确定液压机操作点的方法与转化液压能的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种方法，所述方法可以在考虑的操作范围，例如涡轮模式，内确定液压机的操作点，包括如下步骤：a)确定液压机第一系列潜在操作点的两个坐标(N'11，T'11)以用于影响所述机器的导向叶片的定向，b)测量所述机器的旋转速度，c)确定水流对所述机器产生的扭矩。所述方法还包括如下步骤：d)根据在步骤b)中测量的旋转速度(N)和在步骤c)中确定的扭矩计算所述机器的第二系列潜在操作点的两个坐标(N11，T11)，和e)推断在所述机器的所述考虑操作范围内既属于所述第一系列，也属于所述第二系列的操作点的两个坐标(N11_real，T11_real)。

Method for determining operation point of hydraulic press and device for converting hydraulic energy

The invention discloses a method, the method can be considered in the operating range, such as turbine model, determine the hydraulic machine operation, which comprises the following steps: a) to determine the two coordinate hydraulic machine first series of potential operating points (N'11, T'11) for guiding the blades on the machine. B) measuring a rotating speed of the machine, c) for the determination of flow machine torque. The method also comprises the following steps: D) in step b) according to the rotation speed measurement (N) and C) in step two coordinates to determine the torque calculation the machine second series of potential operating points (N11, T11), and E) that consider the machine of the the operating range is not only belongs to the first series, also belong to the two coordinates of the operating point of the second series (N11_real, T11_real).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定液压机操作点的方法与转化液压能的装置
本专利技术涉及一种确定液压机操作点的方法，所述液压机属于将液压能转化为机械能或电能的一种装置。本专利技术还涉及可以实施所述方法的一种用于将液压能转化为机械能或电能的装置。
技术介绍
在液压能转化领域，了解液压机的操作点是至关重要的。为此，需要所述装置的流量或净水头(nethead)等物理值。问题在于不能正确测量这些物理值。实际上，即使可以测量净水头和流量，在一些情况下，这些测量数值也不准确，且难以设置。此外，无法对大型水电站进行直接的流量测量。而是采用间接方法确定所需的物理值。方法之一是Winter-Kennedy方法，其经常用于测量现场效率。然而，此方法不能在低水流下落条件下使用。此外，Winter-Kennedy方法依赖于压力传感器，派生小管道将压力传感器连接至液压通道。在运行条件下，这些管道可能被灰尘、铁锈或沙土堵住，这将影响到测量的准确性。
技术实现思路
本专利技术旨在解决所述缺陷，提出一种确定更可靠的液压机操作点的方法，且在低水流下落条件下可以实施所述方法。为此，本专利技术涉及一种方法，如权利要求1中所定义。通过本专利技术，找到液压机的操作点可以确定液压机的净水头和流量。操作点来自于电子控制单元编译的算法计算，表明所述装置不包括连接至水流的任何测量设备。因此，“干净的”水和“污浊的”水(含有灰尘或沙土等杂质)的净水头和流量计算都是准确的。权利要求2到7规定了本方法的其它有利非强制方面。本专利技术还涉及一种装置，如权利要求8中所定义，所述装置将液压能转化为机械能或电能。权利要求9到11规定了所述装置的其它有利非强制方面。附图说明本专利技术将对应图进行解释，作为说明性示例，不限制专利技术对象。在下列图中：图1是根据本专利技术的装置的示意图，所述装置将液压能转化成电能或机械能，图2图示了属于图1装置的液压机的两个系列的潜在操作点。具体实施方式图1表示的是将液压能转化为机械能或电能的装置2。装置2包括液压机。在示例中，液压机是弗朗西斯(Francis)涡轮20，使用液压能设置轴201围绕轴线Z201周围旋转。在考虑的示例中，轴201固定在交流发电机的未示出的转子上，用以发电。涡轮20包括由混凝土22和24支撑的蜗壳200。未示出的压力管道延伸在未示出的上游水箱和蜗壳200之间。此压力管道产生强制水流F，为涡轮20提供动力。涡轮20包括由蜗壳200环绕的转轮202和在运行条件下水流流动于其间的叶片208。因此，转轮202绕着重叠在旋转轴Z201上的轴Z202旋转。分配器环绕转轮202设置，包括多个可动导向叶片206，这些叶片均匀地分布在转轮202周围。预分配器设置在分配器的上游和周围。预分配器由多个固定的叶片204形成，这些叶片均匀地分布在转轮202的旋转轴Z202周围。吸管26设置在转轮202下方，适用于向下游排水。分配器的导向叶片206在与转轮202旋转轴202平行的轴Z206周围具有可调间距。因此，导向叶片可以在轴Z206周围转动，调节水流流量。导向叶片206全部以相对于关闭位置的相同角度进行定向。换言之，它们是同步的。导向叶片开度，即相对于关闭位置的导向叶片开启程度，是可控参数。涡轮的特性曲线图是操作点的集合，每个操作点由N11、T11、Q11和Y值四元组定义，其中，Y是导向叶片206的开度。给定的Y＝Y_real时，“等开度”曲线(iso-opening)可以从特性曲线图中提取出来。为了便于理解，N′11、T′11和Q′11值三元组是指等开度曲线上的操作点的所有集合。