一种生成原型水轮机运转综合特性曲线的方法技术

本发明专利技术涉及三维模型转化技术，目的是为了解决目前将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线时需作辅助线，工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低的问题。本发明专利技术提供的生成原型水轮机运转综合特性曲线的方法，根据模型水轮机的综合特性曲线，通过计算机软件计算原型水轮机的各等效率线上点的坐标、等出力线上点的坐标、等吸出高度线上点的坐标、各等导叶开度线上点的坐标等，在此基础上，分别在H-P、Q-H平面坐标图上绘制原型水轮机的等效率线、等出力线、等吸出高度线、等导叶开度线以及出力限制线等，并进一步得到原型水轮机的运行区域划分。本发明专利技术适用于将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维模型转化技术，特别涉及一种模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线的方法。
技术介绍
原型水轮机，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”，其安全高效运行对水电厂经济效益的发挥具有决定性的作用。原型水轮机是按相似原理由模型水轮机转化而来，因此原型水轮机运转综合特性曲线也是由模型水轮机综合特性曲线经相似转化和修正得到。原型水轮机运转综合特性曲线是水电站优化调度的重要依据。为了依据电网负荷、上游来水量和上下游水位等合理地分配水电厂各机组的实际出力以获取最佳的经济效益，调度部门和水电厂需要原型水轮机运转综合特性曲线，以全面掌握原型水轮机的水头、流量、出力、效率、开度、空化、压力脉动等特性及其相互间的关系和最优运行区域。为此，需要按相似原理及修正，将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线。目前现有技术中与本专利技术最接近的解决上述问题的实现方案是：为了将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线，需要在平面坐标图中先绘制各水头H下的效率辅助线ηT＝f(PP)、吸出高度辅助线Hs＝f(PP)、导叶开度线辅助线a0＝f(PP)和叶片转角辅助线φ＝f(PP)，再作若干水平线与辅助线相交，将各交点移至H-PP坐标图中并依次光滑连成曲线，即为相应的等效率线、等吸出高度线、等导叶开度线和等叶片转角线。现有技术中，将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线时，由于目前普遍采用的做法是需要在平面坐标图中先绘制各水头H下的效率辅助线ηT＝f(PP)、吸出高度辅助线Hs＝f(PP)、导叶开度线辅助线a0＝f(PP)和叶片转角辅助线φ＝f(PP)，再作若干水平线与辅助线相交，将各交点移至H-PP坐标图中并依次光滑连成曲线，才能得到所需的等效率线、等吸出高度线、等导叶开度线和等叶片转角线。该方法工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低，未能充分发挥计算机辅助设计的优势，绘制的曲线亦无法满足机组优化调度的要求，不利于电站安全和经济效益的发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中，将模型水轮机综合特性曲线转化为原型水轮机运转综合特性曲线时，工作量大、人为影响因素多、工作效率和制图精度低，绘制的曲线亦无法满足机组优化调度的要求，不利于电站安全和经济效益的发挥的问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种生成原型水轮机运转综合特性曲线的方法，包括如下步骤：坐标计算：在水轮机工作水头范围内，选取若干间隔均匀的水头，分别计算各个水头对应的原型水轮机单位转速n11p及相应的模型水轮机单位转速n11m；根据所述各个模型水轮机单位转速n11m及模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线、等开度线、等桨叶转角线、等喷嘴开度线、等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线得到对应的模型水轮机单位转速n11m、单位流量Q11m、效率ηm、开度a0m、转角φ、喷嘴开度S0m；利用相似原理及修正公式，计算各水头下对应的原型水轮机的效率ηp、流量Qp、出力Pp、开度a0p、转角φ、喷嘴开度S0p，得到原型水轮机的各等效率线上点的坐标ηpi＝f(Ppij,Hij)和ηpi＝f(Hij,Qpij)、各等导叶开度线上点的坐标a0i＝f(Ppij,Hij)和a0i＝f(Hij,Qpij)、各等桨叶转角线上点的坐标φi＝f(Ppij,Hij)和φi＝f(Hij,Qpij)、各等喷嘴开度线上点的坐标Si＝f(Ppij,Hij)和Si＝f(Hij,Qpij)以及等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线的坐标；原型水轮机等效率线绘制：在水轮机工作水头范围内，作所述各个模型水轮机单位转速n11