【技术实现步骤摘要】
本申请涉及流体机械及工程设备的，尤其涉及一种水泵水轮机全特性曲线预测方法及系统。
技术介绍
1、在发展抽水蓄能过程中，安全稳定是需要首先解决问题。过渡过程是抽水蓄能电站安全性最大的挑战，其具有频繁性和剧烈性的特点，将导致水力、机械、电气以及支撑结构承受剧烈的动力变化，极易引发事故。
2、
3、水泵水轮机全特性曲线是过渡过程分析的关键基础资料，它是一组机组不同导叶开度下的性能曲线，通常以单位转速为自变量，单位流量和单位扭矩为因变量。目前，全特性曲线获取方法主要可归纳为模型试验法、数值模拟法。模型试验是目前获取转轮全特性曲线最常用、最准确的方法，在工程生产中，每一个实际运行的水泵水轮机转轮，厂家均会通过模型试验为其提供相应的特性曲线。然而，模型加工、安装和测试均需要大量的经费支持，且一组完整的全特性曲线包含上百个测试工况点，测量工作量大，故而无法在研究中广泛应用。随着cfd技术的发展，通过数值模拟法获取全特性曲线成为一种可能。利用cfd方法获取机组部分全特性曲线，并与试验测试曲线进行对比，以此验证cfd方法的可靠性，是目前数值可靠性验证中常采用的方法，尽管数值模拟法极大地节省了试验费用，但其精确模拟所消耗的时间远大于模型试验测试时间，严重限制了其应用范围。因此，开发理论预测全特性曲线方法意义重大。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请公开的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法要解决的技术问题是：理论预测全特性曲线。本专利技术基于欧拉方程和能量平衡方程，提出了一种新的全
2、基于上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，包含以下步骤：
4、步骤1：分别建立向心流动条件下和离心流动条件下单位流量曲线控制方程；
5、步骤2：分别建立向心流动条件下和离心流动条件下单位力矩曲线控制方程；
6、步骤3：基于步骤1和步骤2中的单位流量曲线控制方程和单位力矩曲线控制方程组成全特性曲线控制方程组；
7、步骤4：在向心或离心流动状态下取多组不同工况的单位转速、单位流量和单位力矩值作为特征点，代入相应的控制方程并求解完成水泵水轮机全特性曲线预测。
8、进一步地，所述步骤1中向心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
9、
10、其中，kt1，kt2，kt3为转轮几何结构与流动参数相关量，ct1，ct2和ct3为未知修正系数，n11为单位转速，q11为单位流量。
11、进一步地，所述步骤1中离心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
12、
13、其中，kp1，kp2，kp3与转轮结构参数和流动参数相关，为已知量，cp1，cp2，cp3为未知待定系数，n11为单位转速，q11为单位流量。
14、进一步地，所述步骤2中向心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
15、m11t＝nt1αtq112-nt2βtq11n11+nt3
16、其中，nt1，nt2，nt3为未知修正系数，m11t为单位力矩，αt和βt为转轮结构参数相关量，n11为单位转速，q11为单位流量。
17、进一步地，所述步骤2中离心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
18、m11p＝np1αpq112-np2βpq11n11+np3
19、其中，参数np1，np2，np3为未知修正系数，m11t为单位力矩，αt和βt为转轮结构参数相关量，n11为单位转速，q11为单位流量。
20、进一步地，在向心或离心流动状态下，取三个或三个以上控制点处的单位转速n11，单位流量q11分别代入控制方程均可确定预测模型。为了达到最佳的预测效果，推荐采用全特性曲线特征工况点集，并分为四象限分别进行求解。
21、进一步地，对特征工况点说明如下：以水轮机工况最优开度线为对象将开度线与q11轴交点记为a，水轮机最优点记为t，飞逸点记为r，与n11轴正方向交点记为b，所有开度线上相应特征点组成的集合分别记为an，tn，rn，bn，n为开度序列号。
22、进一步地，所述步骤4中，具体的预测过程如下，首先，通过试验获得待求全特性曲线的特征工况点集，随后，将特征工况点带入相应的控制方程，分象限求解控制方程组中的修正系数，得到相应象限内的预测曲线。最后将四个象限内的预测曲线组合在一起，形成完整的四象限开度线。
23、本专利技术还提供一种水泵水轮机全特性曲线预测系统，包括：
24、模块一：其用于分别建立向心流动条件下和离心流动条件下单位流量曲线控制方程；
25、模块二：其用于分别建立向心流动条件下和离心流动条件下单位力矩曲线控制方程；
26、模块三：其用于基于模块一和模块二中的单位流量曲线控制方程和单位力矩曲线控制方程组成全特性曲线控制方程组；
27、模块四：其用于在向心或离心流动状态下取多组不同工况的单位转速和单位流量值作为特征点，代入相应的控制方程并求解完成水泵水轮机全特性曲线预测。
28、进一步地，入相应的控制方程，分象限求解控制方程组中的修正系数，得到相应象限内的预测曲线。最后将四个象限内的预测曲线组合在一起，形成完整的四象限开度线。
29、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
30、1)本专利提出了一种新的全特性曲线预测模型，模型建立了转轮几何参数与机组单位参数之间的数学联系，有利于推动转轮设计研发直接面向系统调保计算要求。
31、2)本专利可应用于减少转轮模型试验工况点、特性曲线修复与缺失试验数据补全、过渡过程分析时特性曲线高精度插值以及电站与转轮设计获取全特性曲线。
32、3)本专利技术专利可提供一条新的水泵水轮机全特性曲线获取的技术途径。
33、4)相比于试验获取特性曲线的方式，本方法极大地节省了试验经费。
34、5)相比于数值模拟法获取特性曲线的方式，本方法解决了需要逐点仿真的问题，极大地提高了获取特性曲线的效率。
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1.一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤1中向心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
3.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤1中离心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
4.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤2中向心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
5.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤2中离心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
6.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，在向心或离心流动状态下，取三个或三个以上控制点处的单位转速n11，单位流量Q11分别代入控制方程均可确定预测模型，为了达到最佳的预测效果，推荐采用全特性曲线特征工况点集，并分为四象限分别进行求解。
7.根据权利要求6所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，对特征工况点说明如下：
8.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤4中，具体的预测过程如下，首先，通过试验获得待求全特性曲线的特征工况点集，随后，将特征工况点带入相应的控制方程，分象限求解控制方程组中的修正系数，得到相应象限内的预测曲线，最后将四个象限内的预测曲线组合在一起，形成完整的四象限开度线。
9.一种水泵水轮机全特性曲线预测系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测系统，其特征在于，模块四中通过试验获得待求全特性曲线的特征工况点集，随后，将特征工况点带入相应的控制方程，分象限求解控制方程组中的修正系数，得到相应象限内的预测曲线，最后将四个象限内的预测曲线组合在一起，形成完整的四象限开度线。
...【技术特征摘要】
1.一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤1中向心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
3.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤1中离心流动条件下，单位流量曲线控制方程为：
4.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤2中向心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
5.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，所述步骤2中离心流动条件下，单位力矩曲线控制方程为：
6.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机全特性曲线预测方法，其特征在于，在向心或离心流动状态下，取三个或三个以上控制点处的单位转速n11，单位流量q11分别代入控制方程均可确定预测模型，为了达到最佳的预测效果，推荐采用全特性曲线特征工况点集，并分为四象限分别进行求解。
7.根据权利要求6所述的一种水泵水轮机全特...
【专利技术属性】
技术研发人员：程永光，胡赞熬，刘珂，张鹏程，薛松，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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