申请/专利权人：哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司;重庆市西部水资源开发有限公司;长江勘测规划设计研究有限责任公司;哈尔滨电机厂有限责任公司

申请日：2021-08-27

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN113688526B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/28;G06F17/18;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2021.12.10#实质审查的生效;2021.11.23#公开

摘要：本发明公开一种考虑水泵过流部件雷诺数和粗糙度的水泵扬程的换算方法，在模型水泵研发阶段，就能准确的预估原型水泵的扬程。该方法通过水泵模型试验来预测原型水泵扬程时，除了考虑模型和原型间的相似定律外，还需考虑模型水泵和原型水泵由于雷诺数和粗糙度的差异引起的比尺效应。根据统计规律，将过流部件的速度因子和可换算水力比能损失指数表示成最优点比转速的函数，再将模型水泵试验工况的扬程换算到模型水泵参考条件下的扬程，最后将模型水泵参考条件先的扬程换算到原型水泵运行条件下。该方法首次在世界范围建立了雷诺数和粗糙度对原型水泵扬程的影响。不论是对原型水泵的运行还是新建泵站的研发，都有重要意义。

主权项：1.一种考虑水泵过流部件雷诺数和粗糙度的水泵扬程的换算方法，其特征包括如下步骤：步骤一：确定模型水泵的流量扬程曲线HM～QM和流量效率曲线ηhM～QM以及试验雷诺数：在水力机械模型试验台进行水泵特性试验，试验转速恒定为nM，通过阀门依次降低水泵的过流流量，得到一系列工况下水泵性能，需要测量的物理量有：扬程HM、流量QM、转速nM、力矩TM和水温TwM，并计算每个工况下模型水泵的效率ηhM和雷诺数ReM，ηhM和ReM分别定义为： 其中水密度ρM和粘度vM通过水温TwM计算，gM通过试验所在地查取获得，uM为转轮进口旋转速度，通过以上的试验数据，得到试验水泵的HM～QM和ηhM～QM关系曲线；步骤二：测量确定模型水泵过流部件的粗糙度：模型水泵的特征过流部件有水泵进水管、泵轮、导叶和蜗型扩散管，分别用粗糙度仪对这些表面的平均粗糙度进行测量，测量结果分别表示为RaDT，M、RaRU，M、RaSV，M、和RaSP，M；步骤三：确定模型水泵最优效率和比转速：模型水泵最优效率定义为在模型试验转速nM时各流量下效率ηhM的最高值ηhMopt，模型水泵最优点的比转速定义为： 式中，HM，opt和QM，opt分别为最优点所对应的扬程和流量；步骤四：确定模型试验各过流部件的速度因子：模型水泵按最优工况进行设计，故过流部件尺寸与水泵最优点比转速相关，表征过流部件速度的无量纲特征速度因子为κu，为过流部件绝对速度vm与转轮旋转速度um的比值，根据水泵最优点的比转速，每个过流部件速度因子κu与比转速的关系如下所示：进水管：κuSP＝0.27；泵轮：κuRU＝-1.30×NQE+0.79；导叶：κuSV＝-1.40×NQE+0.53；蜗壳：κuSP＝-0.50×NQE+0.31；其中κuSP、κuRU、κuSV、κuSP分别表示进水管、转轮、导叶和蜗型扩散管的无量纲特征速度因子；步骤五：确定每个过流部件的可换算水力比能损失：水泵每个部件可换算损失指数dEref与水泵的给个过流部件的流速和尺寸相关，根据水泵最优点的比转速，每个过流部件的可换算损失指数dEref与比转速的关系如下所示：进水管：dE，SPref＝0.5×NQE+0.05；泵轮：dE，RUref＝3.4×NQE+1.55；导叶：dE，SVref＝-NQE+0.50；蜗壳：dE，SPref＝0.45×NQE；其中dE，SPref、dE，RUref、dE，SVref、dE，SPref分别表示进水管、转轮、导叶和蜗型扩散管的可换算损失指数；步骤六：计算模型水泵参考条件下的扬程的比尺效应：模型水泵参考雷诺数Reref＝7×106，过流部件参考雷诺数分别为：RaDT，Mref＝0.8μm、RaRU，Mref＝0.4μm、RaSV，Mref＝0.8μm和RaSP，Mref＝0.8μm，根据经典流体力学的Nichtawitz损失系数λ公式 其中λ0为常数0.0085，ks为砂砾粗糙度，dh为流道的水力直径，Reref为常数7×106，Red为流道的雷诺数，流部件由于雷诺数和粗糙度的差异引起的水泵扬程的比尺效应： 其中ΔECO为部件比能的比尺效应，dE，COref为部件可换算损失指数，κuCO为部件无量纲特征速度因子，RaCO，M为模型水泵部件粗糙度，RaCO，ref为水泵部件参考粗糙度，ReM为模型水泵雷诺数，DM为模型水泵直径；分别将CO等于DT、RU、SV和SP代入上式，分别得到参考条件下的进水管泵轮导叶和蜗壳比尺效应，将以上四项相加，得到模型水泵在参考条件下的比尺效应 为从试验条件下向参考条件下的换算；步骤七：模型水泵参考条件到原型水泵运行条件下扬程的比尺效应：涉及原型水泵比尺效应的运行条件包括原型机的雷诺数和原型机过流部件的粗糙度，原型水泵的雷诺数由泵站运行时的水温、水泵转速和水泵直径决定，其计算公式为： 其中DP为原型泵转轮直径，为给定值；nP为原型泵转轮直径，为给定值；uP为原型泵旋转速度，由转速nP决定；νP为泵站水的粘度，由水温TwP决定；原型水泵的过流部件的粗糙度包括进水管、泵轮、导叶和蜗壳，分别表示为RaDT，P、RaRU，P、RaSV，P、和RaSP，P，在模型研发阶段，原型机粗糙度由制造厂给出，在原型泵加工过程中进行检查，同理根据以下公式计算由于原型水泵雷诺数和粗糙度的差异引起过流部件压力损失的比尺效应： 其中RaCO，P为原型水泵部件粗糙度，ReP为原型水泵雷诺数，DP为原型水泵直径；CO为别为DT、RU、SV和SP，可以计算原型水泵每个过流部件的比尺效应和将以上四项相加，得到原型水泵的比尺效应 为从参考条件下向原型水泵运行条件下的换算；步骤八：计算原型水泵扬程：原型机水泵的扬程由水泵运行的相似定律和模型到原型机的比尺效应决定，原型水泵的扬程HP为： 其中gM为模型试验所在地重力加速度，gP为原型泵站所在地重力加速度，nP为原型水泵转速，nM为模型水泵转速，DP为原型水泵直径，DM为模型水泵直径，为试验条件下向参考条件下的比能换算，为参考条件下向原型水泵运行条件下的比能换算。

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