一种贯流式水轮机最优协联优化方法技术

本发明专利技术公开了一种贯流式水轮机最优协联优化方法，以定桨叶变导叶的方式，对水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线；以1:1进行建模，以定桨叶变导叶的方式，完全模拟真机测试工况进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线；真机协联关系与计算协联关系进行对比分析；进行全周期、全工况数值计算，得到能完全表达真机协联关系的计算协联关系，得到协联曲线及修正特性参数；依据计算修正效率、计算修正流量、计算修正机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度，进行运行优化方案。本发明专利技术极大提高了水轮机运行效率，增加了发电量。

【技术实现步骤摘要】
一种贯流式水轮机最优协联优化方法
本专利技术属于水轮机组
，尤其涉及一种贯流式水轮机最优协联优化方法。
技术介绍
贯流式水轮机为典型的双调节机组，在运行中桨叶随着导叶的变化而随动，导叶与桨叶的这种随动关系称为协联关系，但是由于贯流式水轮机组特殊性、低水头、大流量的运行特点、以及水头变量较大、运行中转轮室变形、栏污栅堵塞等问题导致实际协联偏离设计协联较大，造成能量转化与稳定性的问题较为严重，在工运行中常常存在以下几个问题：(1)设计协联关系来自模型试验，与真机实际情况差别较大，相关性能实验测试与实际情况容易不一致。(2)由于季节性影响，大部分河流流量及水轮机水头变化，是以一年为一个自然周期，考虑到成本、安全等因素，真机协联试验不可能做出全周期的测试，仅仅在某一限定水头下做出有限的点，与全周期、全工况运行的水轮机偏差较大。(3)由于机组实际运行在非协联工况，故机组振动较大，影响机组的寿命。(4)由于过机流量的监测手段问题，水轮机的流量无法测取，机组的优化运行方案难以实施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种贯流式水轮机最优协联优化方法，旨在采用现场真机试验与同模型、同工况数值计算、修正的方法，得到各种干扰条件下的机组协联关系；基于真机协联工况，按照流量、出力、效率进行运行优化。本专利技术是这样实现的，一种贯流式水轮机最优协联优化方法，所述贯流式水轮机最优协联优化方法包括：步骤一，以定桨叶变导叶的方式，对水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度；步骤二，以1:1进行建模，以定桨叶变导叶的方式，分别按照水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞条件，完全模拟真机测试工况进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度；步骤三，真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数流量与计算流量、机组出力与计算机组出力、导叶开度与计算导叶开度、轮叶开度与计算轮叶开度之间的数学关系；进行全周期、全工况数值计算，得到能完全表达真机协联关系的计算协联关系，得到协联曲线及修正特性参数；步骤四，依据计算数据修正调速器协联曲线，是调速器得到符合实际现状的真机协联关系；依据计算修正效率、计算修正流量、计算修正机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度，进行运行优化方案。进一步，步骤一具体包括：选定部分定浆工况，以定桨叶变导叶的方式，以测试最高效率为目标，在水头变化、转轮室变形、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度特性曲线。进一步，步骤二具体包括：以1:1简历真机模型，完全模拟真机试验的工况，计算边界条件式完全模拟水头变化、转轮室变形、进口栏污栅堵塞情况，以定桨叶变导叶的方式，进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力。进一步，步骤三具体包括：真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数流量与计算流量、机组出力与计算机组出力、导叶开度与计算导叶开度、轮叶开度与计算轮叶开度之间的数学关系。进一步包括：贯流式水轮机翼型阻力损失和端部损失相对系数：当偏离最优工况式，转轮损失的进口撞击损失：式中：Dx为叶栅阻力系数；k为转轮影响系数，由转轮形状及叶片安放角而定；Q11为单位流量，单位为m3/s；β∞为相对进口水流角，单位为°；V1Z为绝对速度沿轴向的分速度，单位为m/s；β1为偏离最优工况时进口水流角，单位为°；β1'为无撞击进口水流角，单位为°；H为工作水头，单位为m；g为重力加速度单位为m/s2；其中：式中：为转轮轮毂比；n11为单位转速，单位为r/min；为相对中值半径，D为水轮机公称直径，单位为m；r为水轮机计算半径，单位为m；ηs转轮水力效率；a1为导叶出口水流角，单位为°；β0为转轮叶片的转角，单位为°；τ为叶栅稠密度的特性参数；单位转速不变时，对上式的导叶开度变量求导：其中为变量函数，cy为升力系数；β11为最优工况时进口水流角，(°)；K1为给定转轮型号常数；ηn为额定工况时对应的转轮水力效率；F为过水断面面积，单位为m2；得时，β1＝β11，β11为最优工况时进口水流角，此时进口无撞击或撞击较小，即β11也就是无撞击进口水流角β1'，为无撞击进口，撞击损失最小，存在最优水流角a10，对应单位流量为Q110，当a1>a10时，随着单位流量Q11的增加，cotβ1增大，则形成负冲角，在导叶背面产生撞击；当a1<a10时，随着单位流量Q11的增加，则形成正冲角，在导叶正面产生冲击。进一步，步骤四具体包括：依据计算数据修正调速器协联曲线，是调速器得到符合实际现状的真机协联关系；依据计算修正效率、计算修正流量、计算修正机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度，进行运行优化方案。本专利技术的另一目的在于提供一种使用所述贯流式水轮机最优协联优化方法的水轮机控制系统。本专利技术提供的贯流式水轮机最优协联优化方法，得到真机协联关系与计算协联关系之间的关系，为调速系统正确运行提供依据，得到计算绝对效率、出力、流量，进行运行方案优化，极大提高水轮机运行效率，增加发电量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的贯流式水轮机最优协联优化方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的部分工况真机相对效率测试示意图。图3是本专利技术实施例提供的部分工况真机导叶开度曲线示意图。图4是本专利技术实施例提供的部分工况真机协联关系曲线示意图。图5是本专利技术实施例提供的部分工况计算效率曲线示意图。图6是本专利技术实施例提供的部分工况计算协联关系曲线示意图。图7是本专利技术实施例提供的部分工况设计、真机、计算协联关系对比分析示意图。图8是本专利技术实施例提供的全工况效率-流量特性曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的贯流式水轮机最优协联运行方法，利用真机试验与同模型、同工况的数值计算，得到真机协联关系，得到机组的各种工况下的流量、出力、效率的曲线，对其进行运行优化，在提高效率、稳定性的基础上，进行运行方案优化，提高了水能利用效率。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的贯流式水轮机最优协联优化方法包括以下步骤：S101：以定桨叶变导叶的方式，对水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度；S102：以1:1进行建模，以定桨叶变导叶的方式，分别按照水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞条件，完全模拟真机测试工况进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度；S103：真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数流量与计算流量、机组出力与计算机组出力、导叶开度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贯流式水轮机最优协联优化方法，其特征在于，所述贯流式水轮机最优协联优化方法包括：步骤一，以定桨叶变导叶的方式，对水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度；步骤二，以1:1进行建模，以定桨叶变导叶的方式，分别按照水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞条件，完全模拟真机测试工况进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度；步骤三，真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数流量与计算流量、机组出力与计算机组出力、导叶开度与计算导叶开度、轮叶开度与计算轮叶开度之间的数学关系；进行全周期、全工况数值计算，得到能完全表达真机协联关系的计算协联关系，得到协联曲线及修正特性参数；步骤四，依据计算数据修正调速器协联曲线，是调速器得到符合实际现状的真机协联关系；依据计算修正效率、计算修正流量、计算修正机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度，进行运行优化方案。

