2023水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验

水轮机蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验目 次前言 Ⅶ范围 1规范性引用文件 2术语和定义符号和单位 2

…………………2通用术语 2

…………………4术语符号和单位 4水力性能保证值的性质和范围 31通则 3设计数据及商定值 3水力性能保证值的定义 4相关量的保证 4保证形式 4通过模型试验验证的主要水力性能的保证值 4各种类型水力机械的保证量 4具体应用 5模型试验不能验证的保证值 6空蚀的保证 6最大瞬态过速和最大瞬态压力上升的保证值 6噪声和振动的保证值 7辅助性能数据 7试验的执行 7对试验台和模型的要求 7实验室的选择 7试验台 7模型要求 8尺寸检查 01通则 0原型和模型所用术语的解释 0尺寸检查的目的 0一般准则 0尺寸检查程序 1Ⅰ不同类型水力机械的应用 2尺寸检查的方法 2尺寸检查测量精度 0尺寸检查范围 0水轮机水泵和水泵水轮机原型和模型之间几何相似性的允许最大偏差 4表面波浪度和粗糙度 6水力相似 9基本理论要求和相似数 9本文件中采用的水力相似条件 9各种类型模型试验相似性要求 0雷诺数相似 1弗劳德数相似 1其他相似条件 3试验条件 4试验条件的确定 4模型尺寸的最小值和应满足的试验条件 4测量中的波动和稳定性 5工况点的调节 5试验程序 5试验组织 5检查与标定 7试验实施 8故障和重复试验 2最终试验报告 3测量方法介绍 31总则 3主要水力性能保证相关的参量测量 4辅助性能数据测量 5数据采集和处理 5物理特性 51总则 5重力加速度 5水的物理特性 6大气的物理条件 0水银的密度 0主要水力性能的测量和计算方法 0数据采集和处理 0Ⅱ1概述 0一般要求 1数据采集 1部件要求 3数据采集系统的检查 5流量测量 71总则 7测量方法的选择 8测量精度 8原级方法 9次级方法 0压力测量 21通则 2压力测量断面的选择 2测压头和连接管路 2压力测量仪器 4压力测量仪器的标定 9真空测量 0压力测量的不确定度 0自由水位的测量也可参见O) 01总则 0水位测量断面的选择 1测量断面的测点数 1测量方法 1自由水位测量的不确定度 2水力比能E和净正吸入比能E的确定 31通则 3水力比能E的确定 3E的简化公式 5净正吸入比能E的确定 0主轴力矩的测量 1

…………………………1力矩的测量方法 2输入功输出功率的测量方法 2测功布置及原理图 3系统检查

……………………7

…………………………7Ⅲ力矩测量的不确定度5的置信水平) 8转速测量总则

…………………………9…………………………9转速测量方法 9

…………………………9测量的不确定度 9试验结果的计算和表示 9总体要求

……………………9保证范围内的功率流量和效率 5稳态飞逸转速及流量的计算 4误差分析定义

…………………………8…………………………8模型试验中不确定度的确定 9与保证值的比较 21总则 2插值曲线和总不确定度带宽 2保证范围内的功率流量或水力比能和效率 3飞逸转速和飞逸流量 6空化保证 7辅助性能试验—测量方法和结果 8辅助试验数据测量说明 8

…………………………8试验条件和试验程序 9测量的不确定度 9模型到原型的换算 92脉动量 9脉动量测量的数据采集和数据处理 9压力脉动

……………………3主轴力矩脉动 4轴向力和径向力 5

…………………………5轴向水推力 6径向推力

……………………2控制机构部件的水力载荷 5

…………………………5导叶力矩

……………………6转轮叶片力矩Ⅳ

………………1水斗式水轮机喷针作用力和折向器力矩 5拓展的运行范围内的试验 8

…………………………8四象限

………………………8运行工况试验范围

……………………9……………………1拓展运行范围的试验方法有关原型指数试验的差压测量

…………………2…………………4

…………………………4试验目的

……………………4试验的实施 4试验结果分析 4换算到原型 5不确定度

……………………5附录A资料性)无量纲术语 6附录B规范性)物理特性数据 8附录C资料性)试验和计算程序汇总 4附录D规范性)反击式机械水力效率的比尺效应 8附录E资料性)3和9关于反击式水力机械水力效率换算方法的比较 3附录F规范性)考虑机组摩擦损失和风损的原型飞逸特性的计算 5附录G资料性)确定最光滑曲线的示例独立区段法 6附录H资料性)误差源分析和不确定度评估的示例 9附录I规范性)水斗式水轮机水力效率的比尺效应 4附录J规范性)恒定运行条件下试验的随机误差分析 7附录K规范性)电站空化系的计算 0附录L资料性)水力比能流量和功率的流程图 3附录M资料性)压力信号的同步和异步分量 5附录N资料性)水力系统的固有频率 7附录O资料性)轴向力分量的计算 8参考文献 3ⅤPAGEPAGE3PAGEPAGE2水轮机蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验1范围本文件适用于在实验室条件下试验的冲击式和反击式的水轮机蓄能泵和水泵水轮机。本文件适用于机组功率大于5MW或公称直径大于3m的原型对应的模型。将本文件所规定的程序完全地应用于机组功率或公称直径较小的水轮机一般来说并不合适。但若供需双方认可则此类水力机械上也可参照执行。在本文件中术语水轮机包括以水轮机方式运行的水泵水轮机术语水泵包括以水泵方式运行的水泵水轮机。除与试验有关的事项之外本文件不包括纯商业利益的事项。只要机械的结构或部件不影响模型的性能或模型与原型间的相互关系那么本文件既不涉及水力机械的详细结构也不涉及水力机械部件的机械性能。本文件规定了验证水轮机蓄能泵和水泵水轮机的主要水力性能是否满足合同保证值见所进行的模型验收试验的有关事项。如果对试验的任何步骤持异议可参看本文件它包含了指导试验进行的规则和描述了所采取的测量方法。本文件的主要目的是:定义所使用的术语和参数;为了确定模型的水力性能规定试验方法和所涉及的测量参数;规定结果的计算方法以及与保证值的比较方法;确定本文件所规定范围内的合同保证值是否得到满足;定义最终报告的范围内容和结构。保证值可以以下列方式之一给出:原型水力性能保证值考虑比尺效应后根据模型试验结果计算获得;模型水力性能的保证值。此外为了水轮机原型的设计或运行也需要确定一些辅助性能数据见。与第4章~第6章对主要水力性能的要求不同第7章给出的有关辅助性能数据的信息对使用者仅具有建议或指导性质见。

( / — ) ,如果现场验收试验验收试验。

见B

5的预期条件不能验证原型的保证值

更推荐进行模型9介绍了一种适用于水泵水轮机混流式水轮机和轴流式水轮机的考虑模型和原型过流表面粗糙度的性能换算方法。这种方法需要模型和原型表面粗糙度数据在考虑模型和原型间效率修正时考虑了和因数的变化。但是对半蜗式混流式和轴流式水轮机由于缺乏足够数据该换算方法尚未得到充分验证。此外9不适用于蓄能泵水斗式水轮机和斜流式水轮机。因此除非有特殊的约定可以假设模型和原型均为水力光滑流动按照附录D和附录I给出的换算公式和程序计算。附录E说明了3和9换算方法的应用范围和局限性。从模型到原型的性能转换方法需在主要水力性能合同中明确定义。本文件也适用于其他目的模型试验例如对比试验和研究及开发性的工作。如果模型验收试验已经完成现场试验可以仅限于进行指数试验见。当本文件与任何其他文件有矛盾时以本文件为准。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中注日期的引用文件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。9产品几何技术规范)表面结构轮廓法术语定义及表面结构参数O) (—O6封闭管道中流体流量的测量 一次装置和二次装置之间压力信号传送的连接法dsy—)注T1封闭管道中流体流量的测量 一次装置和二次装置之间压力信号传送的连接法O)O3标准大气)O5封闭管道中液体流量的测量 称重法注8 封闭管道中液体流量的测量称重法O)O6封闭管道中的流体测量 容积法w—)9径流式和轴流式水力机械 模型到原型性能换算方法-—m)注原引用的9已被9代替9被引用的内容与9被引用的内容没有技术上的差异。术语和定义符号和单位通则本文件将采用下列通用的术语和定义。特殊术语将在出现处给予解释。供需双方在试验前应对有异议的术语定义或度量单位做出澄清。通用术语试验点t在不改变运行条件和设置的情况下由一组或多组连续的读数和或记录组成它足以计算出在该运行条件和设置下水力机械的性能。试验t包括在规定运行范围内足以确定水力机械性能的一系列试验点和结果。水力性能e由于流体动力的作用水力机械表现出的各种性能。主要水力性能数据 a一组可以描述水力机械水力性能的参数如功率或比能效率稳态飞逸转速和或流量。注:这里需考虑空化的影响。辅助性能数据a从模型试验得出作为资料的水力性能数据见。注由于只能应用近似的相似规则由此得出的相应原型数据预测精度要低于由主要水力性能数据得出的结果。保证值s合同约定需满足要求的性能数据。测量对象 d被测量的物理对象。传感器r提供与输入量有给定关系的输出量的测量设备。带数字量输出的传感器t带有内置电子设备的测量装置以提供数字化输出。多路转换器 rMUX用于切换两路或多路信号的设备

