水平轴式海流发电装置的设计研究

为了提升海流能发电装置的的能量转换效率,研发了一种水平轴式 S 形叶轮海流发电装 置。采用升力法设计叶轮结构,建立 CATIA 模型并开发了模具,以便于大规模的加工叶轮。设计 了 9 槽 8 极绕组水下防腐永磁发电机,并进行了发电机系统结构的设计。导流罩的线性选择使得 海流速度增加 14% ～ 23% ,但流速过大又造成了装置不稳定。通过工程样机海上试验,验证了永 磁发电机的发电性能,同时检测了发电装置实验阶段的防水及防腐效果。轮机在流速达到 0. 32 m /s 时即实现无负载自起动。在海水流速为 2. 5 m /s 时,轮机的获能功率可达到 1 150 W; 在海水流速为 2 m /s 左右的海况下,轮机的实际获能功率在 900 W 上下,获能效率最高为 32% ,提高了能量的转换 效率。     

从灯泡机组技术发展谈电站设计优化措施

灯泡机组近年技术有所发展；运用水头范围增大，效率进一步提高，空蚀性能改善，结构优化，而水电站设计应注重如下之优化措施，按灯泡机组效率计算电量，力求减少水头损失，按概率概念选择水轮机参数，以及优化防飞逸措施等。     

基于性能预测的水轮机水力优化设计

本文分析水轮机过流部件内的三维流动特点及现行的水力设计方法存在的问题，提出了在采用传统的过流部件水力设计进行流道初步设计后，考虑各过流部件耦合作用关系，对整个流道进行三维粘性流动计算分析及性能预测，以流场数值模拟取代模型试验，修改完善设计的水力优化设计思想和方法。以某混流式水轮机设计为例，给出性能预测和部分优化设计结果，证明文中提出的思想和方法是切实可行的。     

混流式水轮机水力设计技术的研究和应用

混流式水轮机是水电站中应用最广泛的机型,其内部通流部件的水力设计影响整座电站的发电效益和稳定运行。本文介绍了近30年来中国水科院水力机电研究所混流式水轮机水力设计技术的研究和应用情况:在国内率先开展混流式水轮机内部流态观测试验研究,建立了水轮机水力稳定性表征形式;创新提出了叶片环量分布模型、叶片翼型计算方法和叶片积叠成型技术;实现了混流式水轮机"量体裁衣"式定制;提出的"丰枯水期双转轮配置"技术攻克了径流式水电站丰枯水期流量差别大、水轮机难以兼顾运行的技术难题;系统总结归纳了水电站技术改造的解决方案和流程。研究成果成功应用于国内外200余座新建和改造电站,取得了巨大的社会经济效益,极大地推动了行业的技术进步。     

基于实数型遗传算法的水轮机调节系统设计优化

遗传算法（GA）是一种模仿生物进化过程的随机全局搜索方法,它借鉴了生物界的自然选择和遗传学上的迭代自适应性。提出了一种基于实数型遗传算法的水轮机调节系统的PID参数优化设计,与常规PID整定方法相比,具有简便精确的特点,避免了根据传统方法整定不出最优参数,及单纯形法容易陷入局部最小值的缺点。用实数型遗传算法整定出来的PID参数,超调量小,时间迅速,具有良好的性能指标。     

海上漂浮式风力机Spar平台结构优化设计探究

以NREL 5MW海上风力机OC3-Hywind型Spar平台为研究对象,建立平台有限元模型,采用有限元方法分析了100年一遇极端海况下Spar平台的结构强度,并在满足结构强度要求的条件下,采用响应面优化设计方法,以平台结构自身重量为目标函数,对平台的内部结构进行优化设计。优化结果表明:优化后平台的结构强度符合设计规范要求;平台内部的各种肋板与加强筋的结构尺寸更加合理,并减少了平台结构的用钢量,降低了Spar平台的建造成本。     

基于改进遗传算法的水轮机调速器参数优化

本文提出了一种用改进的遗传算法优化水轮机调速器参数的新方法，通过引入自适应变化的变异概率和交叉概率，改善了遗传算法的寻优效率，并提出了分段加权的目标函数，能够改善水轮机调速器的反冲影响，通过仿真表明，改进遗传算法寻优效率较简单遗传算法有了大幅提高，具有很强的鲁棒性。     

垂直轴潮流能涡轮机水动特性研究

潮流能水轮机日益受到重视,针对其叶轮翼型水动力问题,提出了一种襟翼控制策略,计算不同襟翼翼型的垂直轴潮流能涡轮机水动力学动态特性,对比分析了襟翼控制前、后的垂直轴潮流能涡轮机力矩系数周期性变化规律。结果表明:所提控制策略可在不影响力矩系数均值的情况下,有效降低力矩系数振幅,且非对称襟翼翼型力矩系数振幅小于对称襟翼翼型;通过分析流场结构发现,施加控制策略的翼型尾缘流场较未施加控制策略的尾缘流场细长;襟翼控制叶片转过之后的尾涡贴合于旋转轨迹,对下游流场影响较小,易于耗散;发生大涡分离的方位角范围为160°~260°,叶片内侧涡强增大,而施加控制策略之后,该现象得到很好改善。     

600MW超临界机组设计优化探讨

以某2×600MW超临界机组工程为例,从确保机组投运后能够安全、经济、可靠、环保运行的角度出发,针对汽机油系统、主设备附件、疏水系统、辅机及系统等方面存在的问题提出了优化方案;同时对真空泵、循环泵等重要辅机投产后的故障进行了分析,提出了相应的处理建议.     

