一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法技术

一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，属于水力发电领域。本发明专利技术通过在主轴的主轴中心孔内设置电磁阀和气体质量流量计，利用水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值的变化，自动判定水轮机是否需要进行自然补气操作，并通过电磁阀的启闭动作，完成水轮机自然补气动作的优化操作，最终实现通过自然补气保证机组安全稳定运行的目的。补气保证机组安全稳定运行的目的。补气保证机组安全稳定运行的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法


[0001]本专利技术属于水力发电领域，尤其涉及一种基于机组稳定性指标优化水轮机自然补气效果的方法。

技术介绍

[0002]水轮发电机组以其技术成熟、适应范围广的特点，成为应用最广泛的水力发电设备类型。水轮机将水能转换成机械能，水轮发电机将机械能转换成电能，从而完成由水能到电能的能量转换。在上述能量转换过程中，水轮机作为原动机，必须根据电网需要在很宽的负荷范围内运行，不能始终运行在最优运行区域内。混流式水轮机和轴流定浆式水轮机作为单调节水轮机，由于其本身型式的限制，在水轮机偏离最优运行区域运行时，会导致流道内流动状态的恶化，典型现象为部分负荷时转轮出口处压力急剧下降，产生自转轮出口向尾水管延伸的旋转涡带。旋转涡带是导致混流式水轮机和轴流定浆式水轮机尾水管压力脉动增大的主要原因。混流式水轮机和轴流定浆式水轮机尾水管压力脉动的增大，往往会引起水轮发电机组振动和摆度值的增大，对顶盖处振动值的影响尤为严重。常规处理方法是在水轮机主轴中心孔处安装一只逆止阀，当主轴向转轮出口方向的压力差大于定值时，逆止阀开通，否则，逆止阀关闭。一旦混流式和轴流定浆式水轮发电机组发生由水轮机尾水管旋转涡带引起的压力脉动幅值增大，进而导致顶盖振动值增大的现象，由于在水轮机转轮出口处存在尾水管旋转涡带，且其中心部分压力低于大气压力，则逆止阀开通，以自然补气的方式通过水轮机主轴中心孔向转轮出口处补入空气，将水轮机尾水管旋转涡带中心部分压力值升高，减弱乃至消除旋转涡带，最大限度地降低旋转涡带的强度，进而降低由旋转涡带引起的压力脉动幅值，最终实现降低顶盖处振动值，保证机组安全稳定运行的目的。
[0003]在混流式水轮机和轴流定浆式水轮机实际运行过程中，转轮出口处的压力除了在部分负荷的旋转涡带区时低于大气压力外，在小负荷区的碎涡区域和满负荷区域附近的反向柱状涡带区的压力也会低于大气压力，此时逆止阀也会开通，空气也会沿主轴中心孔进入到水轮机转轮出口处。由于上述两工况水轮机内的流动状态均处于相对平稳的状态，对水轮发电机组稳定性的影响不大，反而是空气补入水轮机流道内后，造成了该局部尾水管水流流动状态的紊乱，可能会导致压力脉动幅值增大，进而导致顶盖等机组部件的振动值和轴系摆度值的加大。
[0004]如果能够开发出一种方法，仅在机组部分负荷下产生旋转涡带时，通过水轮机主轴中心孔向转轮出口处自然补气来消除尾水管压力脉动导致的机组振动摆度值的增加。而同样转轮出口处的压力低于大气压力的小负荷区的碎涡区域和满负荷区附近的反向柱状涡带区域不进行自然补气，避免干扰上述两工况的尾水管流动状态，避免因该局部水流流动状态紊乱程度的加剧导致尾水管压力脉动幅值上升，进而导致顶盖等机组部件的振动值加大的不利情况发生的话，对于保证机组的安全稳定运行具有重要的意义。
[0005]有鉴于此，有必要开发一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，以解决传统方法中仅根据转轮出口处压力低于大气压力即进行自然补气，造成小负荷区域和满负荷区域流动状态进一步紊乱导致的压力脉动增大、顶盖等部件振动上升、影响机组安全稳定运行的问题。本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，所述方法是通过如下步骤实现的：
[0008]S1：开启电磁阀；
[0009]S2：水轮发电机组稳定运行；
[0010]S3：测量水轮发电机组的工况数据；
[0011]S4：测量水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度数据；
[0012]S5：通过气体质量流量计确定是否有补气现象发生：如果发生补气现象，则执行S6；否则，执行S2；
[0013]S6：判断水轮发电机组运行工况是否发生变化：如果水轮发电机组运行工况发生变化，则执行S7；否则，执行S2；
[0014]S7：判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否增大：如果水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值增大，则执行S8；否则，执行S2；
[0015]S8：关闭电磁阀；
[0016]S9：判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否降低：如果水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值降低，则执行S10；否则，执行S1；
[0017]S10：水轮发电机组稳定运行；
[0018]S11：判断水轮发电机组运行工况是否发生变化：如果水轮发电机组运行工况发生变化，则执行S1；否则，执行S10。
