DL446 1991水轮机模型验收试验规程2

 

4.6为观测水流流态，模型部件局部可用透明的非金属材料制作，但必须保证部件表面的

粗糙度及加工精度，并有足够的刚度。

4.7叶片可转动的水轮机，在改变叶片放置角度时，必须保持叶片轴线位置不变动，也不

。

4.8模型机组各通流部件的连接处，须保持表面平整、光滑。

4.9模型水轮机组，必须按照设计图纸检查通流部件的几何形状及尺寸，并记录在案，几

何形状及尺寸的检查是模型验收试验的一项重要要求。如尺寸有变化，则按模型验收试验时

的几何形状及尺寸作为检查原型水轮机几何相似的依据。

4.9.1检查蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、转轮室及尾水管的主要尺寸。检查固定导叶、

活动导叶及转轮叶片的数量。检查转轮间隙和导叶间隙。检查冲击式水轮机的水斗及机壳的

主要尺寸，并检查水斗和喷嘴的数量。

4.9.2转轮的型线及尺寸检查：

    a．混流式水轮机，用测绘仪或样板至少检查叶片上、中、下三个断面的进出口形状及开口尺寸（图7、图8）。检查转轮进出口中间截面处的叶片安放角度（表5、表6）。

    b．轴流式水轮机，用测绘仪或样板检查叶片进口翼形。检查叶片至少四个截面处的型线。检查所选定的截面厚度至少要有5～7个测点（表7）。

    c．斜流式和贯流式水轮机转轮的检查与轴流式相同。

    d．冲击式水轮机，用样板检查水斗的两个截面。测定水斗相对于径向方向的倾斜角度。

用样板检查喷嘴和喷针的形状（表8）。

    e．用户提出的其他检查项目。

    (表2～表8的项目符号参照图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10)。

图6

图7

图8

图9

图10

表5  混流式水轮机模型转轮检查部位及允许偏差

	允  许  偏  差
项    目	平均值%	单个值%	备    注
DI, D3   D2, /)4   Ds, D6 hi, h2, h3	士0.20     士0.25       士0.50	士0.40     士0.35       士0.75	对所在圆直径的比值 按加工图检查

 

表6混流式水轮机模型转轮径向和端面跳动检查部位及允许值

项    目	跳动值%	备    注
A     B     C	0.2     0.1     0.01	对所在圆直径的比值

 

表7轴流式及斜流式水轮机模型转轮检查部位及允许偏差表

项    目	允许偏差%	备    注
DI D2, D3. D4     D5	按转轮室尺寸根据表6确定     士0.1       土0.250	按加工图检查

 

表8  水斗式水轮机转轮模型检查部位及允许偏差表

项    目	允许偏差%	备    注
B1     T     Lb	土l     士10     土l	对设计最大厚度的比值     相对B．的比值

 

4.10样板或其他特殊量器具由模型水轮机制造单位提供。样板要根据允许的误差（不大于叶片型线误差）进行检查。

5模型试验保证值的验证

    验证试验前制造厂应提供验证需要的各种资料，包括综合特性曲线，各导叶开度的r1钡，zl，）曲线，fI项o）的曲线，飞逸转速特性曲线及等水压脉动线以及其他验证有关的曲线和数据。

5.1效率与功率保证：验证水轮机的最高效率、最高水头、设计水头、额定水头及最低水头各工况下的效率、功率以及加权平均效率。

5.2效率及功率保证值，一般应在电站装置气蚀系数条件下进行验证。经用户同意也可以在无气蚀条件下进行验证。

5.3如果用模型水轮机效率换算为原型水轮机的效率时，应按合同中规定的公式进行。如合同中未规定换算公式及办法，建议用下述公式进行换算：

    轴流式水轮机用胡顿(Hutton)公式

    l--r/m-o．Ⅲ．7[篑㈢“2]l／5

    l一即m    (1)

    其效率修正值按下式计算

    Up=rim+△叩

    △刁：o一刁。，。。）[．一o．3一o．7(毒]¨5(每]¨10]}

混流式水轮机用莫迪(Moody)公式

    1-- F]m：K时

    l一叩。

其效率修正值按下式计算

，7p=刁。+△

At/= KO-r/。，。ax 1

式中取K=0.5～1.0。

    冲击式水轮机则按下式

   

                                                 