多目标优化方法在水轮机特性分析中的应用

对石家庄混合蓄能水电厂中的轴流转桨式水轮机的特性进行了测试,在测试数据的基础上,应用多目标优化方法,并综合考虑了水轮机的能量特性和水力振动特性以后,确定了水轮机的协联特性.与一般只考虑水轮机能量特性而确定其协联特性的方法相比.此方法更有助于保证水轮机高效稳定运行.     

用于求解函数优化的蚁群算法设计

为了求解一般的函数优化，在标准蚁群算法的基础上，引入了遗传算法的编码方式，对蚁群算法的信息素更新进行改进。通过对几个经典测试函数的求解，证明了该算法的有效性。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

风波流多环境海上漂浮式风力机张力腿平台动态特性

平台结构是漂浮式海上风力机安全运行的基础保障。采用边界元并结合多体动力学方法,分析了张力腿（Tension Leg Platform,TLP）漂浮式风力机平台结构,研究了平台结构在频域和时域运动响应变化及漂浮式平台在多种不同海洋环境条件下风、波、流联合作用,与波浪载荷独立作用时的运动响应进行了比较,得出平台结构在时域中的动力响应及张力腿结构张力变化情况。结果表明：漂浮式平台在频域变化范围内,运动响应主要集中在低频部分,绕射力对漂浮式海上风力机TLP平台的作用力不能忽略;海洋环境载荷较小时,风、波、流联合作用比只有波浪运动响应强烈,而随着海洋环境载荷增强,波浪作用越来越大,对漂浮式平台运动有着重要影响;风、波、流联合作用运动响应标准差大于只有波浪作用,平台偏离平衡位置更加剧烈;张力腿最大张力随着海洋环境载荷增强逐渐增大,每根张力腿张力标准差都是以相同的趋势递增。研究结果对海上张力腿平台结构设计与优化具有很高的参考价值。     

轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究

文中提出一种新型轴流、悬浮式潮流能水轮机结构,为提高其潮流能利用效率,采用CFD技术对水轮机外围流线型导流罩内流场与叶轮尾流场进行数值仿真研究。通过对比拟定的10种不同线型导流罩,发现收缩段和扩散段的进出口曲线前后连接点比例mx为0.3的双三次曲线导流罩内流场更加稳定、均匀。为进一步研究导流罩的聚能作用与叶轮尾流场的速度分布情况,实施了有、无导流罩工况下水轮机的数值仿真,结果显示:距离叶轮下游边缘1.25D(D为叶片直径)以内的流场域流速有显著的改变,且加装双三次曲线0.3mx=线型导流罩,水轮机较敞水工况输出功率提高约29%。相关的拖曳水池模型试验验证了数值仿真方法的有效性。     

大型贯流机组调速系统优化选择

目前中国低水头径流式水电站建设之势方兴未艾,贯流式机组以其优良的水力特性和显著的经济效益倍受广大水电开发者的青睐。文章对贯流式水轮机调速系统的特点进行必要的分析,对在编制调速器标书的过程中和调速器设备管路的安装过程中遇到的一些问题进行了探讨。对调速容量的确定、电液转换装置的选择、机组过速保护及油压装置的设计与布置提出自己的观点,希望能够对贯流机组调速系统的选择和设计提供有益的参考。     

冲击式水轮机组设计的一些问题及对策

以湖南阳明山水电站及广西桂林银河水电站等电站的设计为例,论述了冲击式水轮发电机组在设计、实际运行过程中经常出现的一些问题,分析了该类型机组出现这些问题的原因,并提出了解决措施。     

基于遗传算法的平面叶栅多目标优化设计

本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线，在最大厚度一定的条件下，采用NACA—0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型，从而得到平面叶栅。然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为多目标，用距离法构造二者统一的目标函数，利用遗传算法来搜索最佳的骨线形状。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。假定总损失与叶栅表面边界层中的流动损失成正比，该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到。将该方法应用于ZZ400叶栅的设计，结果显示可以得到较满意的解。     

灰绿耦合雨洪系统多目标优化建模与应用

以中山市某开发区为例,以灰绿基础设施总成本、径流系数和节点总溢流量为目标函数,以子汇水区内涝风险等级作为罚函数构建灰绿耦合排水系统多目标优化模型,基于NSGA-Ⅱ算法,编写SWMM接口程序,调用SWMM进行雨洪模型计算及方案寻优,对24h设计暴雨条件下的灰色调蓄设施和绿色LID设施的规模进行多目标优化设计及综合评估。结果表明:绿色LID设施径流系数和节点总溢流量削减量均随其成本的增加呈近似线性下降的趋势,并随重现期增加而加快;灰色调蓄设施容积与节点总溢流量曲线存在明显拐点,拐点后规模增大的边际效益趋0;提出的灰绿耦合基础设施优化模型及求解程序对初始种群设置技术要求低,且能稳定收敛,可为城市雨洪管理方案的制定提供支持和依据。     

葛洲坝电站水轮发电机组选型设计及运行实践

葛洲坝水电站是世界上最大的低水头大型水电站，电站装有21台水轮发电机组（2台170MW、19台125MW），转轮直径为世界之冠，20a的运行实践证明；葛洲坝机组选型设计和制造是成功的，机组有较高的效率，较宽的高效率运行区域，良好的抗空化性能，还具有良好的满发，超发特点和低水头运行的能力，机组投产发电20a来成就辉煌，其安全、廉价，洁净的电力创造了巨大的社会效益和经济效益。