考虑导叶分段关闭特性的水轮机调速系统改进模型

针对电力系统分析软件PSD-BPA中水轮机调速系统的执行机构模型不能有效反映实际特征且混流式水轮机模型仿真精度不高的问题,提出了考虑导叶分段关闭特性的执行机构模型,设置不同的分段点对机组甩负荷进行了仿真分析,并对计及功率与开度间非线性关系的混流式水轮机解析非线性模型进行研究。仿真及实测分析结果表明,考虑导叶分段关闭特性的水轮机调速系统改进模型能准确仿真混流式水轮机组导叶分段关闭规律,比BPA模型的开度及功率响应更切合实际,更能体现其有效性。     

低比速混流式水轮机特性曲线的近似模拟

为了方便地近似模拟低比速混流式水轮机全范围的各种特性曲线,根据水轮机效率和流量的影响关系及已有试验结果,构造出水轮机效率和流量的近似数学解析式,以一个低比速混流式机组为例,近似模拟了水轮机的各种特性曲线,并与传统方法得到的水轮机运转综合特性曲线进行比较。结果表明,这种构造数学解析式的方法能近似模拟水轮机全范围的各种特性曲线,且方法简单方便。     

混流式水轮机空化声发射信号的混沌特性分析

针对水轮机空化过程中声发射信号表现出的强烈非线性和非平稳性,提出了水轮机空化声发射信号的混沌特性分析方法,研究了混流式水轮机空化声发射信号的混沌特征及其变化规律.基于混流式水轮机模型空化试验采集了不同空化状态下典型测点处的声发射信号,检验其混沌性后进行相空间重构,计算得到重构信号的关联维数和最大Lyapunov指数,分析了这2种混沌特征参数随水轮机空化状态变化的规律,明确了水轮机空化声发射信号的混沌特征参数与空化状态之间的对应关系.结果表明:关联维数和最大Lyapunov指数不仅可以定性地表征空化状态,而且可以定量地描述空化程度;这2种混沌特征参数受单位转速的影响比受导叶开度的影响更大.     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

用于电力系统仿真的水电机组原动机模型适应性研究

鉴于以往研究侧重于水电机组原动机模型开发,较少研究模型的适应性,且缺乏在电力系统仿真中选取模型的指导性建议与方法,提出模型选取原则,通过仿真水轮机模型、水击模型与调压室—分叉管模型的动态行为,分析水击模型的稳定域,从而归纳出模型的适用条件。结果表明,解析非线性模型与理想模型适合于描述水斗式水轮机,混流式水轮机宜使用传递系数模型;可依据Tw/Tr和Tf/Tr的值选取刚性水击模型与降阶弹性水击模型;当仿真时间较长时需要采用调压室—分叉管的模型。     

水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理.结果表明:沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速.其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻...     

混流式水轮机调节系统的混沌建模及分析

水轮发电机在正常运行中会受到各种各样的干扰(增减负荷、故障等),因此控制其稳定运行十分必要。针对混流式水轮发电机系统,分析了各个子模块的动态特性,分别建立了其整数阶和分数阶非线性数学模型,研究了正常运行工况下水轮机调节系统中各变量的状态轨迹图,采用Lyapunov指数、Poincaré映射图、功率谱分析了水轮机调节系统的非线性特性,并研究了水轮机调节系统在参数变化时的分岔现象,进一步证明了水轮发电机在运行中表现出的非线性混沌特性,研究结果可为混流式水轮发电机的混沌控制研究提供理论依据。     

基于神经网络的水轮机调节系统非线性仿真

针对水轮机调节系统非线性特性难以准确描述及非线性仿真的复杂性,利用神经网络强大的非线性逼近能力,对水轮机调节系统进行在线非线性实时仿真。对导叶开度、单位流量及单位转速之间的非线性关系建立神经网络结构,用Matlab中的trainlm函数和训练样本对网络进行学习训练。非线性关系的插值拟合过程在PC机中进行,仅将得到的非线性关系的权值和阈值传输给下位机控制核心DSC系统,有效地提高了非线性实时仿真速度。针对HL220型实际机组探讨了基于神经网络的非线性仿真的实现过程,并对结果进行了解析。     