m平行线与模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切，计算出各切点坐标ηpi＝f(Ppi,Hi)和ηpi＝f(Hi,Qpi)，所述切点坐标为原型水轮机各等效率线转向点；将计算得到的所述原型水轮机的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线，所述连成的光滑曲线即为原型水轮机的等效率线；计算出模型水轮机最高效率点对应的原型水轮机最高效率点坐标ηpmax＝f(Popt,Hd)和ηpmax＝f(Hd,Qopt)，并分别画在H-P、Q-H平面坐标图上，即为原型水轮机的最高效率工作点；原型水轮机等出力线绘制：在原型水轮机运转综合特性曲线的H-P平面坐标图中，作P＝Pmax、P＝Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型水轮机的等效率线相交，读取各交点的水头H；利用公式Q＝P/(gHη)计算各交点的流量Q，得到各交点的(P、η、H、Q)值；将各等出力线上的点Pi＝f(Qij,Hij)依取点的顺序画在Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线，即为原型水轮机等出力线，Pr表示额定出力；原型水轮机等吸出高度线绘制：根据水轮机工作水头H范围和模型空化系数σm大小及分布情况，每隔1～2m拟定几个合适的吸出高度Hs值；利用公式计算出不同的Hs对应的原型水轮机工作水头H和单位转速n11p及相应的模型水轮机单位转速n11m；利用模型水轮机单位转速n11m作平行线与模型水轮机综合特性曲线图中各等空化系数线相交，读取交点的效率ηm和单位流量Q11m；计算出原型水轮机的出力P和流量Q及各等吸出高度线上点的坐标Hsi＝f(Ppij,Hij)和Hsi＝f(Hij,Qij)；将各等吸出高度线上的点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线，即为原型水轮机等吸出高度线；原型水轮机出力限制线绘制：将额定水头发额定出力的点和在最小水头、最大导叶开度的出力点连成一直线，即为水轮机出力限制线；将原型水轮机的各等导叶开度线上点的坐标a0i＝f(Ppij,Hij)和a0i＝f(Hij,Qpij)、各等桨叶转角线上点的坐标φi＝f(Ppij,Hij)和φi＝f(Hij,Qpij)、各等喷嘴开度线上点的坐标Si＝f(Ppij,Hij)和Si＝f(Hij,Qpij)以及等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线等的坐标依取点的顺序分别画在H-P、Q-H平面坐标图上并连成光滑曲线,即得到原型水轮机相应的等开度线、等桨叶转角线、等喷嘴开度线、等压力脉动线以及叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线。进一步地，出力限制线绘制中，对于设有最大出力的机组，其出力限制线的绘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成原型水轮机运转综合特性曲线的方法，其特征在于，包括如下步骤：坐标计算：在水轮机工作水头范围内，选取若干间隔均匀的水头，分别计算各个水头对应的原型水轮机单位转速n11p及相应的模型水轮机单位转速n11m；根据所述各个模型水轮机单位转速n11m及模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线、等开度线、等桨叶转角线、等喷嘴开度线、等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线得到对应的模型水轮机单位转速n11m、单位流量Q11m、效率ηm、开度a0m、转角φ、喷嘴开度S0m；利用相似原理及修正公式，计算各水头下对应的原型水轮机的效率ηp、流量Qp、出力Pp、开度a0p、转角φ、喷嘴开度S0p，得到原型水轮机的各等效率线上点的坐标ηpi＝f(Ppij,Hij)和ηpi＝f(Hij,Qpij)、各等导叶开度线上点的坐标a0i＝f(Ppij,Hij)和a0i＝f(Hij,Qpij)、各等桨叶转角线上点的坐标φi＝f(Ppij,Hij)和φi＝f(Hij,Qpij)、各等喷嘴开度线上点的坐标Si＝f(Ppij,Hij)和Si＝f(Hij,Qpij)以及等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线的坐标；原型水轮机等效率线绘制：在水轮机工作水头范围内，作所述各个模型水轮机单位转速n11m平行线与模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切，计算出各切点坐标ηpi＝f(Ppi,Hi)和ηpi＝f(Hi,Qpi)，所述切点坐标为原型水轮机各等效率线转向点；将计算得到的所述原型水轮机的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H‑P、Q‑H平面坐标图上并连成光滑曲线，所述连成的光滑曲线即为原型水轮机的等效率线；计算出模型水轮机最高效率点对应的原型水轮机最高效率点坐标ηpmax＝f(Popt,Hd)和ηpmax＝f(Hd