向家坝巨型混流式水轮机运行稳定性研究

向家坝巨型混流式水轮机容量为当今世界之最。对于巨型水轮机来说,能量、空化和稳定性是关注的焦点和研究的重点。随着机组容量和尺寸的增大,机组振动问题对安全运行影响较大,在追求优良的能量和空化指标条件下,要求获得水轮机稳定运行范围宽的水力性能。本文重点分析向家坝巨型混流式水轮机能量、空化和稳定性,并把水力稳定性放在首位;同时展望我国巨型水轮机的发展方向。     

冷却塔用微型混流式水轮机水力损失分析

采用理论分析和计算流体动力学技术研究了500 t/h冷却塔专用低比转速水轮机的水力损失特性.通过研究发现,该水轮机的水力效率较低,水力损失耗散在引水部件内,其次是在转轮内,这是由于蜗壳流量系数和导叶内流速过高引起的.     

计及水力系统详细模型的多机系统暂态稳定计算

对水力系统模型的简化,是制约电力系统暂态过程仿真质量提高的主要原因之一. 建立了用于电力系统暂态稳定分析的复杂水力系统不同形式的数学模型,包括引水系统刚性水击模型和弹性水击模型以及水轮机线性化模型和非线性模型.通过对具有复杂水力系统的多机系统在大扰动下的过渡过程进行计算,分析了引水系统和水轮机不同模型对暂态稳定计算结果的影响.结果表明:水力系统的不同模型对多机系统暂态稳定计算的初始阶段影响不大;刚性水击模型与弹性水击模型下的变化曲线较接近;非线性水轮机模型与线性水轮机模型下的变化曲线在暂态过程中后期差别较大;简化模型过于简单,计算结果误差较大.     

抽水蓄能机组动能参数监测装置首次投运成功

ＸＤＪ- 0 2型蓄能机组动能参数监测装置首次在安徽响洪甸水电站两台抽水蓄能机组上投运成功 ,经验收技术指标优良 ,满足发电工况和抽水工况运行要求 .验收报告认为 :“经发电、抽水工况观测 ,装置工作正常 ,运行稳定 ,参数显示正确 ,没出现异常现象 .该装置于 2 0 0 0年 5月 31日正式移交响洪甸抽水蓄能工程筹建处投入使用 .”响洪甸抽水蓄能机组系由奥地利引进 ,埋设部件由东方电机厂制造 .水泵水轮机型号ＨＬＢ2 65ＬＪ -4 63,水轮机工况额定转速 1 50ｒ/ｍｉｎ ,水泵工况额定转速 1 50 / 1 66.7ｒ/ｍｉｎ,水轮机额定水头 4 5ｍ ,水轮机…     

灯泡贯流式电站机组及下游河道的水力过渡过程计算

针对灯泡贯流式电站水头低、流量大的特点，作者建立了水轮机的边界方程和尾水管出口与下游河道入口的边界方程，对甩负荷后机组及下游河道的水力过渡过程做了联合计算，实现了电站水力过渡过程计算研究中将水力与机械、有压流与无压流统一分析。实例计算表明：与假定尾水管出口水位恒定相比，结合下游河道非恒流时，机组转速最大上升率和导叶前最大水压力增大3％、4．2％，尾水管进口最小水压力减小达31％，对最大正、反向水推力的影响不大。     

利用功率扰动辨识水电站水力系统模型

结合某抽水蓄能电站机组现场试验,利用功率扰动下实测数据进行具有复杂输水系统的大型机组水力系统模型辨识.该辨识方法输入信号通过调整调速器给定功率获取,并不影响机组的正常试验和运行.使用增广最小二乘法进行辨识计算,利用先验知识检验、阶跃响应检验和残差白噪声检验三种方法对辨识结果进行验证.结果表明,所得辨识模型可信,利用功率扰动辨识水电站水力系统模型的方法可行.     

超长引水隧洞水电站调压室水力设计的探讨

基于超长引水隧洞水电站调压室最高涌浪限制值取决于蜗壳压力控制值这一前提,根据阻抗式、阻抗上室式和简单上室式调压室在机组甩负荷时水位波动的显示计算公式,分别推导了这3种型式调压室水力设计相关参数之间的关联表达式,同时引入临界值的概念,明确了上述3种型式调压室的适用条件.且将关联表达式应用于工程实例,进行了调压室型式的选择与水力设计参数的优化选取,探讨了超长引水隧洞水电站调压室水力设计的方法,得到了不同调压室在满足最高涌浪限制值要求时各自体型参数的选取依据.     

双机组十字叉型立轴潮流能水轮机性能分析

为研究传统H型立轴水轮机的一种改进形式即双机组十字叉型立轴潮流能水轮机这种新型水轮机的水动力性能,采用ANSYS-CFX模拟水轮机不同的运行工况,对比分析双机组十字叉型水轮机和单机组H型水轮机的水动力性能.结果表明:双机组水轮机比单机组水轮机效率提高将近10%;对于涨潮和落潮两种不同运行工况,双机组水轮机的效率变化不大;十字叉型水轮机的推力、侧向力和力矩平均值和H型水轮机相等,但其波动幅值远小于H型水轮机的波动幅值,这对水轮机的结构安全、疲劳寿命会产生有益的影响.因此双机组十字叉型水轮机比H型单机组水轮机有明显优势,既能提高水轮机发电效率,又能保证水轮机运行寿命.     

基于性能预测的水轮机更新改造水力优化(英文)

介绍一种用于老电站水轮机更新改造中的水力优化设计方法,即基于全流道三维粘性流场数值模拟的性能预测评估的数字化优化设计方法。该方法能够在大部分部件不变的情况下,考虑在水轮机改造过程中的诸多约束条件和更新改造的目标的条件进行优化设计。利用多工况性能预测便于优化需要改造的过流部件并与不更新的部件保持良好的匹配性,使得更新改造后的水轮机能在更宽广的范围内高效运行。与传统模型试验方法相比,降低了研发成本。文中的方法已用于映秀湾电站的水轮机改造,证明是可行的,其优化设计方法可用于老电站水轮机更新改造的目标制定,并且是研发成本和缩短周期的有效技术途径。     

水电机组水力系统和调速器控制规律对电力系统稳定的影响

水电机组的动态过渡过程是一个水力系统、机械系统和电气系统间的相互影响、相互制约的复杂过渡过程.通过对水电机组复杂非线性模型的仿真研究,探讨了水电机组引水系统的水击效应和水轮机调速器控制规律对电力系统稳定的影响.研究结果表明:由于水击作用的影响,原动机的自动调节会恶化系统阻尼,使转子摇摆曲线的衰减速度明显减慢,水轮机调速器的微分作用对单机-无穷大电网的稳定是不利的,并入电网运行的水电机组调速器应采用PI控制规律.     

海流能水轮机模拟研究

为了实现海流能发电的实际工况模拟,分析了直流电动机与水轮机的运行机理,探讨了二者的功率及转矩特性,设计了控制直流电机的电流转速双闭环控制策略,并利用Matlab/Simulink搭建了水轮机模拟仿真系统,完成了固定流速、缓慢增速和随机流速3种典型工况下的系统仿真实验。实验结果表明,电流转速双闭环的直流电动机控制系统可准确模拟水轮机的主轴转矩,适用于实验室条件下对海流能发电机的测试。     

PID控制系统的二次参数优化

针对PID控制系统固有的单自由度控制方式的弊病,讨论了其参数优化模式之间矛盾产生的机理,并结合水轮机调节系统参数寻优的仿真试验,提出了首先通过给定值跟随优化模式确定KP参数,再通过扰动抑制优化模式确定KI、KD参数的二次参数寻优法.仿真结果证明该方法可以很好地缓解控制系统稳定性与抗负荷扰动能力的矛盾,对于兼顾给定值跟随和扰动抑制这两个控制目标,是可行和有效的.     

