轴流转桨式机组相对效率试验研究

指数
效
率ꎬ
即
获
得
水
轮
机
相
对效率 ηＴꎬ水轮机相对效率最大值为 １００％ ꎮ
ηＴ
＝
η∗Ｔ η∗
Ｔꎬｍ
＝
ＰＥ ＰＥꎬｍ
Δｈｍ Ｈｍ ηｇ ΔｈＨηｇꎬｍ
(４)
水轮机工作水头是指蜗壳进口和尾水管出口单位
能量之差ꎬ按下式计算:
Ｈ
＝ (Ｚ１
＋
ｐ１ γ
＋ ２Ｖｇ２１ )
－ (Ｚ２
＋
ｐ２ γ
＋
Ｖ２２ ２ｇ
)
(５)
式中:Ｚ１ 、Ｚ２ 为蜗壳进口( 压力传感器) 和尾水管出口 的高程ꎻｐ１ 、ｐ２ 为蜗壳进口( 压力传感器) 和尾水管出 口的压力ꎻＶ１ 、Ｖ２ 为蜗壳进口和尾水管出口测压断面 的平均速度ꎻＶ１ ＝ Ｑ / Ｓ１ ꎬＳ１ 为蜗壳进口测压断面面积ꎻ Ｖ２ ＝ Ｑ / Ｓ２ ꎬＳ２ 为尾水管出口测压断面面积ꎻＱ 为通过 水轮机的流量ꎮ
１ Ｓ２２
)
＝ ＢＱ２
＝ Ｂｋ２ Δｈ
(８)
于是相对效率可以写为
ηＴ
＝Ａ
Ｈｍ Ｈ
＝ ＨＰꎬｍ ＨＰ
＋ Ｂｋ２ Δｈｍ ＋ Ｂｋ２ Δｈ
(９)
２ 试验目的
轴流转桨机组相对效率试验的主要目的是查找不 同水头下ꎬ不同桨叶开度和导叶开度下水轮机的最高 效率点ꎬ形成轴流转桨机组的协联曲线ꎬ保证机组在优 效率下运行ꎮ 同时ꎬ在协联工况下ꎬ机组的振动也较 小ꎬ也可保证机组的安全稳定ꎮ
从而水轮机的工作水头表达式为
Ｈ
＝ (Ｚ１
－ Ｚ２
＋ ｐ１
－ γ
ｐ２
)
＋
Ｑ２ ２ｇ
(
１ Ｓ２１
－
１ Ｓ２２
)
(６)
式中ꎬ第 １ 项为静水头ꎬ由差压传感器测量和计算确
定ꎮ 静水头表达式为
ＨＰ
＝
Ｚ１
－ Ｚ２
＋
ｐ１
－ γ
ｐ２
(７)
第 ２ 项为动水头ꎬ由计算获得ꎮ 动水头表达式为
ＨＶ
＝
Ｑ２ ２ｇ
(
１ Ｓ２１
－
用相对法( 又称指数试验) 的本质在于不测流量 的绝对值( 当然相应的效率也不是绝对值) ꎬ而是以一 种能反映流量相对值的量来进行效率相对值的计算ꎮ 采用相对法的前提条件是:必须具有一个现成的、与流 量成固定关系的差压ꎬ这在水力机组流道系统中是容 易找到的[１ － ５] ꎮ
１ 相对效率试验的原理
水力机组的相对效率是通过机组的出力、水头及
效率特性是水轮机的基本动力特性ꎬ是评价该机 优劣的主要指标之一ꎮ 但在现场效率试验时ꎬ难度最 大ꎬ工作量最大的莫过流量的测定ꎬ甚至有的水电站根 本不具备测流条件ꎮ 勉强进行的话ꎬ不是测试精度不 高ꎬ就是付出代价过高ꎮ 于是人们就采用其他新方法 来解决这个问题ꎮ 在现场效率试验中常用相对法的指 数试验以查证现场效率曲线是否具有模型试验的曲线 形状ꎬ并以此指导水力机组的经济运行ꎮ
指数流量计算出来的ꎮ 在相对效率试验中ꎬ采用蜗壳
Baidu Nhomakorabea
差压测流法得到指数流量ꎮ
用蜗壳差压法测量水轮机流量时ꎬ在蜗壳流量系
数未知的条件下ꎬ无法测得流量的精确值ꎮ 为区别于
真实的流量值ꎬ称这样测得的水轮机流量为指数流量 Ｑ∗ꎬＱ∗与蜗壳压差值 Δｈ 关系式为
Ｑ∗ ＝ ｋ Δｈ
(１)
因此ꎬ发电机出力为 ＰＥ:
ＰＥ ＝ ρｇＱ∗ ＨηＴηＥ ＝ ρｇｋ ΔｈＨηＴηＥ
３ 试验方法及步骤
一般通过定桨叶调整导叶进行变负荷试验ꎬ查找 该水头、该桨叶开度下的最高效率点ꎮ 绘制单个水头
１４
下的所有桨叶开度下的最高效率点的包络线ꎬ即是该 水头的协联曲线ꎮ 对电站全水头重复上述试验ꎬ假定 全部工况水轮机最高效率点为 １００％ ꎬ计算得到蜗壳 差压系数ꎬ进而计算其他各工况点的水轮机效率ꎬ即可 得到机组全部运行范围内的协联曲线ꎮ
(２)
称水轮机效率为指数效率 η∗Ｔ :
收稿日期:２０１８ － ０７ － １０ 作者简介:王建兰ꎬ女ꎬ工程师ꎬ主要从事远程诊断测试方面的工作ꎮ
