确定水轮机绝对流量和绝对效率的新方法

一种新方法可将相对指标测试数据转换成绝对流量和绝对效率数据，而无需实际测量绝对流量，而且能在试验规范的不精确性限制内进行这种从相对到绝对的转换。此外，它是一种更加精准的办法，减少了相对形式下的相对指标测试数据。

转换相对数据的现有方法是首先计算绝对效率曲线。然后，设法校准相对流量测量系统，如温特-肯尼迪(Winter-Kennedy)测压计接头，以测量绝对流量值。这种新方法的特点是逆转该过程，通过先校准温特-肯尼迪接头，将相对流量读数转换成绝对流量值，再用这些数据计算绝对效率。

1 指标测试

指标测试是水轮机的相对效率试验。效率是相对的，因为体积流量是通过测量别的参数获得的，而该参数的测量又与实时条件或使用设备有关。这样一个通常来用参数的测量就是采用温特-肯尼迪测压系统。

相对指标数据可用于确定相对效率曲线，以及优化三维(3D)凸轮表面，输入到调速器，用以控制与导叶开度和水头相对应的转桨式水轮机叶片的倾斜角度。最近，一些专家开发了负荷分配计算机程序优化电站机组的总效率。然而，为能通过程序获得最大效益，机组的性能数据必须基于绝对流量和绝对效率。因此，对水轮机特性数据的精确度要求大大提高。遗憾的是，特别对于转桨式水轮机，绝对流量的测量技术极少，而且这些技术的使用都很昂贵和耗时。

过去，开发并使用过几项技术，应用水轮机模型数据将相对流量和相对效率数据转换成绝对数据。但是这些技术都没有达到新的负荷分配计算机程序所需的精度水平。因此，作者提出了一种新方法，它使用水轮机模型综合特性曲线(显示水轮机的综合性能)或其他相似的原型数据，将指标测试数据转换成绝对流量和效率数据。这种方法精度高，可以降低其相对形式的指标数据，并将相对数据转换为绝对数据，同时还可反映每台水轮机性能的个体差异。

2 常规的转换方法

采用水轮机模型综合特性曲线将相对指标数据转换成绝对数据的最常用方法，首先，对应于原型测试水头(和同步转速)，确定圆周速度系数Φ。然后，在水轮机综合特性曲线的X轴Φ上，模型的最高效率等于指标测试的最高相对效率。从这一点来说，可将相对效率数据转换为绝对效率数据。同时，由于相对效率等于温特-肯尼迪差的平方根，可确定最高相对效率点处差的平方根。于是，可用下式计算温特-肯尼迪标定常数(k)。

式中，Q为压力管道中的体积流量;k为温特-肯尼迪标定常数;D为两个测压头之间的压差。

当用于单台水轮机的数据时，此方法一般有3个偏差来源:①为了避免该方程中有两个未知数，必须假定固定和精确的平方根，指数值为0.5;②在综合特性曲线预测的功率下，最高相对效率可能不会出现，对于这种变化也没法计算;③一般不知道效率上升是否适合于水轮机模型综合特性曲线的效率值。

此外，由于此方法是为负荷分配计算机程序准备数据，其主要缺点是，它计算同类机组中各机组的最高绝对效率。

其他方法也提出了从相对到绝对的转换。然而，所有这些均为此基本方法的转化，偏差或不确定性的来源相同。

3 改进温特-肯尼迪标定方程式

开发此新转换方法的第一步是为温特-肯尼迪测压计使用新的、更准确的标定方程。温特-肯尼迪测压系统的原理于1933年提出，用于曲线或圆形路径中的流态，当径向距离加大时，角动量增加，使施加于外半径水流边界的力或压力因此而比施加于内半径边界水流边界上的大。

因此，蜗壳或半蜗壳外半径上测压计测得的压力将高于内半径所测的压力。如果这些测点位于液体旋转中心相同的径向平面上，则测压差D将正比于重量流率的平方，因此正比于体积流量Q的平方。这些测压计压力将随每个测压计接头孔口的速度头减少。但因速度头是速度平方的函数，因此也是体积流量平方的函数，测压差的平方根实际上仍与流量成正比。这些因素的结果产生了典型的标定方程Q=k(D)0.5。