以上式中  n。，。‘．—-模型水轮机最高效率，%；                           (5)

                 np-一原型效率，%；

                 nm-一模型效率，%；

                 Dp_一原型转轮直径，m；

                 Dm一模型转轮直径，m；

                 Hp —原型净水头，m：

                 Hm-一模型净水头，m；

                 Y p一原型液体的动力粘滞性系数，m2/s；

                 Ym一模型液体的动力粘滞性系数，m2/s。

5.4水压脉动保证：根据合同规定，验证水压脉动特性及其振幅和频率。

5.5气蚀保证：根据合同中规定和用户要求的工况点，验证装置气蚀系数，临界气蚀系数

及初生气蚀系数，给出相应的气蚀照片，并用草图描述其部位及形态。

5.6  由模型试验得出的每个试验工况点的数据，如换算到原型水轮机的流量Qp、功率Pp

及转速，Np，可按下列公式进行

    鳞：瓯（玎（矧2    ㈣

。：厶（玎（矧2

圹‰（玎㈦

(8)

6模型验收试验各种参数测量及误差

6.1  流量测量方法及误差

6.1.1流量测量方法：

    a．原级法：称重法、容积法。

    b．次级法：电磁流量计、涡轮流量计、文德里管及量水堰等。

6.1.2采用称重法或容积法时向称重容器内或容积池内充水时间不得少于lOOs。分流装置

的切换和充水计时要准确。

6.1.3采用电磁流量计、涡轮流量计、文德里管及量水堰测量流量时，流量计须用原级法进

行原位率定。

6.1.4流量测量的误差（fq）：

    称重法要求测量误差小于±0.15%；

    容积法要求测量误差小于±0.20%；

    电磁流量计及涡轮流量计要求测量误差小于±0.25%；

    文德里管及量水堰要求测量误差小于±0.35%。

6.2水头测量方法及误差

6.2.1  水头测量可用压力传感器、差压传感器、旋转活塞压力计及其它高精度的水头计。

6.2.2水头测量的误差(fH)要求小于±0.1%。

6.3功率测量方法及误差

    模型水轮机的输出功率一般是以测功装置测量水轮机轴的力矩和转速来实现的。

    Po=Mto    (9)

式中Po--模型水轮机轴的输出功率；

    M一模型水轮机轴的力矩；

    ∞——模型水轮机旋转的角速度。

6.3.1功率测量可用测功电机、扭矩仪及其他测功装置。测功装置应有良好的稳定性和具有

较高的灵敏度。

6.3.2测功臂要求用受外界温度影响较小的金属材料制作。臂长测量的误差（fl）应小于±

0.02%。如受外界温度的影响臂的长度变化较大时，应按材料的膨胀或收缩系数进行修正。

6.3.3测量力矩的平衡力，用国家级标准砝码或经过率定的电气负荷传感器均可。平衡力测

量的误差fp’）要求小于±0.12%。

6.4  转速测量方法及误差

6.4.1  转速测量的一次信号装置必须与模型水轮机轴刚性连接，并确保无相对运动。

6.4.2转速测量，可用电磁感应或光电脉冲发生器，以及其他转速测量仪器。

6.4.3在转速测量过程中，转速波动值不得大于±0.25%。

6.4.4测量飞逸转速时，一般应使主轴与测功装置脱开，或者在不脱开情况下调整轴端负荷

力矩为零。

6.4.5转速测量的误差(fn)要求小于±0.1%。

6.5其它测量参数及误差

6.5.1  吸出高度测量：测量误差一般要求小于±0.2%。

6.5.2大气压测量：测量误差一般要求小于±0.2%。

6.5.3真空度测量：测量误差一般要求小于±0.2%。

6.5.4水温测量：测量误差一般要求小于±0.2℃。

6.6水轮机模型效率(Tm)

    模型效率根据所测量的各项参数，如水头、流量、力矩及转速等以下式表示

    M∞Pt'Ln：K旦堡

  ”等=羞30

    Q以  30)~Hn旭风    (lo)

式中K= 3r30:

    M=P'L

    P’——测功机力矩平衡力，N：

    L——测功臂长度，m；

    n一水轮机转速，r/min；

    Hn--试验净水头，m；

    Q一水轮机的流量，m3/s;

    ym水的重度，N/m3。

6.7试验参数测量的综合误差

    综合误差应包括系统误差和随机误差两部分：系统误差取决于测量方法及测量仪表的率

定结果：而随机误差则按通常的统计学原理确定应有足够多的观测次数，以使随机误差减少

到可能的最小值。

    模型效率的系统误差∞。）。以下式计算

    （乜）。=±  ；+刀+力+彳+刀    (ll)