以共享同一套模数转换

频率计数器或电缆系统。模数转换器rD转换器 r将连续的模拟量信号转换为非连续的数字信号的设备。计数器r测量频率时间周期或脉冲数的设备。电压频率转换器rF转换器 r根据给定的关系将电压电平转换为频率的设备。失真g当模拟信号的采样频率小于两倍最高信号频率或噪声分量频率尼奎斯特频率时该测量过程将产生一个干扰低频信号失真该干扰低频信号不能与源信号分离。计算机接口e计算机对其他兼容设备进行控制和通信的通信端口例如串行端口。单位本文件采用国际单位制见O。所有术语都以基本单位或由此导出的相关单位表示。使用这些单位时基本方程是有效的。当某些数据使用与非相关的其他单位时也需考虑这种情况例如在功率中用千瓦代替瓦在压力中用千帕或巴代替帕在转速中以分代替秒等因为绝对温度以开尔文表示很少使用所以温度以摄氏度表示。仅在供需双方以书面形式同意的情况下可以使用任何其他单位制。术语符号和单位术语和定义汇总表条目项目名称2下标和符号3几何术语4物理量和特性5流量速度和转速术语6压力术语7比能术语8高程和水头术语9功率和力矩术语0效率术语1与脉动量相关的通用术语2流体动力学和比尺术语3无量纲术语4与辅助性能相关的术语下标和符号条目术语定义下标或符号1高压基准断面an性能保证所指定的水力机械高压侧断面见图12低压基准断面awn性能保证所指定的水力机械低压侧断面见图23高压测量断面heg-s水力机械所使用的高压测量断面注这些断面宜尽可能与断面1一致否则其测量值需换算到断面见)…4低压测量断面wes水力机械所使用的低压测量断面注这些断面宜尽可能与断面2一致否则其测量值需换算到断面见)…)N=·2a=·12J=·22W=·23。PAGEPAGE1166续)条目术语定义下标或符号5规定值d带有下标的量值如转速流量等以其用以保证其他量值p6最大值/最小值m表明任何术语的最大或最小值的下标xn7极值s合同规定值:不应超过值;应达到值/□8原型e与原型有关值的下标P9模型l与模型有关值的下标M0雷诺数为常数下的模型r与模型在雷诺数为常数下有关值的下标M*1基准e与规定基准条件有关值的下标f2最优m最优效率点的下标t3环境t在周围大气条件下的下标amb4电站t与电站原型运行条件有关值的下标l5飞逸y与飞逸条件有关值的下标R6转轮叶片e与转轮叶片有关值的下标B7水斗式水轮机折向器r与水斗式水轮机折向器有关值的下标D8活动导叶e与活动导叶有关值的下标G9水斗式水轮机喷针e与水斗式水轮机喷针有关值的下标N0轴向l力或者力矩的轴向分量下标a1径向l力或者力矩的径向分量下标r2笛卡尔坐标系s与水力机械笛卡尔坐标轴有关值的下标xyz3理论值e与理论值有关的下标h4水力c与水力有关值的下标ha术语高压和低压定义为机械的两侧并与水流方向无关因此它们与水力机械的运行方式也无关。图1水力机械示意图关闭位置关闭位置或0m几何术语

图2导叶开度和角度条目术语定义符号单位1面积a垂直于主流流动方向的净面积Am22表面积a过流通道的面积转轮流道等)Sm23导叶开度g相邻导叶间最短距离若必要可指规定断面处见图的平均am续)条目术语定义符号单位4导叶角度 e以关闭位置为基准测量的平均导叶角度见图α)5喷针行程冲击式水轮机)e-)以关闭位置为基准测得的平均喷针行程sm6转轮/叶轮叶片角度re-e以给定位置为基准测得的转轮/叶轮叶片的平均角度β)7公称直径r水力机械的公称直径见图Dm8转轮出口/叶轮进口开度/h叶轮相邻叶片间的平均最短距离见图4和图)12m9水斗宽度h冲击式水轮机水斗最大内部宽度见图Bm0长度比尺o原型与模型代表性尺寸比值正常情况下为公称直径比。注在确实难以核实公称直径的情况下也可采用其他重要长度的比值λL—1高程l系统中高于规定的基准面通常指海平面的高程zm2长度h水力机械部件的相关线性尺寸Lm3算术平均粗糙度s轮廓与光滑曲线偏差的算术平均值Raμm8899 ) ,

° ;径流式水力机械如混流式水轮机离心泵和水泵水轮机对于多级式水力机械取低压级注对于该类水力机械我国通常选择作为公称直径其示意图如下所示:带固定转轮叶轮叶片和转轮叶轮下环的斜流式混流半轴流水力机械;带固定转轮叶轮叶片但不带转轮叶轮下环的斜流式混流半轴流水力机械;带可调节转轮叶轮叶片的斜流式混流半轴流水力机械;带固定转轮叶轮叶片的轴流式水力机械例如定桨式轴流式水轮机贯流式水轮机轴流泵和水泵水轮机;带可调节转轮叶轮叶片的轴流式水力机械例如转桨式轴流式水轮机贯流式水轮机轴流泵和水泵水轮机;水斗式水轮机。图3公称直径和水斗宽度术语贯流式水轮机包括灯泡式竖井贯流式全贯流式和S型机组。物理量和特性条目术语定义符号单位1重力加速度y试验地点的重力加速度值见纬度和海拔高程的函数是一个理论值见表1g22温度e热力学温度开尔文摄氏度Θ5ΘθK℃3体积e物体/物质所占据的三维空间的量值Vm34密度y单位体积的质量水的密度通常用ρ代替ρw蒸馏水的密度蒸馏水的密度值见3和表2空气密度空气密度值见1和表5水银密度水银密度值见5和表7a·3ρHg5汽化压力绝对)e)在热力学平衡条件下物体从液态转化为气态的绝对压力。注汽化压力只与温度有关。蒸馏水的汽化压力值见4和表4aa6动力黏度y表征液体一种力学性能的量见O)μs7运动黏度y动力黏度与密度之比。注以温度作为函数的蒸馏水的运动黏度值见3和表3ν218表面张力n表征两种液体间界面力学性能的量)σ*·2流量速度和转速术语条目术语定义符号单位1流量体积流量)e)单位时间内流过系统中任一断面的水的体积Q312质量流量e单位时间内流过系统中任一断面的水的质量ρ和Q应在同一断面及该断面现有条件下确定注如果两断面之间没有注入或取出水则其质量流量不变Q)13流量测量值e单位时间内流过任一测量断面的水的体积如见3和)''31PAGEPAGE10PAGEPAGE11续)条目术语定义符号单位4基准断面流量ee-n单位时间内流过基准断面1或2的水的体积或315基准断面处修正后的流量en相对于环境条件下单位时间内流过基准断面的水的体积见例如=Qb注正常条件下的模型试验可以假定1c或c316稳态飞逸流量ed在R条件下的流量见)QR317空载流量e水轮机在规定转速通常指同步转速规定水力比能下机械功率为零时的流量Q0318泄漏流量e如图6所示的容积损失q319平均流速y流量Q除以截面积Av10圆周速度 y公称直径处的圆周速度u=πDnu11转速d单位时间内旋转的圈数n12稳态飞逸转速d在规定水力条件规定导叶喷针开度以及零机械功率条件下的稳态转速值nR13最大稳态飞逸转速m-d在规定水力条件下的稳态飞逸转速的最高值只对原型有效详细定义见T5中的)x1压力术语条目术语定义符号单位1绝对压力e相对于理想真空所测流体的静压力sa2环境压力e环境空气的绝对压力见。注以海拔高程为函数的标准大气压力值见附录B中表6pamba3表计压力e在同一测量地点和测量时间流体的绝对压力与环境压力之差:pbpa4差压e两测量点或者测量断面的压力差Δpa比能术语在国际单位制中质量是基本单位之一单位质量的水所具有的能量称作比能。本文件以比能作为基本术语以代替早期出版物中每单位重量的水所具有的能量即以水头表示的术语。后一术语水头有一个缺点即重量取决于重力加速度g它随着纬度和海拔高程不同而变化。尽管如此因为水头这一术语使用很广泛因此在这里仍然加以应用。这两个有关能量的术语都列入表中即本条的比能术语和8中的水头术语。它们之间只差一个g即当地重力加速度。条目术语定义符号单位1水力机械的水力比能yfe水力机械的高压基准断面1和低压基准断面2上的比能差其中需考虑到水的可压缩性见)E1212+12g- 2式中-12并假设12注122别由1和2计算并考虑1或可分2对其值的影响温度差对ρ的影响可忽略不计E12水泵零流量关死点水力比能e)yfp在高压侧关闭时水泵在规定的转速和规定的导叶以及叶轮叶片开度下的比能E013比动能-y水运动时的比能:k22Ek14水力机械的吸入比势能nclee水力机械基准面见与断面2的测压水位的高程差所对应的比势能:s'22m2见图)Es15净正吸入比能-y断面2相对于水力机械基准面的绝对水力比能与汽化压力pva比能之差E2a22)2 2=s2a22 2见图)NPSE16空化系数r无量纲术语表明水力机械运行时的空化情况。注表示为净正吸入比能与比能E的比值见)σ—7空化因数t无量纲术语表明水力机械运行时的空化情况。注表示为净正吸入比能与的比值见)σnD—8空化系数0o对于选定的性能参数通常是效率其值与高空化系数相比保持不变时的最低空化系数。注在某些情况下空化曲线h的形状很难定义空化系数见图0—续)条目术语定义符号单位9空化系数1e与空化系数0相比效率下降1时所对应的空化系数。注在某些情况下空化曲线形状很难定义空化系数见图1—0临界空化系数dr与所规定的空化开始状态有关的空化系数例如规定能量下降值σd—1初生空化系数r叶轮可见空化开始时的空化系数可见空化通常由观察确定见图i—2电站空化系数r电站运行条件下的空化系数按附录K计算)l—3水力比能损失s任意两个断面间水力比能的损失EL1效率单调变化例如混流式水轮机在最优效率区运行;效率上冲例如混流式水轮机在满负荷运行;效率振荡例如混流式水轮机在满负荷运行时发生进口空化;效率单调下降例如贯流式水轮机。图4典型空化曲线和的定义高程和水头术语条目术语定义符号单位1水轮机水头或水泵扬程d水力机械高压基准断面1和低压基准断面2上单位重量的水所具有的能量之差HgHm2水泵零流量关死点扬程e)p在高压侧关闭时水泵在规定的转速和规定的导叶以及叶轮叶片开度下单位重量水的能量H0gH0m3吸出高度t断面2处单位重量水的能量对应于水力机械基准面见与断面2的测压水位的高程差sgZsm4净正吸入水头d断面2相对于水力机械基准面的水头与汽化压力水头a之差见图)=gNPSHm5水力机械的基准面le-e水力机械上作为基准的某一点的高程见图zrm6空化基准面l模型试验时作为基准面用于空化评价的水力机械的某一点的高程见)zcm7压力测量仪器基准面-et压力测量设备的高程见图)zMm8压力测量仪器的基准高程etf-et测量仪器与水力机械基准面的距离见图)MMMm51616径流式水力机械例如混流式水轮机离心泵和水泵水轮机;带固定转轮叶轮叶片和转轮叶轮下环的斜流式混流半轴流水力机械;带固定转轮叶轮叶片但不带转轮叶轮下环的斜流式混流半轴流水力机械;带可调节转轮叶轮叶片的斜流式混流半轴流水力机械;带固定转轮叶轮叶片的轴流式水力机械例如定桨式轴流水轮机贯流式水轮机轴流泵和水泵水轮机;带可调节转轮叶轮叶片的轴流式水力机械例如转桨式轴流水轮机贯流式水轮机轴流泵和水泵水轮机;水斗式水轮机)见。图5水力机械的基准面术语贯流式水轮机包括灯泡式竖井贯流式全贯流式和S型机组。功率和力矩术语条目术语定义符号单位1水力功率r水力所产生的功率水轮机或水泵赋予水的功率水泵hEQ1PhW2水力机械的机械功率功率)rfee)由水轮机主轴提供或供给水泵主轴的机械功率轴承和轴密封产生的损失归于水力机械内见图PW3转轮/叶轮机械功率r)通过转轮/叶轮与主轴的连接法兰传递的机械功率见图PmW4机械功率损失s水力机械的导轴承推力轴承和轴承密封中损失的机械功率见图PLmW5水泵零流量关死点功率oe)p在高压侧关闭时在规定的转速和规定的导叶以及叶轮开度下的水泵功率P0W6轴力矩e作用在水力机械主轴上力矩与水力机械的机械功率对应见)T·m7转轮/叶轮力矩e通过转轮叶轮与主轴的连接传递的力矩叶轮的机械功率对应见)Tm·m8摩擦力矩e水力机械的导轴承推力轴承和轴密封中的摩擦力矩见)TLm·mPAGEPAGE17PAGEPAGE18″泄漏流量″Q1=Qm+q断面1的流量Q1=Qm-qhEQ1水力功率hEQ1P=Pm-PLm机械的机械功率P=Pm+PLmPm=PhPmηη注公式未考虑水的可压缩性。注内部损失的详细分析参见附录。

