冲击式水轮机喷射机构的磨损特性数值分析

冲击式水轮机广泛应用于高水头地区,应用水头一般高于500 m,因此喷嘴出口流速将大于100 m/s.高速的自由射流中,水中携带的细小沙粒不仅会对冲击式水轮机的水斗表面结构造成磨损,而且会破坏喷射机构.喷射机构的主要作用在于形成高质量圆柱射流,提高转轮中的能量转换效率.沙粒磨损喷射机构将影响射流质量,造成效率损失.对喷射机构以及自由射流的水固气三相流动进行了三维非定常的数值模拟.水中携带的细小沙粒简化为圆形固体颗粒,并采用离散颗粒模型模拟其运动特性以及喷射机构的磨损特性.研究发现不同颗粒直径的沙粒其运动轨迹区别很大,造成的喷射机构磨损特性也不相同.喷针表面磨损预测结果显示,直径小的颗粒随流性较强,会对喷针头部造成磨损;直径大的颗粒惯性大,容易撞击喷针颈部上游区域,造成磨损.

梯级电站联合运行水位无差状态反馈调节器

为了实现梯级串联电站系统的稳定运行,基于最优控制原理,将站间调节池的水位偏差值引入上一级电站的反馈调节器中,提出了在进行功率(或转速)调节的同时能够平衡电站间流量,并使站间调节池的水位得到调节与控制的状态反馈调节器.通过数值仿真试验,比较了转速、调节池水位和导叶开度的不同权重因子对系统动态特性的影响.由仿真结果可以看出,转速和调节池水位的权重因子对调节品质影响小,改变转速和调节池水位的权重因子,转速的最大变化相对值均为3%左右,调节时间大约为45 s;调节池水位的最大变化相对值均为0.011%,调节时间约为4 000 s.而当导叶开度权重因子从130减小为1时,其转速的最大变化相对值减小约46%;调节池水位最大变化相对值减小41%,调节时间减少为原来的33%左右,所以采用较小的导叶开度权重因子设计出的最优控制调节器,机组转速的调节时间缩短,峰值降低,调节池水位的峰值也降低.为了便于实际应用,选择合理的权矩阵设计了能实现梯级电站联合运行时站间水位无差调节的状态降维反馈调节器.由仿真结果可以看出,状态降维前后,转速、调节池水位等状态量的调节品质相差不大.