式中fq--流量的相对误差，矗=龛笋：

    fh—一净水头的相对误差，厶=令篆L；

    fp’——平衡力的相对误差，办，=今}；

    fn一转速的相对误差，垒竺；

    fl一力臂的相对误差，^=令刍。

    模型效率的随机误差为但。）r应小于±0.1%。

    水轮机模型效率的综合误差（相对不确定度）以系统误差和随机误差的方和根求出：

    f=    A，7m=±厄）：+(E。)：                       (12)

   

6.8水轮机气蚀系数(o)

  水轮机气蚀系数o按下式计算

仃：鱼二鱼a一九一日s

    日。

式中ha一大气压，mH20；

    hva一水的饱和汽化压力，mH20；

    havt--广尾水管出口水面上的真空度，mH20；

    hs一吸出高度，mH20。

6.9气蚀系数测量误差(fo)

    气蚀系数测量误差(to)以下式计算

厶：垒三：±                   (13)

式中fa--大气压的误差，一般要求不大于±0.2%1

    fva---水的汽化压力的误差，一般要求不大于±0.2%；

    fvt一尾水管出口水面上真空度的误差，一般要求不大于±0.2%；

    fs一吸出高度的误差，一般要求不大于±0.2%；

    fhn--试验净水头的误差，一般要求不大于±0.5%。

6.10在验收试验前后对主要测量仪表均应进行原位率定。在验收试验过程中，如果用户对

测量精度提出质疑时，试验方应重新进行检查和率定。

    水银重度随温度的变化，水的汽化压力随温度的变化，水的重度随纬度、温度及海拔高

度的变化，水的动力粘性系数随温度的变化以及重力加速度随纬度及海拔高度的变化等的修

正值，参照表9、表10、表11、表12及表13。

表9  水银重度随温度变化的修正值

温  度  ℃	0	5	10	15	20
重度kgf/m3	13596	13583	13571	13559	13546
温  度  ℃	25	30	35	40	45
重度kgf/m3	13534	13522	13509	13497	13485

 

注: 1 kgf/m3≈9.8N/m3。

表10  水的汽化压力随温度变化的修正值

温  度     ℃	汽化压力     mH20	温  度     ℃	汽化压力     mH20	温  度     ℃	汽化压力     mH20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	0.0623 0.0670 0.0719 0.0772 0.0829 O.0889 0.0953 0.1021 0.1093 0.1170 0.1252 0.1338	12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23	0.1430 0.1527 0.1630 0.1739 0.1855 0.1977 0.2106 0.2243 0.2387 0.2540 0.2700 0.2870	24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35	0.3049 0.3238 0.3437 0.3647 0.3867 0.4100 0.4344 0.4601 0.4871 0.5155 0.5454 0.5767

 

注：1mH20≈9.8kPa。

表11  水的重度(Y)随纬度、温度、海拔高度变化的修正值[(kgf/m3)

	温    度    ℃
纬  度	0	4	10	20	30	40
海平面     0     10     20     30     40   接近45     50     60     70     l000m     O     10     20     30     40   接近45     50     60     70     2000m     0     10     20     30     40   接近45     50     60     70     4000m     0     10     20     30	996 996 997 997 998 999 999 1000 1001   996 996 996 997 998 998 999 1000 1000   996 996 996 997 998 998 999 1000 1000   995 995 996 996	996 996 997 997 998 999 999 1000 1001   996 996 997 997 998 999 999 1000 1000   996 996 996 997 998 998 999 1000 1000   995 995 996 997	996 996 996 997 998 998 999 1000 1001   996 996 996 997 998 998 999 1000 1000   995 996 996 997 998 998 999 1000 1000   995 995 996 996	991 995 995 996 997 997 998 998 999   994 994 995 995 996 997 997 998 999   994 994 995 995 996 996 997 998 999   993 994 994 995	992 992 992 993 994 994 995 995 996   992 992 992 993 994 994 995 996 996   991 992 992 993 994 994 994 995 996   991 991 992 992	988 989 989 990 990 991 991 992 993   988 988 989 989 990 991 991 992 993   988 988 989 989 990 991 991 992 993   988 988 988 989

 

 

40	997	997	997	996	993	989
接近45	998	998	998	996	994	990
50	998	998	998	997	994	990
60	999	999	999	997	995	991
70	1000	1000	1000	998	995	992

        表12  水的动力粘性系数（u）随温度变化的修正值

水  温     ℃	动力粘性系数v     ×106m2／S	水  温     ℃	动力粘性系数y     ×106m2／S
O     5     10     15	1.787 1.514 1.304 1.137	20     25     30     35	1.002 0.891 0.798 0.645

