一种新型斜击式水轮机的开发与性能分析研究

提出了一种新型的斜击式水轮机的结构,并完成了总体结构布置设计。在结构上增加了喷嘴数目,提高了斜击式水轮机的出力与比转速,同时由于喷嘴数的增加又会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率,因此本研究采用CFD技术对双喷嘴斜击式水轮机转轮内部流动进行数值模拟,通过斗叶与喷嘴之间的相互流动计算结果分析,优化得出转轮斗叶数以及双喷嘴斜击式水轮机转轮的最佳斗叶木模型线,得到斗叶接受射流全过程的速度、压力分布以及水流迹线,两个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。为这种新型的斜击式水轮机的推广应用,电站运行提供了参考依据。     

巴基斯坦N-J项目低比转速水轮机转轮水力优化设计

论述了低比转速水轮机采用长短叶片转轮的优点及转轮水力设计要点,针对巴基斯坦N-J项目的水力设计参数采用三维流体计算软件改型优化设计了A351d转轮,并分析了改型后A351d转轮在两个重要非设计工况点的流线、压力分布.模型验收试验结果表明,A351d转轮各项性能指标优异,满足标书要求.     

水力机械转轮叶片建模技术研究

为提高水力机械转轮叶片设计与加工的准确性,针对传统工程图中采用二维木模图表示的叶片与生产实体存在不一致且不能满足数字化设计与制造的要求,基于目前广泛应用的三维造型软件及造型方法的比较分析,提出了转轮叶片的变量技术造型方法.通过设计实例得到了木模图表示的真实准确的三维叶片,表明变量化造型技术的应用及水力机械转轮叶片数字化建模可明显提高叶片实体精度,为水力机械CAM实现、内部流场的数值模拟及性能预测提供了实际应用参考价值.     

双喷嘴斜击式水轮机内流场分析

为在转轮直径变化不大的基础上提高斜击式水轮机的出力与比转速,在设计时常采取增加喷嘴数,改变机组布置形式.但喷嘴数的增加易引起斗叶内部流动和射流之间的相互干涉,影响机组效率.利用CFD技术对双喷嘴斜击式水轮机进行流场分析,通过不同斗叶接受喷嘴出口射流的流动计算及结果分析,优化得出转轮斗叶数为20个时双喷嘴斜击式水轮机的最佳斗叶木模型线,并得到斗叶接受射流全过程的速度、压力分布、水流迹线及两个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况.可为斜击式水轮机的推广应用、电站运行提供参考依据.     

反转叶轮风力机非定常尾流对下游环境的影响

针对传统单转轮风力机设计,研发了用于减小湍流尾流影响、抗台风的新型两级双转轮风力发电机组,探讨了风力机非定常尾流对下游环境的影响,井设定了一个包括地面境界层在内的大空间计算域进行离散数值解析.研究结果表明,两转轮在不同转动位置时压力分布呈规律性动态变化,湍流影响比传统单轮小,动力特性好.     

混流式水轮机转轮的计算机设计研究

概要介绍混流式水轮机转轮计算机设计的水力设计方法,其一般原理同样适用于离心泵和混流泵叶轮的设计。     

基于固液两相流动的低比转速混流式水轮机转轮内部流场模拟

以云南省境内某调峰调频电站的低比转速混流式HLA351水轮机为原型,利用软件Pro/E对其转轮进行三维实体建模,采用混合四面体非结构网格对转轮模型进行网格划分,以固液两相流动数学模型为理论基础,将完成网格划分工作的转轮模型导入Fluent软件,采用SIMPLE算法,在笛卡尔坐标系中利用κ-ε-Ap两相紊流模型分别对仅有主叶片的水轮机转轮(长模型)以及主、副叶片结合的转轮(混合模型)在含沙水两相流动时的内部流场进行三维定常数值模拟。结果表明,混合模型转轮内流速和压力的分布相对于长模型更合理,从转轮进口到出口,速度差和压力差均较大,转换成旋转机械能的水能所占比重更大,水轮机效率更高,且相同部位上混合模型遭受磨损的情况更轻、性能更优。     

混流式水轮机转轮叶片应力与机组出力的关系

本文给出了混流式水轮机转论叶片应力与机组出力的两次实权的动态测试结果.混流式水轮机转轮叶片的平均应力均随机组出力的增加而增大;两者成线性关系.动应力一般不超过平均应力的20%.     

白市水电站水轮机模型验收试验

在对列宁格勒金属工厂水力试验台进行介绍的基础上,介绍了白市水电站水轮机模型转轮验收试验的主要项目和具体过程,并对试验结果和PO55转轮性能进行了分析评价.     

轴流式转轮叶片水力设计CAD系统

为提高轴流式转轮叶片水力设计的精度和速度,开发出水力设计CAD系统.介绍了开发工具的选取及开发思路、软件系统各模块的主要功能及其关系;针对某电站具体水力参数给出了用开发的CAD软件设计叶片的实例.结果表明：方法正确可行,编制的CAD软件可靠、快速、准确、界面友好.     

中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性

中小型水电站技术改造是水电事业发展的重要组成部分 ,本文通过对我国中小型水电站发展现状的论述 ,分析了在中小型水电站技术改造中水轮机转轮改型设计的必要性和可行性 ,并介绍了当前水轮机转轮设计、测试和制造方面的新技术。     

水轮机调整器并联型液压控制系统

在详细分析水轮机调速器流压控制系统的结构和工况的基础上，提出了一种新型的水轮机调速器液压控制系统，水轮机调速器并联型液压控制系统。它由1个可连续调节流量的小流量阀和1个开关型的大流量阀构成的并联系统完成自动调节控制。对它的控制策略及稳定性进行了分析，并对比例阀和方向阀并联系统进行了讨论。     

机组转动惯量GD2的取值及对水电站过渡过程的影响

论述了水轮发电机组转动惯量的初步计算方法，说明转动惯量的优化应该结合导叶关闭规律优化及其他优化措施一起完成。通过对水电站过渡过程中机组转动惯量与转速上升率和调节时间的敏感性分析，发现转动惯量存在临界点，并且后者的临界值小于前者，验证了导叶关闭规律优化中尽量用足机组转速上升率的合理性。     

水轮机节能技术在石化行业循环水冷却塔中的应用

水轮机利用循环水泵的富余扬程带动风机运转,以取代风机电机,实现节能的目的。以高效反击混流式水轮机在青岛石化循环水冷却塔中的应用为例,通过监测单开水轮机风机或电动风机时循环水的温降程度,来对比两种风机的运行效果,并在维持系统管网压力、流量不变的条件下,监测水轮机风机正常运行、转速减半、停运至系统稳定,以及重开风机系统、恢复稳定状态下的运行数据,测试水轮机风机运行对循环水系统的影响,从而验证水轮机节能技术的应用效果及经济效益。结果证明,循环水系统存在富余能量,水轮机利用该富裕能量带动风机运转,不增加循环水系统新的能耗;且水轮机风机降温效果与电动风机相当,可替代电机风机运行,满足精细化操作需要。采用水轮机运转风机,可优化循环水系统配置,减少维护保养费用,经济效益较高,具有较好的推广价值。     

基于模糊小脑模型的水轮机调速控制

水轮机调速器是控制水轮机输出机械功率的关键设备．是水轮发电机组控制的重要内容。针对非线性复杂时变水轮机调速器．研究了一种模糊小脑模型关节控制器,该智能控制器是一种模糊逻辑与小脑模型关节控制器的结合,集中了二者的优点和长处。分析了该控制器的结构、具体实现以及学习优化。仿真实验表明该智能控制器的实际效果良好。     

Counter-rotating type pump-turbine unit cooperating with wind power unit

This serial research proposes the hybrid power system combined the wind power unit with the counter-rotating type pump-turbine unit,to provide the constant output for the grid system,even at the suddenly fluctuating/turbulent wind.In this paper,the tandem impellers of the counter-rotating type pumping unit was operated at the turbine mode,and the performances and the flow conditions were investigated numerically and experimentally.The 3-D turbulent flows in the runners were simulated at the steady state condition by using the commercial CFD code of ANSYS-CFX ver.12 with the SST turbulence model.While providing the pump unit for the turbine mode,the maximum hydraulic efficiency is close to one of the counter-rotating type hydroelectric unit designed exclu-sively for the turbine mode.Besides,the runner/impeller of the unit works evidently so as to coincide the angularmomentum change through the front runners/impellers with that through the rear runners/impellers,namely to take the axial flow at not only the inlet but also the outlet without the guide vanes.These results show that this type of unit is effective to work at not only the pumping but also the turbine modes.     