【技术特征摘要】
1.一种贯流式水轮机最优协联优化方法，其特征在于，所述贯流式水轮机最优协联优化方法包括：步骤一，以定桨叶变导叶的方式，对水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度；步骤二，以1:1进行建模，以定桨叶变导叶的方式，分别按照水头变化较大、转轮室变形较大、进口栏污栅堵塞条件，完全模拟真机测试工况进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度；步骤三，真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数流量与计算流量、机组出力与计算机组出力、导叶开度与计算导叶开度、轮叶开度与计算轮叶开度之间的数学关系；进行全周期、全工况数值计算，得到能完全表达真机协联关系的计算协联关系，得到协联曲线及修正特性参数；步骤四，依据计算数据修正调速器协联曲线，是调速器得到符合实际现状的真机协联关系；依据计算修正效率、计算修正流量、计算修正机组出力、计算导叶开度、计算轮叶开度，进行运行优化方案。2.如权利要求1所述的贯流式水轮机最优协联优化方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：选定部分定浆工况，以定桨叶变导叶的方式，以测试最高效率为目标，在水头变化、转轮室变形、进口栏污栅堵塞复杂条件下进行部分工况协联关系测试，得到符合实际运行工况的协联曲线，相对效率、指数流量、机组出力、导叶开度、轮叶开度特性曲线。3.如权利要求1所述的贯流式水轮机最优协联优化方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：以1:1简历真机模型，完全模拟真机试验的工况，计算边界条件式完全模拟水头变化、转轮室变形、进口栏污栅堵塞情况，以定桨叶变导叶的方式，进行协联关系数值计算，得到机组计算协联曲线，得到计算效率、计算流量、计算机组出力。4.如权利要求1所述的贯流式水轮机最优协联优化方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：真机协联关系与计算协联关系进行对比分析，得到相对效率与计算效率、指数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正贵，柴芯，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51