机械效率 PPm水力效率 h=PPmP效率 P注圆盘摩擦损失和泄漏损失容积损失在水力效率中看作水力损失。这里圆盘摩擦损失是指与流经转轮叶轮叶片的Qm无关的转轮叶轮外表面的摩擦损失。图6功率和流量的通量图效率术语条目术语定义符号单位1水力效率y水轮机转轮机械功率与水力功率的比值hPm水泵水力功率与叶轮机械功率的比值h=hPm见图6ηh—续)条目术语定义符号单位2机械效率y水轮机水轮机机械功率与转轮机械功率的比值=PPm水泵叶轮机械功率与水泵机械功率的比值ηm=PmP见图6ηm—3效率y水轮机水轮机机械功率与水力功率的比值=P水泵水力功率与水泵机械功率的比值hmP见图6η—4加权平均效率y由下述公式计算w123+…+…其中123…为在规定运行工况点的效率值123…为对应的加权因子ηw—与脉动量相关的通用术语7提供了有关脉动量的术语参考。下面列出了与本文件相关的术语其中一些如图7所示。条目术语定义符号参考T71离散量y由一系列瞬时值表示的量X—2第n个离散量n第n个离散量的值Xn3采样数s采集离散量的总数N4一个时间窗中的采样数aew时间窗内离散量的总数Nw5均值e离散量的代数和除以采样数- 1NX=N1n-X1续)条目术语定义符号参考T76脉动量y在预先设定的时间间隔t内值的波动变化X相对平均~)57最大值me选定时间间隔内的最大值Xx8最小值me选定时间间隔内的最小值Xn9标准偏差相对均值的有效值)ee)一组数字与平均值的偏差的均方根值X= 1NX-2~ -f N1 n~f20均方根值e平方和均值的方根值s=1NN12s31峰峰值e最大值与最小值的差pXxXnp127置信度下的峰峰值keha7l利用给定概率值例如7的概率分布函数确定信号的最大值和最小值之间的差值。注该函数通过统计计算来估算超出该置信区间的信号值将被忽略73振幅e正弦函数的最大值X)A=1ΔXpp2A04时间d物理量t35采样周期l两个连续采样之间的时间间隔t6频率y周期的倒数1)f47采样频率采样率)y)采样周期的倒数stfs8时间窗长度ewn通过傅里叶变换进行频率分析时所选择的时间窗wNwtw9频率分辨率n离散傅里叶变换获得的相邻两个频率之间的间隔f=wN菪f续)条目术语定义符号参考T70信号记录时间采集时间)n)记录信号的总时间)r4在规定的信号记录时间内的压力脉动信号每个信号记录时长见;利用傅里叶分析将信号变换到频域分析所需的频率分辨率由水力机械的转速决定见;利用概率分布对图中每个测量点进行累计计算去除平均脉动的极端偏差图中表示出了7的置信区间。图7与脉动有关定义说明流体动力学和比尺术语a条目术语定义符号单位1雷诺数r惯性力与黏性力的比值见:反击式水力机械Dv冲击式水轮机Bve—2参考雷诺数r6f3弗劳德数br惯性力与重力的比值的平方根见:a)反击式水力机械) =E2b 冲击式水轮机Fr=gBE2r—4韦伯数br惯性力与表面张力的比值L1见)2σ*e5参考损失分布系数nt最优点参考雷诺数下相对可换算损失与相对总损失的比值=ft注附录D中表1给出了不同反击式水力机械对应值f—6相对可换算损失s由比尺效应引起的效率损失与雷诺数相关δ—7参考相对可换算损失es在参考雷诺数下由比尺效应引起的效率损失见附录))f—8相对不可换算的损失s非比尺效应引起的效率损失见附录)=hδs—9总的相对损失s可换算和不可换算损失的和hs—0水力效率相似性差值-y在不同雷诺数下在两水力相似运行工况点水力效率的差值见)菪ηh—a见O。b在其他科学手册中也可以查到这些参数的定义。无量纲术语水力机械性能可以由基于D或D的无量纲术语表示。注一般基于的无量纲术语各类因数适用于水轮机基于D的无量纲术语各类系数适用于水泵。唯一的例外是空化系数适用于水轮机空化因数适用于水泵。单位HDE11·3T·PWQ31。无量纲术语与其他已有术语之间的关系见附录。条目术语定义符号关系1转速因数r5nED=15D2流量因数rQ15QED5D3力矩因数rTmETED=TnD=PEDDD4功率因数arPm 5PEDT水轮机)水泵)PDD5DD5能量系数tEEnD=1D6流量系数tQnDD5D7力矩系数tTm5TnDD π8功率系数atPm5PnDT水轮机)水泵)PD5DD D9空化系数rEσDDEnD0空化因数t2σnDD=σD1比转速d55NQEn5=DDD5a参考转轮叶轮的机械功率通常在模型上测量。32424与辅助性能相关的术语为了表示和分析如压力脉动力矩波动水推力控制机构载荷等辅助性能试验数据建议使用下文和4中定义的无量纲术语。符号表示测量物理量下标表示机械部件整体作为单位量例如TD表示导叶水力矩因数即水力比能和转轮基准直径为1时作用在导叶上的水力矩。下表列出了用于定义测量值的符号。条目术语定义符号单位1力e在水力机械部件上产生运动或应力的影响FN2弯矩t作用在与给定点垂直距离处的力所产生的转动效应的大小M·m3压力e单位面积上的力Pa4力矩e弯矩的轴向分量T·m下表列出了与辅助性能有关的无量纲术语。条目术语定义符号单位5力矩因数rTED=TρD3ETED—6力矩系数t=T5TnD—7力因数rFED=FρD2EFED—8力系数t=F4FnD—9压力脉动因数r~=~E~E—0压力脉动系数t~=~D2~D—水力性能保证值的性质和范围通则设计数据及商定值需方应对基于保证值的如基准断面水位水力比能见水力比能损失等规定数据负责。需方还应负责对水力机械的输水发电系统管道电气和机械部分相互作用方面进行协调。需方至少应向水力机械供方提供下列精确并足够详细的数据:上下游所有运行特征水位;从进口至出口水管的每一部分水力损失;与水力机械相关的水力管道的设计图纸包括阀门和闸门;与原型流道水流有关的所有信息例如原型管道的模型试验结果;对现有水力机械的改造应特别注意现有机械的限制条件例如开度表面粗糙度电机限制等。应注意模型进出口的流动条件见4和。多数情况下模型范围应稍超过高压和低压基准断面。模型应包括这些断面以符合本文件的要求。如果基于原型条件有理由认为其水力管道的所有流态不能完全在模型上再现时合同中应规定采取的步骤其中包括规定模型水力通道的范围。在有些情况下所采用方法的有效性应由需方在模型试验之前通过电站的局部模型试验进行验证。水力性能保证值的定义对于可调节和不可调节原型水力机械合同中应至少保证包括功率流量和或比能效率最大暂态飞逸转速最小瞬态压力和最大稳态飞逸转速对于水泵为反向飞逸以及与空化相关的保证。对于水泵保证范围还应包括最大比能扬程和零流量功率。零流量功率指叶轮在规定转速下在水或空气中旋转所消耗的功率。保证值应对一个或多个运行点给出见。这些点可归结成水力机械的性能曲线通常由供方提供。在有些情况下如小水电可提供一个表。根据目前的技术水平可对原型的一些保证值通过模型试验验证见另一些则不能通过模型试验验证见。通过模型获得的辅助性能数据可作为预期原型运行的指导见。相关量的保证合同对相关量不宜要求多于一种的保证例如对于可调节水轮机工况应对效率相对流量或效率相对功率做出保证但不能两者都保证。保证形式在模型试验上验收原型性能时可以采用下列两种保证形式之一。)和附录D考虑比尺效应)和附录D考虑比尺效应。对于冲击式水轮机如果合同同意可按附录考虑比尺效应;合同规定雷诺数下的模型水力性能的保证值对于冲击式水轮机为雷诺数弗劳德数和韦伯数。对于每种情况应满足3规定的相似条件。通过模型试验验证的主要水力性能的保证值各种类型水力机械的保证量功率术语功率通常指转轮叶轮的机械功率见。当保证原型的机械功率见时应考虑原型的机械功率损失见。或比能这是指水力机械在规定比能运行时基准断面见处的流量或指水力机械在规定流量下运本文件中的可调节指通过导叶开口喷针行程和或转轮叶轮叶片角度的变化来控制流量。52626行时获得的水力比能。效率除非另有规定否则术语效率是指水力效率见。当保证原型的效率见)时应考虑原型的机械功率损失见或机械效率见。对于反击式水轮机如附录D所述应考虑模型和原型水力效率间的关系。目前公认的惯例是将此关系应用到整个效率保证范围内。稳态飞逸转速和或流量应保证水轮机最大稳态飞逸转速见或水泵反向飞逸转速可额外保证在飞逸条件下最大流量。水轮机运行时空载流量应为飞逸特性曲线的一部分见图。空化对水力性能的影响对于水力性能的保证合同应明确说明水力性能保证的水力条件比能和净正吸入比能。原型水力性能的保证应包括空化的影响。根据目前的工程经验这种影响可依据、8和2进行的模型试验来确定。,由雷诺数引起的效率比尺换算应用仅限于2规定的σ值范围内。