１３
水电与新能源
２０１８ 年第 １１ 期
η∗Ｔ ＝ ρｇｋ
ＰＥ ΔｈＨηＥ
(３)
用下标 ｍ 表示指数效率最高的工况ꎬ用最高指数
效率
η∗ Ｔꎬｍ
遍除每一
工
况
的
关键词:轴流转桨式机组ꎻ相对效率试验ꎻ协联曲线ꎻ稳定运行 中图分类号:ＴＫ７３ 文献标志码:Ａ 文章编号:１６７１ － ３３５４(２０１８)１１ － ００１３ － ０６
Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｋａｐｌａｎ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｕｎｉｔｓ
ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｌａｎꎬ ＤＡＩ Ｑｉｕｓｈｉꎬ ＹＩＮ Ｙｏｎｇｚｈｅｎꎬ ＷＡＮ Ｐｅｎｇꎬ ＣＡＯ Ｃｈａｎｇｃｈｏｎｇ
王建兰ꎬ戴秋实ꎬ尹永珍ꎬ万 鹏ꎬ曹长冲
( 中国长江电力股份有限公司ꎬ湖北 宜昌 ４４３００２)
摘要:以某大型增容改造轴流转桨机组相对效率试验为案例ꎬ介绍了相对效率试验的理论原理、试验方法、试验过程、数
据分析与处理、试验结果等试验全过程ꎮ 试验结果验证了生产厂家给出的协联曲线ꎬ为保证真机的安全稳定运行提供了 基础数据ꎮ
( Ｃｈｉｎａ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ａｃｔｕａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅ Ｋａｐｌａｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｉｔꎬ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄꎬ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓꎬ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄꎬ ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅꎬ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｇｎａｔｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ａｎｄ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｃ ｄａｔａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｋａｐｌａｎ ｔｕｒｂｉｎｅꎻ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｅｓｔꎻ ｃｏｇｎａｔｅ ｃｕｒｖｅꎻ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
２０１８ 年第 １１ 期 ２０１８ Ｎｕｍｂｅｒ １１
水电与新能源 ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
第 ３２ 卷 Ｖｏｌ. ３２
ＤＯＩ: １０. １３６２２ / ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｎ４２ － １８００ / ｔｖ. １６７１ － ３３５４. ２０１８. １１. ００４
轴流转桨式机组相对效率试验研究