风力机模拟平台的MPPT快速响应控制方法

作者开发了一种新的MPPT(Maximtm Power Point Tracking，MPPT)控制方法，和以往的MPPT、控制方法相比，主要不同之处是：(1)追踪步长根据风速的变化而变化，即变扰动MPPT控制方式；(2)为了消除逆变器死区所造成的风力机功率波动影响，MPPT控制周期和发电机的转速是同步的；(3)利用电磁转矩对风力机转速实行完全控制，即在适当的时候，给风力机提供能量使其加速，使风力机转速能跟踪快速变化的风速；(4)在MPPT的输出端使用低通滤波器来平滑风力机转速控制的指令值。采用风力机模拟平台的实验结果表明，该方法可以跟踪0．2Hz快速变化的风速，和传统的MPVT控制方法相比，当风速快速变动时，可以显著增加发电量，从而提高了风力发电的效率。     

叶片前缘偏转对H型垂直轴水轮机性能的影响

为提高传统直叶片升力型（H型）垂直轴水轮机的获能效率,提出一种带前缘可偏转叶片的新型垂直轴水轮机,利用计算流体力学（CFD）方法,结合重叠网格和动网格技术对这种新型垂直轴水轮机叶轮的水动力性能进行系统的数值模拟计算,分析不同叶尖速比下带前缘偏转叶片的垂直轴水轮机绕流流场,从而探究前缘偏转角度和偏转长度对这种水轮机动力性能和获能效率的影响规律。结果表明,根据叶片旋转到不同位置时实施前缘偏转可改变来流攻角从而减缓或抑制叶片吸力面的流动分离,有效改善其动态失速特性,进而使H型垂直轴水轮机的水动力性能和获能效率得到明显提升。研究发现,低叶尖速比下这种改善效果最为显著,可拓宽H型垂直轴水轮机高效运行的工作范围。     

风力发电的MPPT快速响应控制方法

为了提高风力发电的能量转换效率，根据风车的空气动力特性，要用到最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制方法。作者开发了一种新的MPPT控制方法，和以往的MPPT控制方法相比，主要不同之处是：(1)追踪步长根据风速的变化而变化，即变扰动MPPT控制方式；(2)为了消除逆变器死区所造成的风车功率波动影响，MPPT控制周期和发电机的转速是同步的；(3)电磁转矩对风车转速实行完全控制，即在适当的时候，给风车提供能量使其加速，使风车转速能跟踪快速变化的风速；(4)在MPPT的输出端使用低通滤波器来平滑风车转速控制的指令值。实验结果表明，本方法可以跟踪0．2Hz快速变化的风速，和传统的MPPT控制方法相比，当风速快速变动时，可以显著增加发电量，从而提高了风力发电的效率。     

Modeling,simulation and control of a wind turbine with a hydraulic transmission system

A complete mathematical model of a hydraulic transmission concept for use in wind turbines is presented. The hydraulic system transfers the power from the nacelle to ground level. The main focus has been to develop a model that takes into account the most important dynamics affecting the wind turbine and the hydraulic transmission system involved, such that the model can be used to analyze the dynamic feasibility of a hydraulic transmission concept. Further, dynamic analysis of a hydraulic transmission system for wind turbines is investigated. The nonlinear dynamic model is developed in MATLAB Simulink. Analytical calculation of natural periods of a linearized model corresponds well with simulations of the overall system. A valve control system is proposed to reduce pressure and power fluctuations at operation both below and above the rated wind speed for the wind turbine. Further, a blade pitch control system based on an aerodynamic power estimator is proposed for operation above the rated wind speed. System simulations for one case below and one case above the rated wind speed show that the dynamic response of the overall system is stable and that the wind turbine variables are within typical ranges for conventional variable speed wind turbines with mechanical transmission. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.