基于二元高次函数数据拟合的水轮机特性模型分析

针对试验得到的水轮机特性数据,采用二元高次函数建立水轮机特性数学模型,进行数据拟合及误差分析。通过实例验证,该方法在描述水轮机特性模型时具有较高的精度和实用性。     

竖轴变攻角潮流发电水轮机性能预报流管模型研究

为寻求一种快速可靠地预报竖轴变攻角直叶片潮流/河流水轮机性能的方法,给出了计算变攻角直叶水轮机水动力性能的单盘面—单流管(SDST)、双盘面—单流管(DDST)、单盘面—多流管(SDMT)和双盘面—多流管(DDMT)模型公式以及叶片转动效应的修正方法.计算和试验比较表明:低速比情况下,这4种修正的流管模型均可有效预报变攻角水轮机的能量系数;在水轮机正常工作的较高速比情况下,单盘面模型误差大,而双盘面模型与试验吻合良好,DDMT模型具有预报水轮机性能和叶片受力的优势,适合于快速进行变攻角水轮机的水动力优化设计和结构分析.     

多参数微机实时测量及数据处理系统的研制

本文介绍模型水轮机效率试验中使用单板微型计算机的一种新方法。先介绍建立数学模型,再介绍该系统的硬件和软件的结构。该系统的成功,极大地提高了模型水轮机试验台的试验精度和试验速度。     

冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统研发

冲击式水轮机在多沙河流上运行时会面临十分严重的泥沙磨损问题。针对目前国内缺乏冲击式水轮机泥沙磨损研究试验系统的情况,研发了一套冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统。该系统由管路及供水系统、沙水池及泥沙搅拌系统、水轮机试验机组、数据采集与测控系统等部分组成,可支持最高水头800 m、最大流量300 m³/h和最高水轮机转速2 500 r/min的冲击式水轮机泥沙磨损和性能试验,采用可编程控制器(PLC)和LabVIEW软件可实现供水泵启停、水轮机转速调节和管路阀门自动控制,同时能实时监测水轮机转速、水头、流量等关键参数。经过试验显示该泥沙磨损试验测试系统具有精度高(达0.3%)、自动化水平高、运行稳定、操作简单以及人机界面友好等特点。     

模型水轮机尾水管压力脉动试验研究

在水轮机模型试验台上进行水轮机尾水管压力脉动试验研究,通过压力脉动试验工况的选择、测点的布置、信号采样频率及采样时间的确定,得到了在水轮机模型试验台上进行水轮尾水管压力脉动试验的方法。试验结果表明,所选择的工况合理,测点布置科学,信号采样频率及采样时间确定合理可行。     

4种湍流模型对混流式水轮机压力脉动模拟的比较

采用RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、Transition SST模型和DES模型,在4种网格尺度下对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,分析各模型对水轮机压力脉动模拟的适应性,并进行网格无关性分析.分析结果表明:4种湍流模型都可以模拟出尾水管偏心涡带的形态,但尾水涡带在相位上不同,压力脉动的主频或振幅有差别;湍流模型与网格尺度不是单调线性关系,甚至相反;Transition SST模型比RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、DES模型对水轮机压力脉动模拟的适应性更好,在不同网格尺度下预测的压力脉动主频、振幅和试验结果更加吻合.     

基于多工况数值试验的水轮机改造优化设计技术

传统的水轮机改造方法是针对水电站水轮机中拟改造的过流部件和实际运行条件,采用类似新电站设计的多方案设计和模型试验进行性能对比来论证改造方案和验证设计。在水轮机改造过程中,因受到了已有流道的限制,其过流部件与新建电站的设计思路有很大的差异。我们根据水轮机改造中过流部件设计的特点,基于数字化设计与试验的思想,对整个流道进行联合的三维粘性流动数值模拟。在数值模拟的基础上进行性能预测,以数值试验取代模型性能试验,提出一套基于数值试验的水轮机改造技术,并简介在水电站水轮机改造中的应用情况。     

龙头石电站水轮机模型验收试验与现场测试

主要从效率、飞逸转速、空化、压力脉动等特性参数对机组经济运行的影响着手,通过水轮机模型试验得出:其模型最高效率达93.50%,最大飞逸转速值为157.87 r/min,该参数均满足要求,临界空化系数也满足要求,个别点压力脉动幅值超出了合同保证值,补气后可满足要求.成像观测在运行区域内没有发现叶片正、背面脱流,卡门涡现象.验收试验达到了满意的结果.     