如果落在这个范围之外合同中应规定换算的程序。在有些情况下合同在空化规定方面可能包含一些附加条款测量并选定作为判断标准空化系数值应低于电站空化系数并有一定的安全裕量见合同应规定判断标准和安全裕量。具体应用1可调节水轮机见)保证参数标准功率应在一个或多个水力比能下达到流量应在一个或多个水力比能下达到效率宜在一个或多个水力比能下保证保证形式如下:一个或多个规定的功率或流量下;或规定的功率或流量范围内的加权平均效率a飞逸转速在最大或任何其他规定的水力比能下运行时不能超过保证的稳态飞逸转速值。对于双调节水轮机应说明保证值是指导叶开度和转轮叶片角度关系保持最优协联还是发生在最不利的非协联条件下的最大飞逸转速空化5中描述的空化保证通常对应最小可在一个或多个水力比能流量或功率下做出保证a加权平均效率和一系列单点效率不应同时保证。2不可调节水轮机见)保证参数标准功率规定的水力比能范围内应达到的功率以及不应超过的功率a流量在规定的水力比能范围内应达到和或不应超过的流量该值通常由相应的功率保证值代替效率宜在一个或多个水力比能下保证保证形式如下:一个或多个规定的水力比能下;或规定的比能范围内的加权平均效率b飞逸转速运行在最大水力比能下不应超过的稳态飞逸转速保证值空化5中说明的空化保证通常对应最小可能需要对一个或多个水力比能做出保证a规定水力比能下合同功率极限见。b加权平均效率和一系列单点效率不应同时保证。3不可调节可调节水泵见)保证参数标准功率规定的水力比能或者流量范围内不应超过的功率流量和/或水力比能规定的水力比能范围内的流量或者规定流量范围内的水力比能包括应达到和或不应超过的值效率可在一个或多个水力比能或流量下保证保证形式如下:一个或多个规定的水力比能或流量下;或规定的比能或流量范围内的加权平均效率a飞逸转速运行在最大水力比能下不能超过保证的最大反向稳态飞逸转速值。对于双调节水轮机应说明保证值是指导叶开度和叶轮叶片安放角间关系保持最优协联)和最大飞逸转速发生在最不利的非协联条件下空化5中说明的空化保证通常对应最小可能需要对一个或多个水力比能流量或功率做出保证a加权平均效率和一系列单点效率不应同时保证。模型试验不能验证的保证值空蚀的保证空蚀量只在原型上保证。应根据所有部分对原型的保证值进行评估。在模型试验中通过可视观察可以发现一些空蚀的潜在区域见。最大瞬态过速和最大瞬态压力上升的保证值瞬态过速包括瞬态飞逸转速和压力上升主要取决于过水管道的几何尺寸钢管长度调压井等PAGEPAGE29PAGEPAGE28机组旋转部件的惯性和导叶的操作规律。由于模型试验既不能模拟应用管道的所有范围机组的惯性也不能再现调速器的特性因此不能直接通过模型的动态试验来确定它们。但是稳态模型试验数据可以为之提供数值换算到原型这些数值有助于提高瞬态现象的计算精度。噪声和振动的保证值通过模型试验确定原型的噪声和振动超出了本文件的范围。本文件宜仅作为这些现象的水力源建模指南例如通过分析压力脉动或其他动态载荷。辅助性能数据可以从模型试验中获得辅助性能数据:压力脉动见;主轴力矩波动见;水推力包括轴向力和径向力见;在整个运行范围内导叶和转桨转轮叶轮的水力矩或作用在喷针和折向器上的水力作用力见;,

、 ( )