导叶开度对混流式水轮机转轮内部流态的影响

基于数值模拟方法,以梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程中的猛固桥电站混流式水轮机为研究对象,对水轮机在不同特征水头、不同导叶开度工况下转轮叶片表面受力及流道内流场特性进行研究,分析导叶开度改变对水轮机转轮内流态的影响规律。结果表明：导叶开度对于混流式转轮进口流态的影响较大,导叶开度越小入流速度波动程度越大,来流对叶片头部冲击越大,在进口处产生严重的冲击损失;随导叶开度减小,转轮叶片表面等压线与进口边夹角增大,在上冠交接区域产生小三角区低压,使转轮流道出口更易产生空化损失。     

非线性水轮机调节系统的Hopf分岔分析

水力发电系统具有非线性特性,利用线性模型分析水轮机调节系统会导致仿真结果不准确。为此,在考虑水轮机调节系统各部分非线性情况下建立了水轮机调节系统的非线性模型。基于Hopf分岔理论对建立的非线性调节系统模型进行分析和仿真,比较线性模型与非线性模型动态特性。结果表明,非线性系统模型能更准确地反映系统大扰动情况下的本质特性,PID参数变化会引起非线性系统拓扑结构的变化。     

叶片开度对贯流式水轮机飞逸过程的影响

为有效降低水轮机飞逸过程中机组的振动问题,通过水轮机试验模型改变导叶开度和桨叶开度对水轮机过渡过程进行研究,分析了多个监测点的压力、频率流量等工作参数的变化情况.结果 表明,由于转速和流量的增加,水轮机在导叶开度60°和桨叶开度4°运行时振动最为强烈,水轮机在低频时振动剧烈.由于受到导叶和桨叶动静影响,转轮出口振动强烈...     

基于Matlab的水电机组径向式导水机构仿真

为准确设计导水机构各传动部件尺寸,在分析双直缸接力器布置方式的径向式导水机构运动特征的基础上,阐述了导水机构运动的非线性模型及求解方法,采用二分迭代法计算导叶开度,由拟合的方法计算导叶关闭时导水机构各组件的状态,再将导水机构的运动过程进行Matlab仿真,得到接力器行程与导叶开度间的关系,并对结果进行了讨论分析。结果表明,导水机构各组件的尺寸对接力器行程与开度影响较大,在设计时,有必要结合具体目标进行优化。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

基于水轮机导叶转角推求导叶开度圆直径的方法

鉴于反击式水轮机活动导叶开度大多采用导叶转角描述,而在水电工程初步设计阶段开展的相关设计计算工作中,仍采用导叶开度圆直径描述现状,以活动导叶数为24只的圆柱式导水机构为基础,提出了水轮机导叶转角与导叶开度圆直径之间的转换公式。同时,通过对一系列典型导叶布置图的分析,结合数值分析方法,对公式中的修正系数给出了明确的解析表达式,并验证了表达式的可靠性。     

CFD validation of performance improvement of a 500 kW Francis turbine

Conventionally assessing of turbine performance was done by conducting model experiments which at times become costly and time consuming for several design alternatives in design optimization. Recently, computational fluid dynamics (CFD) has become a more cost effective tool for predicting detailed flow information in turbine space to enable the selection of the best design. With the growth of computational mechanics, the virtual hydraulic machines are becoming more and more realistic to get minor details of the flow, which are not possible in model testing. The inverse design technique and fully 3-dimensional flow simulations were performed early to manufacture the newly developed runner. It allows a quick and efficient improvement and optimization of turbine components. The system has been applied to the optimization of a Francis turbine runner for a turbine replacement project. In present work, 3D turbulent real flow analyses in hydraulic Francis turbine have been carried out at four guide vane opening at constant rotational speed using Ansys CFX computational fluid dynamics (CFD) software. The newly developed runner from reverse engineering and CFD results show an enhanced performance. The average values of flow parameters like velocities and flow angles at the inlet and outlet of runner, guide vane and stay vane of turbine are computed to derive flow characteristics. The aim was to analyze the flow behavior and pressure distribution to further fine-tune the whole numerical experiment to achieve the level of accuracy necessary for the concept design of a revitalized turbine. The obtained results are in good agreement with the in site experiments, especially for the characteristic curve.     

Performance of Wells Turbine with Guide Vanes for Wave Energy Conversion

ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＷｅｌｌｓＴｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈＧｕｉｄｅＶａｎｅｓｆｏｒＷａｖｅＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＭａｎａｂｕＴａｋａｏ；ＴｏｓｈｉａｋｉＳｅｔｏｇｕｃｈｉ；ＫｅｎｊｉＫａｎｅｋｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａ...