Способ определения комбинаторной зависимости поворотно-лопастной гидротурбины Советский патент 1984 года по МПК F03B15/12 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для автоматического определения натурных комбинаторных зависимостей поворотнолопастных, а также капсульных и диагональных агрегатов гидроэлектростанции (ГЭС). Наиболее близким к изобретению является способ определения комбинаторной зависимости поворотно- лопастной гидротурбины путем последовательного выявления режимов максимального коэффициента полезного действия при подаче на входы приводов лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса управляющих и пробных воздействий с измерением давления воды, мощности и положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса при заданном напоре и мощноеVH 1 Недостатком известного способа является пониженная точность и достаточно сложная реализация. Цель изобретения - повышение точности и упрощение реализации. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения комбинаторной зависимости поворотно-лопастной гидротурбины путем последовательного выявления режимов максимального коэффициента по: лезного действия при подаче на входы приводов лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса управляющих и пробных воздействий с измерением давления воды, МО1ДНОСТИ и положен 1й лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса при заданном напоре и мощности, пробные воздействия формируют в виде двух противофазных периодических сигналов, один из которых подают на привод лопаток направляющего аппарата, а другой - на привод лопастей рабочего колеса, формируют два индикаторных сигнала, первый из которых равен произведению разности периодических сигналов и сигнала, пропорционального давлению , а второй - произведению той же разности и сигнала, пропорционального мощности, оба индикаторных сигнала интегрируют и пропорционально интегралу первого индикаторного сигнала увеличивают (уменьшают) амплитуду одного периодического сигнала и уменьшают (увеличивают) амплитуду другого периодического сигнала, изменяют положение лопаток направляющего аппарата и лопастей, рабочего колеса пропорционально интегралу второго индикаторного сигнала до достижения средними значениями индикаторных сигналов нулевого значений и по достиг41утым средним значениям положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабо чего колеса выявляют режимы максимального коэффициента полезного действия. Данный способ основывается, на следующих положениях. Мощность, развиваемая гидротурбиной, можно определить по формуле N Q-H-7r.О) гдеQ-расход воды через агрегат; Н - действующий напор; . 1г - гидравлический КПД турбины. Заданная мощность у турбин с двумя регулирующими органами (лопатками направляющего аппарата и лопастями рабочего колеса) может быть достигнута при различных величинах открытий последних. Сочетание открытий, при которых КПД достигает максимума, обеспечивает наиболее экономичный режим работы и гарантирует выработку наибольщего количества энергии при заданных запасах воды. Конечной целью способа является нахождение именно этих режимных точек. Из теории гидротурбин известно, что изменение расхода вызывает в движущихся в водоводах массах воды возникновение поля давлений,обусловленного инерционными силами. Эта составляющая носит название динамического давления (напора) и определяется зависимостью ь т«,4 гдеН ii, ,: По«о HoHQj,-напор и расход для какого-то расчетного режима, принятого за базовый, например, для номинальных оборотов турбины; Т - постоянная времени водовода, характеризующая количество энергии, запасенной в движущейся массе воды. Если регулирующие органы отклоняются от некоторых положений на величины леи и uVсоответственно, то, учитывая зависимости .Ч,-я(л,)). 2r 1r()i для малых колебаний имее.м e-e(-fe)- )(oi) - гидравлический КПД для расчетного режима. 9 4а 1 1. ott , i alb dT TJT ndt h At 7,.|lr.,,.ibL..f,. Исключим из уравнений (3) все перемен ные, кроме fn / ftOt и Д f-,° одновременно обозначив Н Ч г f. . Но .j77 -i ( 9.irс Qo In - «-I H Q , - HO Qo J. Тогда имеем ( .C,(.. , т / A.li.UL. . (f5 dt f Al Зададим пробное движение регулирующих органов по следующему закону &А а.| и in Wot -, Л V- aj,-5iTiUiot, - k-l. гдеа, К.а, - К - коэффициент пропорциональности, WQ -круговая частота периодического сигнала f- менее 0,5 Гц). Тогда из J4) и (5). следует c,( « ВеличинаН равна нулю, так как определяется решением уравнения T- fl-fN -T -«(.й «co3u),t.(7) Таким образом, на основании зависимости (6) можно утверждать, что при выполнении условий (5) колебаниям мощности, вызванным пробным движением, соответствуют случаи поиска экстремума при условии Q const и Н const и, следовательно, совпадают с колебаниями КПД при данном пробном движении. Мощность колеблется в фазе с сигналом до(. Для достижения экстремума надо двигаться в сторону увеличения а и уменьшения При достижении экстремума в выходном сигнале мощности не будет содержаться первой гармоники, а при переходе через него изменится фаза колебания мощности по отношению к сигналу&й. Если в качестве меры близости к экстремуму взять произведение -li , то управление смещением регулирующих органов по закону «eCto+Y -l./di t-tor-u-ii приведет систему к искомой точке, гак как среднее значение величины l. за период 2n/MJp (коэффициент Фурье при первой гармонике в сигнале отклонения моц ности) равно нулю в точке экстремума и меняет знак при переходе через нее. Выбор коэффициентов j и в также может быть автоматизирован. Согласно (7) условия- (5) будут выполнены, если at К ту-- 0-1 - К j-f-- при этом колебания давления с частотой, равной частоте пробного сигнала, будут отсутствовать. Для этого формируется сигнал J. h sin . Среднее значение сигнала Jj за периоД указывает величину и знак отклонения давления в трубопроводе и позволяет управлять выбором коэффициентов tti и ft. Комбинаторная зависимость - это зависимость угла разворота лопастей рабочего колеса от положения лопаток направляющего аппарата при заданном напоре или мощности, обеспечивающая максимум КПД. Для поиска максимума КПД организовывается пробное движение с подачей на входу электрогидравлических следящих систем приводов лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса пробных воздействий так, чтобы Q const и Н const, тогда из уравнения (1) . максимум КПД совпадает с максимумом мощности. Способ содержит следующие операции. 1. Формируют два противофазных периодических сигнала. Один из них подают на лопатки направляющего аппарата, другой - на лопасти рабочего колеса.. Амплитудой формируемых сигналов можно согласованно управлять, если их задать, например в следующем виде лЯ()з1Т1и5.1 и (l-)sinw)t, где -14 Д I (управляющий сигнал). Отношение - -jr-V- за счет изменения Л может быть изменено в диапазоне (О,-), образом, условие таким a. Kf; на. -К| выполняется за с.чет выбора . Если электрогидравлические приводы - опаток направляющего аппарата и лопастеи рабочего колеса имеют различные быстродеиствия, то в цепь одного из пробных сигналов вводится фазовращатель, управляемый измерителем фазы, входы которого подключены к выходам датчиков положения регулирующих органов. 2. Для выполнения поставленных условий формируют два индикаторных сигнала Ji и Jj. Первый из них равен произведению разности пробных периодических сигналов, так как два входных сигнала подаются в противофазе, и сигнала, пропорционального давлению Ji h 2sinuet, и является как бы индикатором минимума изменения давления. Равенство нулю среднего значения Ji за период свидетельствует 6 том, что пробное движение не вызывает изменения давления, следовательно, расход постоянен. Второй сигнал представляет собой произведение той же разности и сигнала, пропорционального мощности Jj n-2sinw et|j и является индикатором максимума мощности. Равенство нулю среднего значения Jjt за период /uJo свидетельствует о том, что пробное движение не вызывает измене

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМБИНАТОРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ГИДРОТУРБИНЫ путем последовательного выявления режимов максимального коэффициента полезного действия при подаче на входы приводов лопаток направляющего аппарата и..лопастей рабочего колеса управляющих и пробных воздействий с измерением давления воды, мощности и положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса при заданном напоре и мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения Точности и упрощения реализации, пробные .воздействия формируют в виде двух противофазных периодических сигналов, один из которых подают на привод лопаток направляю1дего аппарата, а другой - на привод лопастей рабочего колеса, формируют два индикаторных сигнала, первый из которых равен произведению разности периодических сигналов и сигнала, пропорционального давлению, а второй - произведению той же разности и сигнала, пропорциональ-, ного мощности, оба индикаторных сигнала интегрируют и пропорционально интегралу первого индикаторного сигнала увеличивают (уменьшают) амплитуду одного периодического сигнала и уменьшают (увеличивают) амплитуду другого периодического сигнала, изменяют положение лопаток направляю € щего аппарата и лопастей рабочего колеса (Л пропорционально интегралу второго индикаторного сигнала до достижения средними значениями индикаторных сигналов нулевого значения и по достигнутым средним значениям положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеей выявляют режимы максимального коэффициента полезного Действия. СХ)