[0019]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S1，还包括在水轮机上构造自转轮，经主轴连通至大气的主轴中心孔步骤。
[0020]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S1，还包括主轴中心孔中设置逆止阀步骤。
[0021]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S1，还包括主轴中心孔中设置气体质量流量计步骤。
[0022]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S1，还包括主轴中心孔中设置电磁阀步骤。
[0023]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S4，水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否发生变化按下面的程序执行：
[0024]ꢀꢀꢀꢀ
（1）
[0025]式（1）中：
[0026]△
ν：水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值相对变化率；
[0027]ν0：电磁阀（5）开启状态下，水轮发电机组的顶盖振动和主轴摆度值；
[0028]ν
c
：电磁阀（5）关闭状态下，水轮发电机组的顶盖振动和主轴摆度值。
[0029]若满足
△
ν≥10%且ν0‑
ν
c
>0条件，则判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值降低；若满足
△
ν≥10%且ν0‑
ν
c
<0条件，则判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值增大。
[0030]在上述基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法中，所述S6中，水轮发电机组运行工况是否发生变化按下面的程序执行：
[0031]ꢀꢀꢀ
（2）
[0032]式（2）中：
[0033]△
H：水头变化率；
[0034]H0：前一时刻的水头；
[0035]H1：下一时刻的水头。
[0036]ꢀꢀꢀꢀ
（3）
[0037]式（3）中：
[0038]△
P：水轮发电机组出力变化率；
[0039]P0：前一时刻的水轮发电机组出力；
[0040]P1：下一时刻的水轮发电机组出力。
[0041]若满足
△
H≥3%或
△
P≥2%条件，则判断水轮发电机组运行工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，其特征在于：所述方法是通过如下步骤实现的：S1、开启电磁阀（5）；S2、水轮发电机组稳定运行；S3、测量水轮发电机组的工况数据；S4、测量水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度数据，并计算水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否发生变化；S5、通过气体质量流量计（6）确定是否有补气现象发生：如果发生补气现象，则执行S6；否则，执行S2；S6、判断水轮发电机组运行工况是否发生变化：如果水轮发电机组运行工况发生变化，则执行S7；否则，执行S2；S7、判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否增大：如果水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值增大，则执行S8；否则，执行S2；S8、关闭电磁阀（5）；S9：判断水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值是否降低：如果水轮发电机组顶盖振动和主轴摆度值降低，则执行S10；否则，执行S1；S10、水轮发电机组稳定运行；S11、判断水轮发电机组运行工况是否发生变化：如果水轮发电机组运行工况发生变化，则执行S1；否则，执行S10。2.根据权利要求1所述的一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，其特征在于：所述S1中，还包括水轮机设置了自转轮（1），经主轴（2）连通至大气的主轴中心孔（3）的补气通道的步骤。3.根据权利要求1所述的一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，其特征在于：所述S1中，还包括主轴中心孔（3）中设置逆止阀（7）的步骤。4.根据权利要求1所述的一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，其特征在于：所述S1中，还包括主轴中心孔（3）中设置气体质量流量计（6）的步骤。5.根据权利要求1所述的一种基于水轮发电机组稳定性指标的水轮机自然补气方法，其特征在于：所述S1中，还包括主轴中心孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，王义涛，李洪超，王庆斌，张金伟，明亮，赵英男，郭全宝，徐洪亮，韩东邑，赵越，王文天，张锐，付国龙，
申请(专利权)人：哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：