         表13 重力加速度（g）随纬度及海拔高度变化的修正值

	平均海平面以上的高度m
纬  度	0	1000	2000	3000	4000
0 10 20 30 40 50 60 70	9.780 9.782 9.786 9.793 9.802 9.811 9.819 9.826	9.777 9.779 9.783 9.790 9.799 9.808 9.816 9.823	9.774 9.776 9.780 9.787 9.795 9.804 9.813 9.820	9.771 9.773 9.777 9.784 9.792 9.801 9.810 9.817	9.768 9.770 9.774 9.781 9.789 9.798 9.807 9.814

 

7模型验收试验程序

7.1能量试验

7.1.1  效率及功率试验，一般选取额定工况导叶开度ao=40%～110%的范围。导叶开度间隔

为10%左右。根据用户的要求也可以扩大试验范围。

7.1.2至少选定2个导叶开度的r1=J(nl’)曲线进行重复验证，其中1个导叶开度在最优效

率区，其他需要验证的工况由用户在综合特性曲线上选定。

7,1.3叶片可转动的水轮机，叶片转角间隔定为5。，对最优效率的转角及水电站的额定工

况点、设计工况点要进行重复验证。

7.2气蚀试验

7.2.1  除用能量法（即外特性法）来确定临界气蚀系数(Qc)外，同时用闪频仪观察初生气蚀系数、电站装置气蚀系数和临界气蚀系数时的叶片上气泡发生的部位及发展过程，并描绘其气泡覆盖面积、长度及气穴特征，并进行摄影。初生气蚀系数(o i)根据气泡发生情况可由双方协商确定。

7.2.2气蚀特性试验的曲线以横坐标为气蚀系数o，纵坐标为水轮机效率T1，单位功率P1’

及单位流量Ql’，绘制出以下三条曲线。

    P1’=(fo），效率与气蚀系数曲线：

    Pl’=(fo），单位功率与气蚀系数曲线；

    Q1’=(fo），单位流量与气蚀系数曲线。

7.2.3临界气蚀系数(o。)的选取，建议以n项o）线为主，并参考尸1 7项o）线及QI’顸o）线。

7.2.4临界气蚀系数(o。)的确定可参考以下办法，在合同中应明确规定。

    0C

图11

图12

    图13

    a．与无气蚀工况效率相比，效率开始变化时的气蚀系数，见图11。

    b．与无气蚀工况效率相比，效率降低1%时的气蚀系数，见图12。

    c．无气蚀工况的效率线与效率急剧下跌线交点处的气蚀系数，该下跌线系由至少三个测点连成的直线，见图13。

    d．也可按双方协商的其它办法选取。

7.3验证飞逸转速特性，一般应在电站装置气蚀系数条件下进行。

7.4验证水压脉动特性，应以尾水管上商定部位的水压脉动为主。根据合同要求也可以验

证蜗壳、顶盖等部位的水压脉动幅值及频率。

7.5验证力特性主要包括轴向水推力、导叶总水压力及水力矩的特性。叶片可转动的水轮

机还应验证叶片所受的最大扭矩。

7.6本规程中未说明的项目试验办法、精度要求，可由合同（协议）双方协商确定。

8模型验收试验的组织等事项

8.1  模型验收试验时按合同规定，应由用户组成验收小组。承担模型验收试验的一方负责

试验事宜。制造厂应派出技术人员负责解答有关的技术问题。必要时可以聘请各方同意的监

督和仲裁人。

8.2验收试验大纲与试验工作日程由双方协商确定。

8.3验收试验大纲应包括以下主要内容：

8.3.1模型验收试验台的具体要求；

8.3.2模型验收试验项目；

8.3.3模型水轮机组的检查及测量仪器率定；

8.3.4各项验收试验工况点的选定：

8.3.5要求完成的验收成果，包括各种特性曲线、数据、图表和通流部件的几何形状及尺寸。

8.4验收试验报告一般应包括以下主要内容：

8.4.1有关模型验收试验的各项记事、文件及资料；

8.4.2验收试验项目；

8.4.3参加验收试验人员名单；

8.4.4试验台及模型水轮机组的说明；

8.4.5进行试验的过程及测量仪器率定方法的介绍；

8.4.6至少有一个测程从原始数据至最终结果的详细计算例子；

8.4.7测量仪表的率定，各种试验参数测量误差的分析；

8.4.8试验成果及其评价；

8.4.9经双方签字的验收试验结论；

8.4.10双方负责人在报告上签字。

附加说明：

本标准由能源部水电站水轮机标准化技术委员会提出并归口。

本标准由水利水电科学研究院水力机电所负责起草。

本标准主要起草人：王钟兰。中华人民共和国电力工业部

 

1795