轴流转桨水轮机多指标非线性调速器设计

为了改善轴流转桨水轮机调速器的控制性能,在考虑调速系统非线性因素的基础上,提出了一种多指标非线性控制策略。通过分析轴流转桨水轮机机械特性,给出了水轮机调速系统各环节数学模型,在此基础上建立了轴流转桨水轮机调速系统的非线性模型。并基于多指标非线性控制理论,针对轴流转桨水轮机的刚性水锤效应,设计了非线性控制器。仿真结果表明,文中所建立的调速系统模型,能有效反映轴流转桨水轮机非线性特征;所提出的控制策略与工程实际中应用的PID策略相比,能更好地改善系统的稳定性和运行特性,控制目标品质更为优秀,使得系统具有很高的可靠性和抗干扰能力。

自适应反归一化改进多层神经网络轴流转桨水轮机协联功率预测

轴流转桨水轮机现场协联试验受经济和时间成本限制,获取的数据量有限,难以全面指导机组协联运行参数设置。为提高协联试验效率,实现水轮机协联工况下的功率追踪,同时避免水轮机物理模型高度非线性化难以模拟实际现场问题,提出一种基于改进多层神经网络数学预测模型,采用Rule函数、L2正则化、Adam优化器并用PSO算法优化其梯度参数。针对神经网络实际预测缺乏真实值的问题,提出自适应反归一化区间端值判断策略提高实际预测准确度。通过协联与非协联仿真分析,结果表明所提出预测模型和区间策略能够在小样本情况下对轴流转桨水轮机协联工况实现有效的实际预测,具有较高精度。

轴流转桨水轮机协联特性试验数据分析方法研究

采用人工神经网络和一维优化方法,构成了对轴流转桨水轮机协联特性试验数据进行自动分析的方法,可以在获得试验数据的基础上,自动求出水轮机的协联特性。与传统的人工计算方法相比,大大缩短了计算时间,而且避免了不同工作水头下的特性换算,提高了分析计算精度。

石塘水电站3号轴流转桨水轮机增容改造

中小型老电站水轮发电机的增容改造,是充分利用水资源、提高电站经济效益、改善机组运行工况的有效途径。笔者结合石塘水电站3号机组水轮机额定出力从原26.8 MW提升至29.5 MW的增容改造工作,介绍了增容改造所涉及到的模型转轮开发,现场数据测量,受油器、操作油管、主轴密封、导流锥、转轮的重新设计,主轴返厂加工,转轮室修复。改造后的机组经过一段时间的运行并通过了相关的试验,结果证明改造后机组水力性能优良,振动、摆度、噪音均满足合同要求,改造工作基本达到了预期的要求。

轴流转桨水轮机转轮卸载阀的设计与应用

文章介绍了卸载阀的结构设计、工作原理及试验方法,提出在转轮操作油管的下端安装卸载阀,可以防止由于叶片密封磨损或意外抬机撞击时所造成的转轮体进水现象的发生,并用实验证实了这一观点。

轴流转桨式水轮机桨叶枢轴轴套磨损特性分析

针对自动发电控制调节下轴流转桨式水轮机桨叶枢轴轴套磨损严重的问题,基于ABAQUS仿真平台,通过Fortran语言将Archard磨损模型嵌入到UMESHMOTION磨损子程序中,结合ALE自适应网格技术控制节点位移,建立轴流转桨式水轮机桨叶枢轴轴套磨损模型。研究结果表明:接触压力过大的桨叶枢轴外轴套磨损程度明显高于内轴套;更换耐磨性更好的材料虽可以一定程度上减少轴套磨损,但大跨度、短时间的负荷调节,仍然会使设备磨损严重。这一研究为有效控制和减少机械部件磨损提供了一定的参考。

某轴流转桨式水轮机尾水管底板翘角差异分析

在某一轴流转桨式水轮机改造过程中,整理对比发现尾水管扩散段底板翘角在流道单线图和工程施工图上存在差异。为分析此种差异是否会对水轮机的水力性能带来负面影响,本文结合不同文献关于水轮机尾水管底板翘角对水轮机影响的试验研究,以及作者进行的一些水力研发设计结果,对该电站不同尾水管底板翘角的扩散段进行了计算对比分析,认该电站水轮机尾水管扩散段流道单线图和工程施工图的差异不会对水轮机水力性能产生负面影响。