( ;四象限特性包括水泵的叶轮在水或空气中旋转

零流量关闭状态时的功率和比能

见5与原型指数试验有关的差压测量见;双调节水力机械最优性能协联关系导叶与转轮叶轮叶片角度的关系见。也可以规定以确定其他辅助性能数据例如水力机械不同部件处的速度压力分布等。试验的执行对试验台和模型的要求实验室的选择在总体布置能力和仪器质量方面能够满足本文件规定的实验室宜是合格的。对同一个工程的不同供方的模型进行比较试验时宜选择一个中立实验室。试验台试验回路的一般特性当模型出现空化现象时试验回路其他部位不应发生影响试验台或模型性能测量装置的稳定性或正常运行的空化现象。模型中所有夹带的气泡不应影响测量仪器的性能特别是流量和压力测量装置。在流量测量仪器和试验模型之间应无外部流量补入和内部流量泄漏。这些要求宜易于验证。试验台能力试验台能力例如功率压力水力比能流量和应满足2中列出模型最小尺寸和试验条件的要求。试验台运行应是稳定和稳态的没有波动或脉动的影响见。试验用水要求试验用水应是洁净清澈的不含任何悬浮固体物质和任何可能影响水特性如黏度和汽化压力的化学杂质。试验前宜尽可能排除系统中的自由气体和气泡含气量推荐范围见。试验时宜记录试验台用水中的气体含量见包括水中夹带和溶于水的气体这在考虑空化试验结果的重复性和对比试验中尤为重要。封闭管路的经验表明水中溶解的空气可以产生核核的含量在流动空化中扮演了主要角色例如气泡在流体中的移动核对空化的影响见。因此这可能会影响空化形态和由此产生的空化特性见5和。宜通过使用合适的水力比能和或核含量来实现空化相似。水温宜在8℃5℃范围内且每天的变化不超过℃并且在试验期间不宜有显著的变化。宜避免水温和测量仪器所处的环境温度之间有较大差异以免对测量精度产生影响。由试验台给定的流动条件在模型进口处试验台应确保良好的水力条件无涡流避免过大湍流和不稳定流。在模型出口处流态不宜受试验台布置的影响。测量仪器用于确定主要参数的测量设备应满足本文件规定的条件。应确保每个仪器可追溯到公认的国家或者国际标准。所有仪器宜进行原位标定特别是流量和力矩测量。有些标定可以在安装到试验台之前完成如导叶水力矩叶片力矩和压力脉动传感器的标定。测量仪器宜能够独立于数据采集系统进行平行读数以便于验证。应确保测量仪器所处环境温度在制造商允许范围内。模型要求模型尺寸2规定了模型尺寸的最小值。正常情况下模型不应小于上述值且宜尽可能地大所有与主要水力性能保证值和空化影响相关的试验宜使用同一模型见。对比类模型试验应在相同规模尺寸的模型上完成。模型的布置和结构设计模型的布置和结构设计应符合规定的试验项目。应仔细考虑以下几点:通过适当的设计和材料的选择应尽量减少在选定试验水力比能下因荷载引起的变形;用于改变水力机械几何结构的可调整部件例如转轮叶轮叶片导叶喷嘴应能重复并保持在设定位置;轴承系统主轴和固定部件应有足够的刚度避免在正常试验时转轮与迷宫环擦碰叶尖和密封迷宫间隙宜大于5;流道宜为水力光滑表面;除了表面条件的一般要求外宜特别注意连接部位的匹配以避免任何局部流动分离;宜选择抗氧化和电化学腐蚀的材料在试验期间过流表面宜保持良好的状态;应提供易于清理或修复过流表面的措施;为了观察转轮叶轮和尾水管内的流态多级泵的低压级宜设有一个透明的锥管或观察窗;当进行对比类模型试验时若主轴密封和轴承是模型的一部分例如多级水力机械则这些部件宜采用相同设计;在同一模型上进行不同叶轮转轮的对比试验时应规定所有转轮叶轮可在相同间隙和水推力平衡装置下进行试验;当进行辅助特性试验时例如压力脉动导叶水力矩速度分布模型应便于安装并能对相应的测量设备进行检查;当对单个部件如固定导叶活动导叶尾水管等进行优化或修改时模型设计应能容易实现这些部件的拆装;如果出现任何不模拟条件例如转轮下环上冠厚度密封设计等方面的差异应相互商定对差异采取的分析评定方法。模型范围应在合同中明确规定模型的基准断面位置以及从进口到出口的水力流道范围至少是高压至低压基准断面之间部分见图1和图。所有影响原型性能的水力流道例如进出口流道宜包括在模型中。对于低水力比能水轮机模型范围宜从原型进口至尾水管出口。不必模拟上游或者下游的闸门槽除非它们布置在水力机械的测量或基准断面之间这些部件对水力机械水力性能影响情况可以从模型验收试验以外的其他试验中获得。模型和原型的几何相似一般要求通过模型试验确定原型性能的一个基本要求是模型和原型流道应保持几何相似因此应比较两个水力机械的几何尺寸和所有过流部件的表面粗糙度。模型和原型间的几何相似应根据2进行检查。在3规定的范围内模型和原型的所有过流部分应几何相似这还包括可能对性能测量有影响的细节见。但是在某些无法避免与相似性存在微小偏差的特殊情况下应协商是否要对结果进行修正。在原型上宜对制造或安装过程中可能出现的不相似或偏差进行评估并应共同制定修正措施以减少对水力性能的影响。宜对所有突变区域进行校正建议使用至少0的比例来校正过渡区域。在原型上除了表面质量的一般要求外宜特别注意过流表面的连接部分的连接过渡以避免任何局部流动干扰。对模型和原型都进行验收试验时宜使用相同的测量断面。如果测量断面不一致应协商是否对试验结果进行修正。模型比较试验时所有模型旋转方向宜相同。多级水力机械正常情况下模型宜与原型具有相同数目的级数。对于四级或更多级的原型个别情况下可以在减少的级数的模型上进行模型试验例如对于四级的原型可以采用三级模型进行模型试验。迷宫密封和轴向力平压措施由于结构原因模型和原型之间要求主轴和转轮叶轮密封间隙和推力平衡装置满足几何相似或水力等效是不现实或不合理的尤其是比尺较大时这种情况下模型和原型间的泄漏损失和轴向力系数是不同的。这种差别应忽略或准确估算以计算出原型的水力效率和水推力。为了评估其对水力效率的影响可以使用9提供的换算公式。试验前宜就泄漏流量见图的检测和测量以及在确定水力机械性能时是否予以考虑宜达成一致意见。尺寸检查通则根据4的要求应检查模型和原型流道之间的几何相似性。为了提供有关影响水力性能的主要尺寸及相关的几何细节下文介绍了尺寸检查流程和允许偏差。这些偏差应视为最大允许值以确保几何相似以及对性能的可测量影响。所有情况下这些偏差反映了原型和模型加工制造过程中可达到的技术精度。经供需双方同意后在制造工艺改进的条件下可采用比0更严格的相似性要求。如果几何翼型完全采用数控加工方法则原型和模型的几何相似包括开度角度和表面波浪度更加一致目前转轮制造普遍采用这种方法。也可将这种方法应用到导叶翼型的加工。尺寸检查也适用于根据已存在的原型机加工模型在这种情况下原型应作为尺寸检查过程的起点。原型和模型所用术语的解释模型和原型采用以下通用术语。单一值该值来源于:在不同位置测量同一部件的同一尺寸例如转轮叶轮的公称直径或在相同位置测量不同的重复性部件的同一尺寸例如活动导叶的最大厚度。平均值由若干个单一值计算出的算术平均值。理论值图纸上标注的设计值。模型和原型对应部件的长度尺寸LM和通过长度比尺换算见。尺寸检查的目的尺寸检查的目的主要包括:确定模型和原型的主要尺寸;检查模型和原型重复性部件的一致性例如比较单一值与对应平均值的相对偏差其允许的最大偏差值见0的表1中一致性偏差;检查原型和模型之间的几何相似性例如比较原型平均值与模型平均值按比例放大倍后的相对偏差其允许的最大偏差值见0的表1中相似性偏差;比较测量的几何形状或D型线与理论设计之间的一致性例如安装前的单个叶片。一般准则在合同签订时双方应协商尺寸检查方法。否则应至少在验收试验之前达成一致。在工程实践中通过比较按比例缩小的模型尺寸与设计值来确定相似性是否满足。但是实际的相似性应在比例缩小模型和原型之间比较。在进行原型尺寸检查时应以模型的尺寸为基准。在模型试验期间由于原型通常还没有进行制造因此只需与设计值进行比较。如果模型与理论设计值之间的测量偏差超过5倍最大允许偏差见则在原型加工时应PAGEPAGE31PAGEPAGE32保证总的偏差在允许范围内并且应据此修改原型的制造公差。不允许在理论设计时增加偏差。或者供方也可以选择修改原型的制造尺寸使其与模型验收试验中测量的平均值相一致。尺寸检查程序需考虑的几何偏差图8说明了本文件测出的几何偏差在模型和原型单一值和平均值上的应用。)相似性偏差和一致性偏差的数值见。图8模型和原型尺寸检查程序结果比较的步骤和允许偏差的应用模型及原型一致性检查通过将单个值测量值与相应的平均值进行比较可以确定模型及原型部件是否满足一致性要求。如果未满足一致性要求则应对不满足要求的部件进行校正或重新加工。如果平均值与理论值的偏差超过了一致性偏差要求则应协商是修改理论值还是校正部件的几何尺寸。如果进行抽样检查即当没有检查所有重复部件或尺寸时可以将单个值直接与理论值进行比较。原型和模型之间的几何相似通过比较原型和模型对应的平均值并考虑本文件见或合同要求给出的相似性偏差可以确定是否满足几何相似性要求。如果同意可用原型理论值代替相应的平均值。如果偏差超过了相似性偏差则应协商下一步的措施包括模型校正后重新进行试验。原型理论尺寸的有效数字应符合相似性偏差的要求。对模型和原型上难于测量的尺寸例如外形尺寸如果制造和安装的总偏差小于相似性偏差可以协商用理论值代替原型和或模型的平均值进行比较。不同类型水力机械的应用对于水轮机列出了混流式轴流转桨式和水斗式水轮机的尺寸偏差。混流式水轮机的偏差也适用于斜流定桨式水轮机。轴流转桨式水轮机的偏差也适用于轴流定桨式水力机械和其他转桨式水力机械例如斜流转桨式水轮机贯流式水轮机等。水斗式水轮机的偏差可适用于斜击式水轮机。对于水泵和水泵水轮机给出了离心式混流式和轴流式水力机械的尺寸偏差。尺寸检查的方法通则为了测量转轮叶轮的形状并检查其相似性应使用坐标测量仪光学测量系统样板等方法测量模型和原型转轮叶片活动导叶固定导叶以及定桨组装转轮叶轮的各个剖面。为了检查装配转轮叶轮叶片的绝对位置宜使用样板或类似方法。对于模型转轮叶轮的见证试验如果使用M且根据0进行的尺寸检查在偏差范围内则只需检查两个相邻叶片。宜以图形方式将测量型线与理论设计进行比较。几何图形和水力设计检查点的坐标为供方的知识产权。供方无需向需方提供几何图形或坐标。为保护水力设计的机密性和知识产权供方仅需提供测量型线和理论型线之间的偏差。如果需要对模型或原型进行进一步检查双方应对检查点的数量坐标及其存储方式达成一致。供方应根据转轮叶轮的制造和测量方法向需方推荐原型和模型最适当的测量方法和测量位置并取得需方同意以验证原型和模型之间的几何相似性。图~图9给出了尺寸检查的位置和范围示意图。但是检查的程序不限于给定的示例也不表示所有的尺寸都需要检查。当某一长度尺寸不能直接测量时如交界处被圆角覆盖则应按照商定的程序进行测量。图9蜗壳和导水机构尺寸检查示例图0尾水管尺寸检查示例图1贯流式机组尺寸检查示例图2径流式水力机械转轮叶轮尺寸检查示例图3径流式水力机械转轮叶轮样板法测量叶片型线断面位置或者M测点位置示例图4径流式水力机械转轮叶轮以混流式水轮机转轮为例通过样板法检查出口开口和叶片型线图5径流式水力机械转轮叶轮以水泵水轮机转轮为例检查进出口开口图6轴流式水力机械转轮叶轮样板法测量叶片型线断面位置或者M测点位置示例图7轴流式水力机械转轮叶轮叶片角度和叶片型线偏差的定义图8水斗式水轮机立式及卧式机组导水和壳体尺寸检查示例图9水斗式水轮机水斗和喷嘴尺寸检查示例PAGEPAGE401使用样板进行尺寸检查模型和原型之间几何相似性可使用样板法进行检查。样板的尺寸偏移量以及原型和模型之间的定位宜一致。然而应考虑到有些部件的样板可能难以定位。使用坐标测量仪进行尺寸检查坐标测量仪基于不同方法和技术可以根据探头支撑系统如桥型关节臂型探头如机械式扫描式或者控制方式如人工方式数字式等进行分类。各种类型坐标测量仪都可以采集大量的三维坐标点以数据文件的方式进行记录并通过专用软件处理。测量的数据可用多种方法处理例如如果使用球形机械探针测量则探针的测量中心点应根据球半径修正。对于这些工作M提供了专用软件。在尺寸检查前应使用校准过的标准件对认证过的坐标测量仪进行初步检查。通过进行相似性检查应与理论设计的相关部分进行比较。因此需方应能够确认模型和原型的相似性检查是否使用了相同的D几何图形。为了保护供方的知识产权可以使用以下方法。样板模式:通常除了径流式转轮叶轮外应测量进口和出口各三个断面见图向需方提交约0个点的绝对坐标。制图模式:可在模型上测量任意数量的坐标点;坐标数据可采用加密算法如T4或者以文本文件的方式储存并电子签名或者以纸质文件形式密封保存;供方应向需方提供测量结果与理论水力设计的偏差值;在原型检查时通过含有坐标值的文件确认原型与模型尺寸检查中所使用的D几何图形是否一致需从模型按比例换算到原型的数值除外。这些方法仅提供了一些保护供方理论设计机密性的示例但是所列示例并不完整可以采用任何双方认可的程序保护知识产权。尺寸检查测量精度详细介绍尺寸检查的方法和精度超出了本文件的目的因此给出以下建议:详细说明所用仪器并说明其精度等级和重复性;总误差由坐标系定位误差测量仪器系统误差和随机误差组成;坐标测量仪数据的最佳拟合只能显示单个部件本身的表面是否符合图纸但不能保证部件在三维空间中或相对于其他部件正确定位例如轴流叶片相对轮毂或混流式转轮叶片相对于主轴或相邻叶片。尺寸检查范围通则确定流道所有重要部件的尺寸应在相关方商定的范围内进行检查。水轮机水泵和水泵水轮机的相关尺寸及其偏差见。当一个位置由多个尺寸定义时偏差仅适用于相关性最强的尺寸应使用过流部件的尺寸。几何相似性检查包括以下内容。组装前单个部件的相似性检查此时检查尺寸应参考部件本身。检查整个流道即所有过流部件的相似性。相关的外形尺寸通常参考转轮轴和或导叶中心线。应特别注意相邻部件静止或旋转之间的过渡流道本文件没有规定该部分偏差。在9中最大允许偏差以对应模型的平均值或以下尺寸为基准:T 活动导叶固定导叶以及转轮叶片T每个测量断面的最大厚度;D 公称直径见图;i 径流转轮叶轮高压侧的叶片节距见图;d 喷嘴口直径见图;B水斗最大内部宽度见图;12叶轮高压侧和低压侧两个相邻叶片之间的开口见图图4和图。开口可以定义在叶片型线测量断面上也可以定义为从叶片边缘的给定点到相邻叶片表面的距离。以下章条涉及的水力机械各部件的术语在O4中定义。主要过流部件反击式水轮机检测范围主要检查部件:—蜗壳或贯流式水轮机的引水部分座环导水机构尾水管的主要尺寸如有必要还可包括转轮和顶盖之间的区域见图图0和图——转轮主要尺寸包括进出口直径进口高度上冠和下环的尺寸以及轴流转桨式水轮机轮毂尺寸见图1和图—转轮叶片活动导叶和固定导叶数;转轮活动导叶和固定导叶流道形状包括固定导叶活动导叶和转轮叶片如果不泄露知识产权的最大厚度;止漏环轴流转轮叶片外缘间隙以及活动导叶端部间隙;水力机械各过流部件的表面粗糙度见;转轮叶片上冠下环轮毂底环活动导叶和固定导叶的波浪度通常仅与原型有关见。混流式水轮机转轮对于低比速水轮机应至少检查两个进口断面的型线对于高比速水轮机应至少检查三个断面。进口断面应从叶片头部沿着叶片正背面延伸到D处具体取值取决于比转速和叶片型线长度示例见图3和图。如果可能应对整个叶片型线进行测量从进水边到出水边至少包括一个断面或整个表面示例见图3和图。应在叶片进口型线检查位置检查叶片进口角