基于恒压液压系统的ZL50装载机节能技术

为解决ZL50装载机油耗高的问题,构建了新的液压系统.首先阐明了恒压液压系统的节能原理,引出一种新型二次调节元件--液压变压器.随后建立液压变压器排量及压力的数学模型,并在液压变压器配流盘控制角-90°～90°内仿真,分析其排量与压力特性.在此基础上构建装载机新的液压系统,分析其工作过程并与原液压系统比较,得出其节能原...     

ASIC-PLC全数字式水轮机调速器

为了提高水轮机调速器的可靠性，对全数字式水轮机调速器进行了研究，它以可编程控制器（PLC）为基础，结合专用集成电路技术（application specific integrated circuit，ASIC）进行测频和位移测量，同时采用一个全数字式的液压控制系统--数字阀插装阀并联液压控制系统，从而构成一个真正的全数字式水轮机调速器，即从信号的采集到控制的输出全部实现了数字化.在水轮机调速器半物理仿真实验台上进行了实验.结果表明，它的控制性能良好，可以满足水轮机对调速器的要求.     

在线学习自适应模糊控制器在水轮机调节中的应用

针对水轮发电机组系统具有时变非线性,传统的控制方法很难达到最优控制的特性,提出采用基于RBF神经网络和遗传算法的自适应模糊控制器来控制水轮发电机组运行.模糊控制器的比例因子、模糊推理规则和隶属函数由遗传算法在线寻优.由RBF神经网络进行被控对象的动态特性模型辨识,以评价模糊控制器控制性能.仿真实验表明,控制效果良好,特别在变工况和扰动情况下优于最优PID控制.     

水轮机全三维粘性大涡模拟数学模型研究

采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动特性进行计算。结果表明,转轮计算流场分布与实际情况吻合,在部分负荷工况下,叶片出水边存在脱流现象,造成叶片出水边表面出现负压。尾水管直锥段和弯肘段在部分负荷工况下存在较强的旋流,在轴心线附近存在回流现象,并成功地模拟了尾水管中的涡带现象,与实际观测结果一致,该涡带频率为机组旋转频率的三分之一左右,振幅较大,属于低频大幅值性质,是引起机组振动的根源之一。     

大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。     

长引水系统水电站水力过渡过程仿真分析

针对长引水系统水电站在负荷变化时的安全问题,以压力管道非恒定流微分方程和特征线法为基础,基于MATLAB平台中SIMULINK方法,建立了一管四机的长引水系统水电站数值仿真模型,并对木扎提水电站水力过渡过程进行了仿真模拟,确定了调压室最高、最低涌浪,机组最大转速上升率及蜗壳进口最大压力。结果表明:在不同机组组成的电站系统中,大机组是水力过渡过程中的控制因素。     

改进BP神经网络在水轮机特性数据处理中的应用

针对原有的水轮机特性数据处理方法的不足,提出了一种改进的BP算法对水轮机特性数据进行处理.采用改进BP神经网络算法进行数据处理时,不需要依赖于具体的函数关系表达式,即可对已知离散数据进行拟合,并将提出的改进BP算法与元胞自动机理论所建立模型的计算结果进行了分析比较.计算结果表明:改进的BP神经网络算法不仅能够有效处理水轮机特性数据,而且具有很高的计算精度,可应用于水轮机的控制和优化运行当中,为进一步研究水轮机的运行性能奠定了理论基础.     

基于CFD的液力变矩器导轮优化设计

基于CAD-CFD,分析影响液力变矩器整体性能的因素并进行优化。首先使用BladeGen对液力变矩器进行参数化造型,基于CFX软件对不同速比工况进行计算,统计液力变矩器性能变化曲线并与试验对比。分析导轮能头分布特点,并根据流场分布对导轮进行结构优化,使内、外环上导轮翼型结构分别适应不同的速比工况,最终实现对低速比工况时导轮能头损失的优化,优化后涡轮输出力矩增量最大达到175.36 N·m,液力变矩器在0速比工况下变矩比增加0.344,效率在0.274速比工况下增加2.95%。