某轴流转桨式水轮机转轮室裂纹故障原因分析及处理

随着水电站运行时间的延长,设备老化、故障等情况愈发严重与频繁。为减少故障与合理开展检修,确保水电站设备安全可靠地高效运行,从设备安全管理的角度出发,详细探讨了某电站轴流转桨式水轮机转轮室裂纹故障的特征,缩小故障的诊断范围,全面分析了故障的原因,并对处理方法以及维修效果进行总结,可供同类型故障的处理借鉴。

轴流转桨式水轮机转轮空中翻身装置研发与应用

本文主要介绍了根据电站桥机结构形式、吊钩数量、吊钩间距离、转轮起吊高度及桥机吊钩载荷能力等因素研发的实现轴流转桨式水轮机转轮整体空中翻身的几种装置。轴流转桨式水轮机是水轮机的一种常见型式,主要应用于低水头、大流量水电站。机组流量的调节主要通过导水机构活动导叶开口和转轮叶片开口的变化实现。此研究应用适用于所有轴流转桨式水电站,尤其是更新改造的水电站。

美国某电站轴流转桨式水轮机转轮装配工艺

笔者以美国某电站轴流转桨式水轮机转轮为例,针对转轮装配存在的装配作业空间狭小、转轮叶片轴套采用的高分子聚合物材料易受损、转轮体及泄水锥内侧首次设置不锈钢排水管使装配尺寸要求高等难点,详细介绍了转轮装配的主要工艺流程及控制点。该电站转轮装配的成功实施,为后续类似机组转轮的制造和安装提供很好的借鉴。

轴流转桨式水轮机空化程度声信号辨识研究

通过空化声信号判断水轮机中的空化程度是水轮机空化检测的方向和难题,为此进行了轴流转桨式水轮机模型转轮空化试验:选择了4个常用桨叶角度,固定桨叶角度和水头,调整尾水位改变空化状态,试验中用频率范围达1MHz的超声传感器测量空化声信号,并对转轮室空化进行录像。通过观察试验闪频录像,把空化严重程度划分为4个典型的级别,以此作为验证声信号辨识算法的判据。在分析试验数据的基础上,提出空化声信号特征矢量分类法,即把采集到的声信号按频段划分,每个频段的方差作为一维,组成空化特征矢量、通过对特征矢量的空间分类来判别轴流转桨式水轮机空化严重程度。用该方法处理所有试验数据,给出与录像观测进行比较的统计结果,表明该方法是可行和有效的。

轴流转桨式水轮机空化振动监测的试验研究

为满足电厂水轮机空化监测的需要,本文采用自行设计的空化监测系统对葛洲坝电厂某轴流转桨式水轮机组的现场空化特性进行了试验,通过数据采集和信号分析对多个工况下的水轮机空化信号特征进行了研究。试验中采用4个1-20kHz的高频振动加速度传感器,对水轮机四个不同位置的空化信号进行同时采集。试验表明在同一工作水头,多个工况下,水轮机的空化振动能量主要在2kHz以上,空化振动强度随着机组出力的增加而增大,在水轮机导叶轴和支持盖上所监测到的空化信号特征较尾水管处明显;同时也发现在该试验水头下115MW出力的空化振动能量较110MW和130MW小,是一个理想的工作点。这些结论对电厂的水轮机经济运行具有实际指导意义。

轴流转桨式水轮机轮缘间隙空蚀的试验研究

本文对轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动进行试验研究,详细研究了不同工况下轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动的空蚀形态。受桨叶角度和开度的影响,轮缘间隙流动有五种的空蚀形态,这几种空蚀形态随开度的变化,可能有一种或两种同时出现。其中侵蚀危害性最严重有Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ三种空蚀形态。在负的桨叶角度,协联工况的左边运行时,在叶片的背面轮缘处产生第Ⅰ中泄漏涡带,同时在叶片进口正面头部轮缘处产生泄漏流动和二次流动漩涡相互作用所引起的小面积的强烈空蚀空泡为第Ⅱ种,它是叶片头部缺角的主要原因;在正的大桨叶角度、大开度情况下,间隙泄漏流动主要发生在叶片的背面轮缘处尾部第Ⅴ种空蚀形态,泄漏涡带与主流相互作用形成一个长长的涡带扫射下部转轮室,是叶片背面尾部和转轮室空蚀破坏的主要原因。

