阅读说明：本技术 一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法 (Paddle joint method for variable-speed operation of Kaplan turbine ) 是由 门闯社 南海鹏 李国凤 张松松 罗兴锜 冯建军 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法,首先根据转浆式水轮机综合特性曲线绘制各工况点等单位出力曲线,再根据等单位出力曲线绘制转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线,最后在转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α与桨叶开度<Image he="50" wi="67" file="DDA0002234499250000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>即为转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系。解决了现有技术中将定转速时的协联方法应用在变转速运行时所存在的测量量多、插值复杂、可靠性与精度低的问题。(The invention discloses a method for cooperating blades of a Kaplan turbine in variable-speed operation, which comprises the steps of firstly drawing an equal unit output curve of each working condition point according to a comprehensive characteristic curve of the Kaplan turbine, then drawing an optimal characteristic curve of the Kaplan turbine in variable-speed operation according to the equal unit output curve, and finally reading guide vane opening α and blade opening α of each working condition point on the optimal characteristic curve of the Kaplan turbine in variable-speed operation Namely the cooperative relation of the blades of the Kaplan turbine running at variable rotating speed. The method solves the problems of more measurement quantity, complex interpolation and low reliability and precision when the cooperative method at the fixed rotating speed is applied to the variable rotating speed operation in the prior art.)

一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法

技术领域

本发明属于水轮机调节方法技术领域，具体涉及一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法。

背景技术

转桨式水轮机通常以恒定的同步转速运行，为提高运行效率，其桨叶开度与导叶开度及水头协联，运行时调速器由测量得到的水头与导叶开度并根据事先置入调速器中的协联关系进行二维插值计算得到桨叶开度。目前，尚未见到对于转桨式水轮机变转速运行以及变转速运行时如何建立协联关系的报道，将转桨式水轮机恒定转速运行的桨叶协联方法应用在变转速运行中则存在测量量多、插值复杂、可靠性与精度低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法，解决了现有技术中将定转速时的协联方法应用在变转速运行时所存在的测量量多、插值复杂、可靠性与精度低的问题。

本发明采用的技术方案是，一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法，首先根据转浆式水轮机综合特性曲线绘制各工况点等单位出力曲线，再根据等单位出力曲线绘制转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线，最后在转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α与桨叶开度

即为转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据以单位流量Q₁₁为横坐标、单位转速n₁₁为纵坐标的转浆式水轮机综合特性曲线上各工况点处的单位流量Q₁₁和工况点效率η，计算各工况点处单位出力P₁₁，并绘制各工况点等单位出力曲线；

步骤2，找出在步骤1绘制的各工况点等单位出力曲线中的单位流量Q₁₁最小值工况点，并将各工况点等单位出力曲线中单位流量Q₁₁最小值工况点依次连接，得到转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线；

步骤3，在步骤2得到的转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α与桨叶开度

绘制最优特性下导叶开度α与桨叶开度

的关系曲线，通过最优特性下导叶开度α与桨叶开度

的关系曲线得到转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系。

步骤1中，计算各工况点处单位出力P₁₁的表达式为：

P₁₁＝gηQ₁₁ (1)

式(1)中，P₁₁为工况点的单位出力，kW；g为当地重力加速度，m/s²；η为工况点效率；Q₁₁为工况点单位流量，m³/s。

步骤2中，各工况点等单位出力曲线上单位流量Q₁₁最小工况点为效率η最高工况点。

本发明的有益效果是：本发明一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法，提出了转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系建立方法，将转桨式水轮机的协联关系由二维变为一维，运行时具有测量量少、操作简单、可靠性高、精度高的效果。

附图说明

图1是本发明一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法的水轮机综合特性曲线示意图；

图2是本发明一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法的转浆式水轮机变转速运行的桨叶协联关系曲线。

其中，1.等效率曲线，2.等导叶开度曲线，3.协联桨叶开度曲线，4.等单位出力曲线，5.转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法，首先根据转浆式水轮机综合特性曲线绘制各工况点等单位出力曲线，再根据等单位出力曲线绘制转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线，最后在转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α与桨叶开度

即为转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据以单位流量Q₁₁为横坐标、单位转速n₁₁为纵坐标的转浆式水轮机综合特性曲线上各工况点处的单位流量Q₁₁和工况点效率η，计算各工况点处单位出力P₁₁，并绘制各工况点等单位出力曲线，如图1中曲线4所示，转浆式水轮机综合特性曲线上已绘制有等效率曲线1、等导叶开度曲线2以及协联桨叶开度曲线3；

计算各工况点处单位出力P₁₁的表达式为：

P₁₁＝gηQ₁₁ (1)

式(1)中，P₁₁为工况点的单位出力，kW；g为当地重力加速度，m/s²；η为工况点效率；Q₁₁为工况点单位流量，m³/s。

转桨式水轮机组变转速运行时其稳定工况点为当前水头与出力下的效率最高点，在水轮机工作水头和工况点功率确定的情况下可计算得到转桨式水轮机组单位出力P₁₁：

式中，P为水轮机出力，kW；D₁为水轮机标称直径，m；H为水轮机工作水头，m；

联立式(1)与式(2)可得：

由式(3)可以看出，在水轮机出力P与水轮机工作水头H确定的情况下单位流量Q₁₁越小，水轮机效率η越高，则单位流量Q₁₁与水轮机效率η成反比，即等单位出力(P₁₁)曲线上单位流量Q₁₁最小工况点为水轮机效率η最高工况点。

步骤2，找出在步骤1绘制的各工况点等单位出力曲线中的单位流量Q₁₁最小值工况点，并将各工况点等单位出力曲线中单位流量Q₁₁最小值工况点依次连接，得到转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线5，转桨式水轮机变转速运行时其稳态工况点应落于最优特性曲线5上；

步骤3，在步骤2得到的转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α与桨叶开度

绘制最优特性下导叶开度α与桨叶开度

的关系曲线，通过最优特性下导叶开度α与桨叶开度

的关系曲线得到转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系。

由图1中最优特性曲线5可以看出，导叶开度α与桨叶开度

为一一对应关系，即水轮机运行工况落于最优特性曲线5上时仅由导叶开度α即可查询获得桨叶开度

由此可得水轮机桨叶开度

与导叶开度α关系曲线如图2所示，因此转浆式水轮机组运行中调速器通过测量导叶开度α并根据事先置入调速器中的图2关系曲线查询获得桨叶开度

通过上述方式，本发明一种转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联方法，将转桨式水轮机的协联关系由二维变为一维，方法简单，需要测量的数据少、操作简单、可靠性高、精度高。