一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法技术

本发明专利技术涉及一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，属于水轮机优化设计技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法


[0001]本专利技术涉及一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，属于水轮机优化设计

。

技术介绍

[0002]混流式水轮机具有水头范围广，结构简单，转轮强度高的特点，是水电站应用最广泛的机型，约占水电装机容量的
80%。
在混流式水轮机转轮的水力设计中，转轮的形状不仅对水轮机的过流能力有很大影响，而且还直接影响水轮机的效率和汽蚀性能
。
[0003]在多年的工程实践中，根据现有许多性能优越的混流式水轮机转轮，已建立了混流式水轮机型谱，型谱中给出了一系列特定比转速下的转轮外型尺寸，行业内公认这些外型尺寸就是该比转速对应的最优外型尺寸
。
但在实际操作时，所选取的比转速通常不是型谱中给出的特定比转速，且水轮机设计制造也是以单件定制模式进行，因此传统的混流式水轮机转轮设计方法是：选型设计得到转轮基本参数后，分析参考现有的比转速相近的水轮机转轮，结合经验确定初始转轮的外型参数，然后以初始参数为基础，采用各种数值计算方法进行优化，制造模型转轮，再通过实验修改优化
。
由于转轮外型结构参数较多，优化参数的选取受主观因素影响大，依赖设计人员的经验和参照的原始资料，优化参数过多会导致计算工作量急剧增加，且在多参数影响下，优化方案的取舍较困难，难以达到最佳优化效果
。
因此，亟需开发一种快速计算转轮外型参数
、
且使之更接近于目标参数的方法，以此达到减少后期优化计算工作量
、
缩短设计周期的目的
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，解决传统计算方法得到的参数偏差大，导致后期计算量大
、
设计周期长的问题
。
[0005]为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，其特征在于步骤如下：
[0006]S1.
选取不同比转速下各型混流式水轮机转轮流道外型数据，数据包括
b0导叶相对高度
、D1转轮流道相对截取长度
、D2转轮出口边与下环交点处相对直径
、D3转轮进口边与上冠交点处相对直径
、D4转轮上冠处截面相对直径
、D5导叶下环处相对高度
、R1转轮上冠圆弧相对半径
、R2转轮出口边圆弧相对半径
、R3转轮进口边圆弧相对半径
、h
转轮流道相对截取高度；
[0007]S2.
以比转速为自变量，对外型参数进行多项式拟合，得到各外型参数的拟合公式；
[0008]S3.
在混流式水轮机选型设计中，根据比转速，将该比转速代入步骤
S2
中的拟合公式中，直接计算得到转轮外型参数
。
[0009]更进一步的技术方案是所述步骤
S1
中不同比转速下各型混流式水轮机转轮流道外型数据如下表：
[0010]名称模型1模型2模型3模型4模型5模型
6n
s
（
m/kw
）
160180200220230240b0(m)0.2240.20.20.250.3150.365D1(m)111111D2(m)1.0351.061.0841.0821.051.078D3(m)0.5650.6160.550.4780.3750.483D4(m)0.8820.90.9010.9280.940.928D5(m)0.1480.1460.1760.1650.1480.16R1(m)0.4390.2760.2760.440.3260.365R2(m)0.1820.1360.1370.1910.1040.109R3(m)0.050.050.050.05450.0750.076h(m)0.3960.40.4320.4820.520.593
[0011]更进一步的技术方案是所述步骤
S2
中各变量的拟合公式如下：
[0012]令（，，，，，，，，）
[0013][0014]D1恒定取
1m。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种采用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，通过选取特定比转速下的最优外型参数，再以比转速为自变量进行多项式拟合，得到各变量的拟合公式，因此，可以根据需要的比转速按照拟合公式直接计算出混流式水轮机转轮相对优化的外型参数，为转轮优化指明方向，并有效减少优化计算工作量，缩短设计周期，有益于优化混流式水轮机设计技术
。
附图说明
[0016]图1是中高比转速的混流式水轮机转轮结构示意图；
[0017]图2是混流式水轮机转轮结构尺寸拟合趋势图，图中“*”为实际数据点，实线为拟合曲线；
[0018]图3是
n
s
=214m/kw
，混流式水轮机转轮结构尺寸图（采用本专利技术设计方法）；
[0019]图4是
n
s
=220m/kw
，混流式水轮机转轮结构尺寸图（采用传统设计方法）；
[0020]图5是混流式水轮机采用两种设计方法的转轮对比结构尺寸图
。
实施方式
[0021]实施例1[0022]在混流式水轮机选型设计，比转速
n
s
=214m/kw
，进行外型参数的计算，具体步骤如下：
[0023]步骤
1、
中高比转速混流式水轮机转轮结构示意图如图1所示，图中符号所代表含义如下：
[0024]n
s
‑‑
混流式水轮机比转速（
m/kw
）
[0025]b0‑‑
导叶相对高度（
m
）
[0026]D1‑‑
转轮流道相对截取长度
/1.0
（
m
）
[0027]D2‑‑
转轮出口边与下环交点处相对直径（
m
）
[0028]D3‑‑
转轮进口边与上冠交点处相对直径（
m
）
[0029]D4‑‑
转轮上冠处截面相对直径（
m
）
[0030]D5‑‑
导叶下环处相对高度（
m
）
[0031]R1‑‑
转轮上冠圆弧相对半径（
m
）
[0032]R2‑‑
转轮出口边圆弧相对半径（
m
）
[0033]R3‑‑
转轮进口边圆弧相对半径（
m
）
[0034]h
‑‑
转轮流道相对截取高度（
m
）
[0035]步骤
2、
根据
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，其特征在于步骤如下：
S1.
选取不同比转速下各型混流式水轮机转轮流道外型数据，数据包括
b0导叶相对高度
、D1转轮流道相对截取长度
、D2转轮出口边与下环交点处相对直径
、D3转轮进口边与上冠交点处相对直径
、D4转轮上冠处截面相对直径
、D5导叶下环处相对高度
、R1转轮上冠圆弧相对半径
、R2转轮出口边圆弧相对半径
、R3转轮进口边圆弧相对半径
、h
转轮流道相对截取高度；
S2.
以比转速为自变量，对外型参数进行多项式拟合，得到各外型参数的拟合公式；
S3.
在混流式水轮机选型设计中根据比转速，将该比转速代入步骤
S2
中的拟合公式，直接计算得到转轮外型参数
。2.
根据权利要求1所述的一种用比转速计算混流式水轮机转轮外型参数的方法，其特征在于：所述步骤
S1
中不同比转速下各型混流式水轮机转轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱晶，张淦源，陈冬强，黄巍，许兴贵，曾云，李佳，杨起，龙艳，
申请(专利权)人：南方电网调峰调频发电有限公司鲁布革水力发电厂，
类型：发明
国别省市：