基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明：以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。

轴流转桨式水轮机转轮进口前流场的数值分析

采用数值计算的方法,基于Navier-Stokes方程κ-ε紊流模型,研究了轴流转桨式水轮机内部的流动特性。通过分析水流自活动导叶出口到转轮进口的轴向速度,以及速度矩在不同工况下的分布规律,说明活动导叶开度不同时流道转弯对转轮叶片进口速度分布产生一定的影响:其中小流量工况时,流道转弯对轴向速度起到改变其分布规律的作用,对速度矩起增加的作用,在大流量工况时流道转弯对轴向速度起平衡作用,对速度矩起到减小的作用。这些研究对转轮进口处的位置确定,提供了参考,达到优化叶片提高水轮机效率的作用。

轴流转桨式水轮机空化声信号特征研究

影响水轮机使用寿命与性能的一个主要问题是空化空蚀现象,通过声信号检测空化是空化空蚀研究的重要领域,其中主要的难题是确定不同空化程度时声信号的特征。在轴流转桨式水轮机模型空化试验中,用宽频传感器测试不同空化程度下的声信号,分析声信号的频谱特征随空化发展的变化规律,结果表明,随着空化的发展,声信号频谱变化明显,且各个不同频段的变化率不同,揭示了通过声信号各频段的相对幅度来确定空化发展的严重程度的可能性。

轴流转桨式水轮机性能预测及运行综合特性曲线绘制

本文对轴流转桨式水轮机进行了全流道三维定常湍流计算,完成了200多个工况点的计算,预测了水轮机的能量性能和空化性能,在此基础上通过包络线法绘制了机组在各个水头下的运行特性曲线,并进一步通过绘制一系列的等效率曲线、等空化系数曲线等得到了水轮机的运行综合特性曲线。计算模型建立在雷诺时均连续性方程和Navier-Stokes方程的基础上,选用标准k-ε双方程湍流模型使方程组封闭,数值求解通过SIMPLEC算法实现速度、压力的分离求解。

轴流转桨式水轮机神经网络建模与非线性仿真

针对水轮机非线性特性难以准确描述及轴流转桨式水轮机调节系统非线性仿真的复杂性 ,利用前馈神经网络强大的非线性逼近能力 ,首先建立轴流转桨式水轮机综合特性神经网络模型NZZM ,然后建立水轮机飞逸特性神经网络模型 ,并据此迅速、准确地求得空载开度和空载流量 ,作为水轮机特性曲线向小开度特性扩展的控制点 ,进而得到全面描述大开度及小开度下流量特性和效率特性的综合特性神经网络模型NZZM。最后建立了轴流转桨式水轮机协联特性神经网络模型NZZC。NZZC与ZNNM及其他一些计算模块一起构成了轴流转桨式水轮机神经网络模型ZZ5 87。上述神经网络模型均采用Levenberg -Marquardt算法 ,进行离线训练 ,收敛速度快、模型精度高。采用Matlab语言及Simulink仿真软件 ,对已建立的ZZ5 87进行非线性仿真 ,能快速、准确地得到系统以及轴流转桨式水轮机内部各种参数的变化规律。

轴流转桨式水轮机特性神经网络三维建模

针对轴流转桨式水轮机复杂的非线性特性以及水力机组过渡过程仿真计算所需的水轮机流量与力矩特性难以准确描述的情况,介绍了基于BP神经网络的轴流转桨式水轮机特性建模方法:利用BP神经网络强大的非线性数值逼近功能,由已知的综合特性曲线、定桨特性曲线、飞逸特性曲线得到离散数据以及边界约束条件,建立轴流转桨式水轮机流量和力矩特性模型,对导叶小开度区、低转速区和高转速区等未知区域进行三维曲面延拓。建立导叶桨叶三维协联特性模型,以提高水轮机特性曲线数据处理的精度。

轴流转桨式水轮机导叶及桨叶的力特性研究

为了正确确定轴流转桨式水轮机的接力器容量,必须掌握导叶和桨叶在各种工况下的力特性资料。通过CFD计算对某轴流转桨式水轮机进行数值分析,得到了导叶和桨叶水力学特性。通过与模型试验结果和经验公式的对比发现,CFD计算结果是可信的,可以为轴流转桨式水轮机的真机设计提供参考。