基于T-S模糊模型的水轮机调节系统辨识

针对水轮机调节系统的复杂性、非线性和难以用明确数学模型表达的特点,建立了该系统的T-S模糊模型.考虑到T-S模糊模型的结构与参数间的密切关联性,提出基于混沌优化策略的结构和参数一体化辨识.该方法用混沌优化策略辨识模型的前件参数,用最小二乘法辨识模型后件参数,实现了模糊模型结构的自适应优化.试验结果表明,该T-S辨识模型具有较高的辨识精度及较强的泛化能力,实现了水轮机调节系统的有效辨识.     

垂直轴水轮机耦合数值模拟研究

垂直轴水轮机由于自身结构决定,轮机转动一周过程中转速是不稳定的,为了研究转速波动对垂直轴水轮机性能的影响,采用耦合式方法对其进行数值模拟研究.采用一试验模型作为计算算例,对比叶轮角速度的计算结果和试验测量结果,计算结果和试验结果吻合较好.在此基础上并研究了转动惯量对水轮机转速波动的影响,研究发现:转动惯量较大时,采用非耦合方法与采用耦合方法计算结果相差不大;转动惯量越小,水轮机转速波动越大,越不利于轮机吸收能量.     

串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析

为研究串列水轮机组水动力性能并提出合理的水轮机布置方案,提高潮流能电站的发电效率,针对三叶片竖轴水轮机进行瞬态数值模拟,分析了串列布置水轮机组上游水轮机的水动力性能及尾流场对下游水轮机水动力性能的影响.考虑到竖轴水轮机叶片展向剖面相同的特点,将模型简化为二维模型并利用开源流体力学软件Open FOAM对水轮机进行了数值分析.首先通过模拟单个水轮机的运行,得出了能量利用率随叶尖速比的变化规律,并通过与文献中实验数据的对比验证了Open FOAM数值模型在合理的设置下,采用k-ωSST湍流模型和PIMPLE算法,可以准确计算二维竖轴水轮机的水动力性能.之后模拟了两个串列放置的水轮机,水轮机之间的距离范围取5~50倍水轮机直径,分析得出了竖轴水轮机后方各剖面的尾流特性,以及水轮机间距对下游水轮机水动力性能的影响特性.分析结果表明,两个串列水轮机的间距大于40倍水轮机直径时,上游水轮机尾流场对下游水轮机性能的影响可以忽略.     

一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究

从水轮机水动力学原理出发,建立了提高竖轴变攻角潮流发电水轮机能量利用率的优化方法和数学模型．该模型以叶片偏角随位置角的变化规律为优化参数,以水轮机工作速比范围内的能量利用率系数为优化目标,采用基于动量定理的多流管模型来求解流体动力．选取竖轴直叶摆线式水轮机为优化原型进行了优化计算,给出了优化后水轮机的能量利用率以及攻角随位置角的变化规律．通过与不同偏心率的摆线式水轮机的能量利用率及攻角随位置角变化规律的对比,分析了优化后水轮机水动力性能改变的规律及原因．结果表明,在优化速比范围内,水轮机叶片不同位置角处的水动力攻角都有所增大,作用于叶片上的力以及叶片受力对水轮机中心的力矩也相应增大,从而提高了水轮机的能量利用率。     

蹼板式水流发电装置实验研究

阐述了一种全新水流发电装置--蹼板式水轮机的首次实验研究的全过程.介绍了该类型水轮机的试验模型和试验装置的设计加工,分析整理出了我国第一份蹼板式水轮机的水动力性能资料,探讨了密实度、进速系数、叶数、雷诺数等主要参数对能量利用率系数的影响并分析了原因.该项研究结果表明,该型水轮机具备机构简单、造价低廉、能量利用效率高、易操纵性以及自启性良好等诸多优点,从而使它具有广泛的市场开发前景.     

基于LSTM网络预测的水轮机机组运行状态检测

利用长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络对水轮机机组的运行状态进行预测。对水轮机机组的流式监测数据进行标准化处理,并利用滑动窗口技术将数据转换为LSTM网络训练所需的训练数据集与测试数据集;给出LSTM预测模型结构,并通过调节网络层数、隐层神经元数目等参数对模型进行优化,建立水轮机机组的时间序列数据预测模型。经试验分析验证,与其它模型相比,基于多测点的多元长短期记忆网络预测模型具备更高的预测精度,并基于改进的雷达图分析法计算健康偏离度,成功地检测出某水电厂5号水轮机机组5月末的数据出现异常,验证了模型的有效性。     

基于LSTM网络预测的水轮机机组运行状态检测

利用长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络对水轮机机组的运行状态进行预测。对水轮机机组的流式监测数据进行标准化处理,并利用滑动窗口技术将数据转换为LSTM网络训练所需的训练数据集与测试数据集;给出LSTM预测模型结构,并通过调节网络层数、隐层神经元数目等参数对模型进行优化,建立水轮机机组的时间序列数据预测模型。经试验分析验证,与其它模型相比,基于多测点的多元长短期记忆网络预测模型具备更高的预测精度,并基于改进的雷达图分析法计算健康偏离度,成功地检测出某水电厂5号水轮机机组5月末的数据出现异常,验证了模型的有效性。     

基于超声波测流法的HLA855a-LJ-310型水轮机效率试验

水轮机效率特性是评价水轮机性能的一个重要指标,是进行机组间负荷优化分配的依据,故对水轮发电机组进行原型水轮机效率特性试验具有十分重要的意义。在试验机组投入商业运行前,应用超声波测流法对HLA855a-LJ-310型水轮机进行了现场效率试验。介绍了试验设备和计算机测试系统的配置,阐述了工况参数的计算方法,根据试验测试结果计算出试验水头下水轮机的效率特性及其耗水率特性,分析了引水水头损失与流量平方之间的关系,根据计算和分析结果修正了水轮机生产厂家给定的蜗壳压差流量系数。在对试验数据的分析计算中发现,超声波测流法的实时性好,操作简单。分析和计算结果表明,试验水头下水轮机效率和最大出力可以满足技术协议保证值的要求,但其他水头下的特性曲线还有待进一步的试验分析。     

基于参数化技术的中小型水轮机设计

在分析中小型水轮机零部件结构特征基础上,利用三维参数化设计技术,构造水轮机零部件的三维参数化模型,建立了中小型水轮机开发平台。在进行新机组设计时,选择满足要求的零部件模型并进行组合,构成整个水轮机模型。对模型进行了运动干涉检查,有限元分析和优化设计。     

水电孤岛?HVDC系统建模与仿真研究

水电送端-高压直流输电(high voltage direct current, HVDC)系统在其送端进入孤岛方式后,若采用大电网方式下的控制参数,可能出现频率稳定性问题.对该问题的研究,目前一般采用的理想水轮机调速系统模型难以反映水电孤岛-HVDC系统中水轮机调节和直流有功控制的相互作用,降低了分析结果的有效性.针对此问题,提出了一种考虑详细水轮机调速系统模型、发电机电磁系统模型、直流准稳态及功率控制系统模型的水电孤岛-HVDC系统数学模型.仿真结果表明,该模型能够较准确地反映系统有功频率响应特性,模拟水轮机调节系统、直流有功控制系统的相互作用,可用于频率控制、优化等研究.     

基于CFD的水轮机内部流场数值模拟与分析

为预测水轮机内部的流动规律,建立水轮机二维几何模型,并对其进行结构化网格的划分,运用计算流体力学软件,采用标准 k-ε湍流模型和simple算法对粘性流场中水轮机内部复杂的流场变化进行了数值求解,获得了水轮机内部的流场分布云图,分析水轮机的流场特征,并将预测值与实验值对比,为水轮机的理论设计和性能预测提供依据。     

水轮机转轮立式静平衡方法的研究进展

水轮机转轮质量不平衡是水轮机组产生振动的主要原因之一,通过静平衡试验获得转轮不平衡重量和不平衡角度,完成对不平衡点的检测和配重,降低转轮振动幅值和摆动幅值至容许范围。综述了水轮机转轮立式静平衡方法的研究进展,介绍了该静平衡方法的原理及5种不同的静平衡试验方法,分析了这几种静平衡方法的优缺点,并对今后水轮机转轮立式静平衡方法的研究方向给出了一些建议。