3.5 效率修正
灯泡贯流式水轮机效率修正公式可参照轴流式水轮机效率修正公式,即胡顿(Hutton)公式:
式中,ηmax为模型水轮机最高效率。
对转桨式水轮机为叶片在不同转角条件下的最高效率,贯流式水轮机同样具有转桨功能,可参照执行。但也有观点认为,宜按最优工况修正,然后其他工况等效率修正;否则非最优工况下,效率修正值偏高,即Δη=5%左右(最优工况下仅2%左右),原型机组难以满足要求;
系数K=0.5~1.0。由供需双方商定;对转桨式水轮机可取K=0.8~1.0。
Dm为模型水轮机转轮公称直径(按IEC规定与桨叶轴线相交处的转轮室内径),国内普遍采用Dm≥0.35m;国外厂家有用Dm=0.34m,也可满足模型试验雷诺数相应Dm≥0.3m的要求。
Dp为对应模型水轮机Dm的原型水轮机转轮公称直径,m。
Hm为模型水轮机试验水头,m;过去国内Hm=2~6m,而国外转轮Hm=10m左右,计算中注意采用Hm的精确数值,以免发生计算差错。
Hp为原型水轮机的设计水头,m;值得注意的是,水轮机设计水头是水轮机在最高效率点运行的净水头Hd,而不是发额定出力的额定水头Hr。
效率修正也可按照IEC995推荐的反击式水轮机效率修正值计算公式:
式中:Δηn为模型效率换算为原型效率的修正值;δref为标称的可换算为原型效率的修正值;Reref为标准的雷诺数;Rem为测点模型雷诺数;Rep为测点原型雷诺数;Reopt·m为模型最优效率点雷诺数;ηn·pot·m为模型最优效率;Vref为标准的损失分布系数。
对过去已有的模型试验曲线和注明雷诺数和水温的模型试验资料,建议按下式计算:
应该说明:水力机械模型试验应遵循几何相似、运动相似及动力相似。对于水轮机,由于真机尺寸大、运行水头高,只遵守几何相似、运动相似,而代表黏性力相似的雷诺数相似则无法满足,模型试验时只规定了雷诺数的最小值。
对于水轮机,雷诺数Re为:
式中:D1为水轮机转轮直径,m;h为水轮机水头;g为重力加速度;υ为水的运动黏性系数,m2/s。
IEC193—1965规程规定,水轮机模型试验时Re≥2.5×106,而真机雷诺数远远大于此值,一般为107~108。正是由于雷诺数不同,使模型和真机中各项损失产生差异,故必须进行效率换算,而换算方法经过多年修订。
在IEC193中雷诺数是被定义为:
而在IEC1995中雷诺数被定义为:
即以圆周速度为表征速度的雷诺数,故有:
模型雷诺数原型雷诺数
Vref为标准的损失分布系数,为了计算方便,对同种类型水轮机采用了统一的V值,其中轴流转桨式、斜流式和灯泡贯流式水轮机,Vref=0.8;混流式和轴流转桨式水轮机,Vref=0.7;水泵水轮机,Vref=0.6。
υ为水的动力黏性系数,m2/s;可根据水的温度从相关标准中查取,tp=20℃时,υ=1.004×10-6(m2/s),随水温度变化而变化。
近年大多灯泡机组招标书中,模型验收试验中规定采用IEC995公式计算修正值。可避免一些不必要的纠纷。
按IEC60193—1999中的规定,应采用两步法将模型效率换算到真机效率(从略)。