可通过样板沿叶片测

样板从叶片进口延伸到D处具体取值取决于比转速和叶片型线长度样板应位于使叶片正背面同时处于最佳匹配位置见图。 , ( )应至少检查三个出口断面的型线出口断面应从叶片的尾端沿叶片正背面往回延伸到5D处具体取值取决于比转速和叶片型线长度见图。应至少在三个点检查叶片进出水边位置见图。每一个叶片应至少在四个点检查叶片出口开口见图4和图。对于组焊的原型转轮可以在装配前对已经加工完成的单个叶片型线进行检查。装配后仅需检查叶片位置如图2所示焊接圆角外径和出口开口。轴流式水轮机转轮定桨和转桨应至少检查三个断面沿叶片正背面两侧整个叶片的型线沿圆柱体或平面断面或者在整个叶片表面进行测量见图。进口型线应从叶片的头部沿叶片正背面延伸至1D处。在进行这些检查时与基准型线的设计位置相比只要叶片转角和轴线偏差不超过0中规定的值可通过旋转基准型线使每个叶片处于最佳位置。每个叶片只准许进行一次调整在此位置对叶片的正背面进行所有检查测量见图。在叶片安装到轮毂上后应检查叶片相对彼此的倾斜角。为此应比较外部测量型线的倾角测量叶片安放角差不应超过±。离心式和混流式转轮叶轮为了方便离心式和混流式转轮叶轮的要求以单级单向流动水泵来考虑对于双向流动和多级水力机械应对每级和每个进口进行测量。应至少在三个断面检查进口型线进口型线应从叶片头部沿叶片的正面和背面延伸至)D处具体取值取决于比转速和叶片型线长度见图。对于低比速转轮叶轮应至少在两个断面检查出口型线对于高比速转轮叶轮应至少检查三个。其长度应从叶片尾部沿叶片的正背面延伸至D具体取值取决于比转速和叶片型线长度见图3和图。如可能应至少在一个断面对从进水边到出水边整个叶片型线或整个表面进行测量见图3和图。应在叶片进口型线检查位置检查叶片进口角