N′11、T′11和Q′11值三元组形成了第一系列潜在操作点。图2展示了等开度曲线示例C1。在此图中，操作点的定位只取决于它们的轴N11坐标和轴T11坐标。等开度曲线为虚线图。在考虑的导向叶片开度，涡轮20的操作点在等开度曲线C1上的某处。若导向叶片开度改变，应更新潜在操作点N′11、T′11和Q’11。以下说明了确定涡轮20操作点的方法。涡轮20操作点具有坐标N11_real、T11_real和Q11_real。在图2中，右上方象限对应于涡轮模式，其中，需要确定机器的操作点。涡轮模式对应于N11和T11均为正值的象限。根据定义，T11、N11和Q11是液压机20的特性参数。它们由以下等式得出：其中，T是水流F在转轮202上产生的扭矩，N是涡轮20的旋转速度，D是转轮202的直径，H是装置2的净水头，Q是装置2的流量。基于以上等式，T11可以用N11函数表示，如以下等式所示：涡轮20的旋转速度N可以通过测量耦合于轴201的交流发电机频率确定。在应用于机器20轴201的动态动量等式基础上，可以计算出水流F施加在机器20上的扭矩T。详细的等式如下：其中，J是轴201的惯性矩，M是交流发电机施加在轴201上的扭矩。然后可以根据等式4计算出第二系列操作点的两个坐标N11和T11。在图2中，操作点的定位只取决于它们的轴N11坐标和轴T11坐标。为使图清晰明了，第二系列潜在操作点的曲线C2以实线表示。第二系列潜在操作点是动态的，其取决于涡轮的旋转速度N和水流F施加在转轮202上的扭矩T。所以，根据旋转速度变量N和/或扭矩变量T，更新第二系列潜在操作点。第二系列包括涡轮20的潜在操作点，其中转轮202处于特定旋转速度N，水流F在转轮202上施加特定扭矩T。换言之，在确定的旋转速度N和扭矩T情况下，涡轮20的操作点位于曲线C2连接第二系列操作点的某处。涡轮20实际操作点的两个坐标于是可以通过确定既属于第一系列，也属于第二系列的操作点推断出来。实际操作点位于等开度曲线C1和曲线C2的交点。N11_real表示沿着轴N11的实际操作点坐标，T11_real表示沿着轴T11的实际操作点坐标。实际上，实际操作点N11_real和T11_real两个坐标可能是数值内插。推断出实际操作点在机器的考虑操作范围内，此操作范围是指示例中的涡轮模式。根据等式1或2，确定实际操作点坐标N11_real和T11_real，可以计算装置2的净水头H。无法直接测量净水头或净水头测量不准确时，净水头计算尤为有用。例如，净水头计算可集成到循环控制系统，以稳定具有S特性的液压机的净水头。水泵涡轮在涡轮模式下启动或弗朗西斯涡轮在高水流下落条件下，可能会出现S特性。了解N11_real和T11_real，可以通过特性曲线图的插值确定第三个坐标Q11。通过涡轮20的水流F的流量Q可以根据等式3计算得出。用于确定净水头H和流量Q的算法的计算步骤由未示出的电子控制单元自动执行，所述控制单元可集成到涡轮控制器中。可以进一步计算一些与实际操作点N11_real、Q11_real、T11_real和Y四组数据相关的偏导数。例如，一些偏导数它们是操作点四元组固有值，用作确定涡轮20控制参数的输入，例如导向叶片方向。在本专利技术的未示出的替代实施例中，可执行相似方法确定卡普兰(Kaplan)涡轮或灯泡式(bulb)涡轮等双重调节涡轮的操作点。双重调节涡轮包括带有可动叶片的轮毂。轮毂周围循环的水流流量也可通过一系列导向叶片进行调节。在此情况下，第一系列潜在操作点N′11和T′11确定用于影响双重调节涡轮可动叶片的定向和影响导向叶片的开度。采用所述方法，可进行同样的计算得出净水头和流过双重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在考虑的操作范围，例如涡轮模式，内确定液压机(20)操作点的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a)确定所述液压机(20)的第一系列潜在操作点的两个坐标(N'11，T'11)，以用于影响所述机器的导向叶片(206)的定向，b)测量机器的旋转速度(N)，c)确定水流(F)对所述机器产生的扭矩(T)，d)根据步骤b)中测量的旋转速度(N)和步骤c)中确定的扭矩(T)，计算所述机器的第二系列潜在操作点的两个坐标(N11，T11)，以及e)推断在所述机器的考虑操作范围内既属于第一系列，也属于第二系列的操作点的两个坐标(N11_real，T11_real)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.15 EP 14290276.61.一种在考虑的操作范围，例如涡轮模式，内确定液压机(20)操作点的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a)确定所述液压机(20)的第一系列潜在操作点的两个坐标(N'11，T'11)，以用于影响所述机器的导向叶片(206)的定向，b)测量机器的旋转速度(N)，c)确定水流(F)对所述机器产生的扭矩(T)，d)根据步骤b)中测量的旋转速度(N)和步骤c)中确定的扭矩(T)，计算所述机器的第二系列潜在操作点的两个坐标(N11，T11)，以及e)推断在所述机器的考虑操作范围内既属于第一系列，也属于第二系列的操作点的两个坐标(N11_real，T11_real)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括步骤e)之后的步骤f)，根据步骤e)推断出的操作点的两个坐标(N11_real，T11_real)和步骤b)或c)确定的旋转速度(N)或扭矩(T)，计算液压机(20)所承受的净水头(H)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括步骤e)后的步骤g)，在步骤e)中推断出的操作点的两个坐标(N11_real，T11_real)基础上，计算所述机器(20)的所述操作点的第三个坐标(Q11_real)。4.根据权利要求2和3所述的方法，其中，所述方法包括步骤f)和g)之后的步骤h)，在步骤f)计算出的所述净水头(H)和步骤g)计算出的所述操作点第三个坐标(Q11_real)的基础上，计算水流通过所述机器(20)的流量(Q)。5.根据权利要求3或4所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q阿洛安，N佩里辛法贝尔，R纪尧姆，
申请(专利权)人：阿尔斯通再生能源技术公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR