線附近的e值較小.并且區(qū)的e值比區(qū)的小.其原因是大小對(duì)e起主要的作用. 綜上分析可知：在任一水輪機(jī)模型綜合特性曲線上，其右上角的e值較大，左下角的e值較小.并且開(kāi)度越小，e值越?。环粗_(kāi)度越大，e值越大.另一方面，從水輪機(jī)的運(yùn)行范圍來(lái)看：在最小水頭(n1max)和設(shè)計(jì)水頭(n1r)之間，由于受水輪機(jī)出力的限制，滿負(fù)荷時(shí)，其工作點(diǎn)在5%出力限制線上移動(dòng)，因此有可能落在區(qū)，而設(shè)計(jì)水頭到最大水