叶片进口角可通过样板沿叶片测量

样板从叶片进口延伸到D处具体取值取决于比转速和叶片型线长度样板应位于使叶片正背面同时处于最佳匹配位置。应至少在三个点检查转轮叶轮进出水边位置见图。每一个叶片应至少在三个点检查叶片进口开口见图。叶轮的出口部分的检查应采用以下程序见图3和图:根据比转速测量两个或者多个叶片出口断面的型线;检查转轮叶轮单个叶片通道上下盖板间高度;在叶片出口通过与叶片正背面相切的最大内切圆确定出口开口。对于组焊的原型转轮可以在装配前对已经加工完成的单个叶片型线进行检查。装配后仅需检查叶片位置焊接圆角外径和出口开口见图。轴流式转轮叶轮应使用3中针对定桨和转桨式轴流式水轮机转轮给出的相同程序检查叶片型线。冲击式水轮机检测范围主要检查部件:转轮分流管机壳和喷嘴的主要尺寸见图;水斗数;水斗喷嘴和喷针形状见图;射流与转轮的对准线;水斗喷嘴和喷针的表面粗糙度和波浪度通常仅与原型相关见2和。水斗式水轮机转轮应至少在四个横向和四个纵向断面或整个表面检查每一个水斗的型线见图。应在每侧四个点上检查每一个水斗的出流角见图。应检查每个水斗分水刃的形状分水刃脊角水刃的边缘和水斗的倾角见图。应检查水斗的内部宽度和型线。水斗的外部型线也应检查。为了确保原型上射流和水斗的相互影响小于模型外部型线的偏差也适用于可能对该干扰有影响的水斗出流区域见。水泵和水泵水轮机主要检查部件:蜗壳扩散段吸入管的主要尺寸如有必要还应包括转轮叶轮与顶盖之间的区域见图9和图;叶轮的主要尺寸包括进出口直径出口高度以及转轮叶轮上冠和下环尺寸见图2和图;叶轮叶片活动导叶和固定导叶数;叶轮活动导叶和固定导叶的形状包括固定导叶扩散叶和转轮叶轮叶片的最大厚度;止漏环转轮叶片端部间隙以及活动导叶端部间隙如有;水力机械所有部件的表面粗糙度见;扩散叶活动导叶如果有以及转轮叶轮的波浪度通常仅与原型相关见。活动导叶对于圆柱形导水机构应至少在一个断面上测量导叶型线对于锥形导水机构应至少在两个断面上测量导叶型线。间隙应检查转轮叶轮止漏环间隙叶片端部间隙以及活动导叶端部间隙。原型间隙不应超过由模型按比尺换算到原型的间隙。模型和原型宜考虑压力对活动导叶端部间隙的影响。原型转轮叶轮密封的长度不应小于由模型按比尺换算到原型的值。其他几何细节微小几何细节建模应始终符合其水力相关性及其对水力性能的影响。进口结构以及位于肘管和低压端部之间的尾水管中尺寸小于2 D的孔例如排水管接头和可忽略不计。如果需对闸门槽建模其位置应符合0的要求。其内部尺寸槽深和槽宽的偏差应为2D。344545水轮机水泵和水泵水轮机原型和模型之间几何相似性的允许最大偏差在表1中以下几点适用:这些偏差适用于原型公称直径大于3m的水力机械;除非另有说明否则基准值取模型平均值按比尺换算后的值LLM;如果叶片表面定义充分则可以省略角度;如果提供完整的叶片型线则无需提供最大叶片厚度T;某些情况下在保证出口宽度偏差时可商定适当增加某些出口边尺寸偏差如图2所示的某些半径;如果使用则应采用不同的间隙偏差。表1允许最大偏差第1共3页)允许最大偏差一致性允许偏差相似性允许偏差模型原型原型/模型基准值单个值Ai-平均值A单个值Bi-平均值B原型均值-模型平均值按比尺换算值PLM水力通道主要尺寸金属或混凝土通道蜗壳管等)平均值A±2BB金属或混凝土通道蜗壳管等因模板接口等移动而产生的突变台阶)D2A1B1B座环直径平均值A±1BB座环高度/扩散叶高度平均值A±2BB座环长度/扩散叶长度平均值A±2BB固定导叶最大厚度T″平均值A±8BB固定导叶型线/扩散叶型线T″A±5BB蝶形边导流板或平行边座环部和底部端部型线T″A±5BB活动导叶分布圆直径平均值2A2B2B导叶高度平均值3A3B2B活动导叶最大厚度'平均值A±5B±5B活动导叶型线'A±5BB活动导叶最大开口平均值±5A±2B≥0固定导叶圆周方向的相对位置———°固定导叶与活动导叶枢轴之间的相对位置—°°°表1允许最大偏差第2共3页)允许最大偏差一致性允许偏差相似性允许偏差模型原型原型/模型基准值单个值Ai-平均值A单个值Bi-平均值B原型均值-模型平均值按比尺换算值PLM间隙密封间隙平均值0A0B≤0密封间隙长度平均值——≥0叶片端部间隙平均值0A0B≤0活动导叶端面间隙平均值0A0B≤0混流式水轮机转轮径流式转轮叶轮和定桨斜流式转轮叶片型线:进出水边叶片的其他部分DD1A2A1B2B1B2B高压侧节距见图)D2A5B—角1见图)—°°°角2见图)1°°°出口开口a平均值A5B21B叶片最大厚度T平均值6A8B6B靠近出水边的叶片厚度平均值5A5B5B进出口直径和转轮其他尺寸D5A5B5B轴流式水轮机转轮定桨和转桨转桨斜流式转轮和轴流式转轮叶轮叶片型线D1A11B进口型线D1A11B叶片最大厚度T平均值6A86B靠近出水边的叶片厚度平均值5A55B转轮室直径D平均值1A12B转轮其他尺寸D5A55B型线的角度差1°°°型线的轴向调整量D2A2B2B叶片最大转角1°°°PAGEPAGE48PAGEPAGE47表1允许最大偏差第3共3页)允许最大偏差一致性允许偏差相似性允许偏差模型原型原型/模型基准值单个值Ai-平均值A单个值Bi-平均值B原型均值-模型平均值按比尺换算值PLM水斗式水轮机喷针和喷嘴直径d3A3B3B喷针和喷嘴型线d1A1B1B喷嘴角度1°°°喷针角度1°°°水斗宽度B平均值3A5B5B水斗背面型线B5A8B8B水斗正面型线B5A5B5B水斗倾角α1°°°水斗出流角β1°°°分水刃型线BA±1BB分水刃脊角γ1°°°节圆直径D平均值2A2B2B射流相对转轮的偏移值B5A5B5B射流相对转轮的对准度δ1°°°外径处的节距BA5B—直径见图)D3A3B2B表面波浪度和粗糙度定义波浪度波浪度为表面型线与平滑设计曲线的相对偏差表示为最大偏差与距离之比。在该距离上叶片型线与平滑曲线出现偏差即图0中U的比值。例如可以采用一个能反应叶片形状的挠性尺来评估波浪度。为了区分波浪度和表面粗糙度U不宜小于0最大偏差点X宜位于U的中间三分之一处。虽然表面凸起比凹陷更难评估但是凸起部分很容易校正。粗糙度表面粗糙度用来表征物体表面特征加工质量由刀具切割磨削机床进给涂层和涂漆或原始制造焊接过程产生偏离其形状的微小偏差。通过9中定义的粗糙度标准评估型线的算术平均偏差来表示。波浪度要求为了满足几何相似性要求应测量原型波浪度其最大允许值如下:应对2所述主要过流部件整个表面的波浪度进行检查以确保其型线连续光滑且波浪度小于易空蚀部位表面的波浪度应小于。接触点距离介于0m和0m之间且型线有变化的表面波浪度应小于。应强调的是定义的波浪度标准用于评估机加工和磨削后的连续表面这不包括作为设计型线一部分的波浪度。对于数控加工部件制造工艺波浪度宜达到小于对易空蚀表面宜达到小于完全受控的加工过程例如通过将两个相邻焊道之间的扇形高度限制为2宜确保磨削后连续光滑型线的波浪度在推荐值范围内。对于波浪度测量两个接触峰点之间最小距离不宜小于0。如果接触点距离小于0则宜使用粗糙度测量代替波浪度测量。不宜使用波浪度标准来评估孔缺陷孔隙度材料缺乏表面型线突变或接口连接。图0波浪度和表面粗糙度的定义粗糙度要求模型和原型粗糙的过流表面将使水力机械效率小于预期值。如果模型和原型均为水力光滑流道则可不考虑表面粗糙度对性能的影响。但是这在原型上很难实现因此下面给出了原型表面粗糙度的最大推荐值。表面粗糙度值推荐值分为两列通过水力比能E进行划分各种类型的水力机械的边界值见表大致对应于中低比转速水力机械中高水头和高比转速水力机械低水头。原型表面粗糙度的应在加工完成后检查对涂漆或有涂层的过流表面应检查此条件下的表面粗糙度。可在某些部位对粗糙度提出特殊要求

以改善抗空蚀和疲劳强度此时粗糙度的选择与模型和原型间的尺寸相似无关。

, ( 。表2给出了所设计所有部件表面粗糙度的最大推荐值包括完工表面和最终涂漆表面见图1表2给出的最大推荐表面粗糙度不能保证流动为水力光滑。表2原型表面粗糙度最大推荐值机型部件m反击式水力机械轴流式转轮/叶轮叶片:活动导叶和扩散叶:蜗壳座环转轮室尾水管锥管和贯流式进水管见图:E1E1350235混流或者斜流式转轮/叶轮叶片:活动导叶和扩散叶:蜗壳座环包括多级水力机械的反导叶抗磨板和尾水管锥管:E1E1350235水斗式水轮机水斗内表面和喷嘴出口:喷嘴:分流管:E1E1250635图1低水力比能水轮机转轮叶片正背面最大推荐表面粗糙度示例PAGEPAGE490水力相似基本理论要求和相似数理论上为了获得两个水力机械A和B的水力相似这里A代表模型B代表原型宜满足下列条件:水力机械A和B几何相似;水力机械A和B运动相似在相似工况点各速度分量的比值相等;水力机械A和B动力相似作用在流体机械部件上各种力的比例相等。这些比值由无量纲术语定义并由相似数确定。表3列出了本文件中使用的主要相似数。表3主要相似数相似数符号)力的比值通用定义本文件中使用的定义雷诺数)惯性力/黏性力vLνD或ν ν见)空化系数)E与通用定义相同见)弗劳德数)惯性力/重力vL5E5或 E5见)韦伯数)惯性力/表面张力L2与通用定义相同见)ν注水力机械的相似数还包括欧拉数和斯特罗哈数欧拉数表示压力与惯性力的比值定义为L斯特罗哈数表示νt非定常运动中当地加速度与迁移加速度之比定义为Lt通常选择的试验条件不可能同时满足各种相似数。因此宜考虑对结果影响最大的相似条件。在大多数模型试验中不可能达到相应原型相似数。因此当将模型结果换算到原型条件时应对模型试验结果进行修正。如果模型性能数据时的雷诺数与规定雷诺数不同也应进行修正。本文件中采用的水力相似条件从上述基本要求中可知若满足下述条件则水力机械A和B在水力相似条件下运行:水力机械A和B满足4和2中规定的几何相似要求;两台水力机械在所有的相似点上相应速度分量的比值相同叶轮相应的速度三角形几何相似由其绝对速度圆周速度和相对速度定义。由此在相应的运行工况点两台水力机械具有相同的流量系数能量系数和空化因数见:相同的流量系数DA=DB;相同的能量系数DA=DB;相同的空化因数DA=DB;或相同的流量因数转速因数和空化系数见:相同的流量因数DA=DB;相同的转速因数DA=DB;相同的空化系数AB。这些系数和因数相等表明两台水力机械水力相似这对于根据第4章保证或规定的水力特性或数据非常重要。本文件未涵盖力学特性方面重要的其他相似条件例如流体弹性等。各种类型模型试验相似性要求表4说明了进行与原型结果相关的模型试验时宜满足的相似条件。不管进行何种类型的试验为了达到模型和原型水力相似应至少根据的要求满足流量水力比能或转速以及空化如果空化可能有影响的相似条件。5和6详细说明了本文件所涉及的各种相似条件的影响。表4各类模型试验的相似性要求反击式水力机械试验类型应遵守的相似条件和