,Qopt)，并分别画在H‑P、Q‑H平面坐标图上，即为原型水轮机的最高效率工作点；原型水轮机等出力线绘制：在原型水轮机运转综合特性曲线的H‑P平面坐标图中，作P＝Pmax、P＝Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型水轮机的等效率线相交，读取各交点的水头H；利用公式Q＝P/(gHη)计算各交点的流量Q，得到各交点的(P、η、H、Q)值；将各等出力线上的点Pi＝f(Qij,Hij)依取点的顺序画在Q‑H平面坐标图上并连成光滑曲线，即为原型水轮机等出力线,其中Pmax表示最大出力，Pr表示额定出力；原型水轮机等吸出高度绘制：根据水轮机工作水头H范围和模型空化系数σm大小及分布情况，每隔1～2m拟定几个合适的吸出高度Hs值；利用公式计算出不同的Hs对应的原型水轮机工作水头H和单位转速n11p及相应的模型水轮机单位转速n11m；利用模型水轮机单位转速n11m作平行线与模型水轮机综合特性曲线图中各等空化系数线相交，读取交点的效率ηm和单位流量Q11m；计算出原型水轮机的出力P和流量Q及各等吸出高度线上点的坐标Hsi＝f(Ppij,Hij)和Hsi＝f(Hij,Qij)；将各等吸出高度线上的点依取点的顺序分别画在H‑P、Q‑H平面坐标图上并连成光滑曲线，即为原型水轮机等吸出高度线；原型水轮机出力限制线绘制：将额定水头发额定出力的点和在最小水头、最大导叶开度的出力点连成一直线，即为水轮机出力限制线；将原型水轮机的各等导叶开度线上点的坐标a0i＝f(Ppij,Hij)和a0i＝f(Hij,Qpij)、各等桨叶转角线上点的坐标φi＝f(Ppij,Hij)和φi＝f(Hij,Qpij)、各等喷嘴开度线上点的坐标Si＝f(Ppij,Hij)和Si＝f(Hij,Qpij)以及等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线等的坐标依取点的顺序分别画在H‑P、Q‑H平面坐标图上并连成光滑曲线,即得到原型水轮机相应的等开度线、等桨叶转角线、等喷嘴开度线、等压力脉动线以及叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线。...

【技术特征摘要】
1.一种生成原型水轮机运转综合特性曲线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
坐标计算：在水轮机工作水头范围内，选取若干间隔均匀的水头，分别计算各个水头对
应的原型水轮机单位转速n11p及相应的模型水轮机单位转速n11m；根据所述各个模型水轮机单
位转速n11m及模型水轮机综合特性曲线图中各等效率线、等开度线、等桨叶转角线、等喷嘴
开度线、等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流线、叶道涡初生及发展线得到
对应的模型水轮机单位转速n11m、单位流量Q11m、效率ηm、开度a0m、转角φ、喷嘴开度S0m；
利用相似原理及修正公式，计算各水头下对应的原型水轮机的效率ηp、流量Qp、出力Pp、
开度a0p、转角φ、喷嘴开度S0p，得到原型水轮机的各等效率线上点的坐标ηpi＝f(Ppij,Hij)和
ηpi＝f(Hij,Qpij)、各等导叶开度线上点的坐标a0i＝f(Ppij,Hij)和a0i＝f(Hij,Qpij)、各等桨叶
转角线上点的坐标φi＝f(Ppij,Hij)和φi＝f(Hij,Qpij)、各等喷嘴开度线上点的坐标
Si＝f(Ppij,Hij)和Si＝f(Hij,Qpij)以及等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线或脱流
线、叶道涡初生及发展线的坐标；
原型水轮机等效率线绘制：在水轮机工作水头范围内，作所述各个模型水轮机单位转速
n11m平行线与模型综合特性曲线图的各等效率线转向点相切，计算出各切点坐标
ηpi＝f(Ppi,Hi)和ηpi＝f(Hi,Qpi)，所述切点坐标为原型水轮机各等效率线转向点；将计算得
到的所述原型水轮机的各等效率线上的点和所述转向点依取点的顺序分别画在H-P、Q-H
平面坐标图上并连成光滑曲线，所述连成的光滑曲线即为原型水轮机的等效率线；计算出模型
水轮机最高效率点对应的原型水轮机最高效率点坐标ηpmax＝f(Popt,Hd)和ηpmax＝f(Hd,Qopt)，
并分别画在H-P、Q-H平面坐标图上，即为原型水轮机的最高效率工作点；
原型水轮机等出力线绘制：在原型水轮机运转综合特性曲线的H-P平面坐标图中，作
P＝Pmax、P＝Pr以及P≈0.9Pr、P≈0.8Pr、……、P≈0.3Pr、P≈0.2Pr等出力平行线与原型
水轮机的等效率线相交，读取各交点的水头H；利用公式Q＝P/(gHη)计算各交点的流量Q，
得到各交点的(P、η、H、Q)值；将各等出力线上的点Pi＝f(Qij,Hij)依取点的顺序画在Q-H
平面坐标图上并连成光滑曲线，即为原型水轮机等出力线,其中Pmax表示最大出...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宏成，蒋登云，田迅，孙文彬，刘丁，吴佰杰，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51