高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高油壓控制水輪機(jī)槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)水電站水文資料及機(jī)組參數(shù)建立的一種選擇槳葉角度計(jì)算方法的模糊數(shù)學(xué)模型。即隨水頭和流量變化通過(guò)高油壓控制槳葉調(diào)節(jié)電液執(zhí)行器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪槳葉至計(jì)算角度，獲得較高水能轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)高油壓控制槳葉角度快調(diào)式水輪發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量最大的目標(biāo)。其關(guān)鍵技術(shù)為：水輪機(jī)槳葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器采用高油壓控制系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的球頭浮動(dòng)密封，完全克服了高油壓轉(zhuǎn)動(dòng)密封裝置漏油問(wèn)題。填補(bǔ)了轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組使用高油壓調(diào)速器系統(tǒng)控制槳葉調(diào)節(jié)的技術(shù)空白，對(duì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)重大的技術(shù)創(chuàng)新。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法及裝置，介于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)和定槳式水輪機(jī)之間的調(diào)槳式水輪機(jī)，采用高油壓調(diào)速器系統(tǒng)控制，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)槳葉運(yùn)行角度，使得水輪發(fā)電機(jī)組在不同的運(yùn)行工況區(qū)域，選取適合的角度運(yùn)行，始終獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，能源局勢(shì)緊張。石油、煤炭等不可再生資源日益枯竭，使人們對(duì)可再生資源的依賴(lài)日益增加。這正是水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電得以蓬勃發(fā)展的主要原因。而在諸多的可再生能源中，水電的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。隨著中高水頭電站的廣泛開(kāi)發(fā)，可開(kāi)發(fā)的資源正在日益減少。近年來(lái)，水頭50m，其機(jī)組型式主要為貫流式水輪發(fā)電機(jī)組、軸流定槳及軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，已逐漸成為水電資源開(kāi)發(fā)的主流。
[0003]水輪機(jī)是水力發(fā)電設(shè)備的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)輪是實(shí)現(xiàn)水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的心臟部件。軸流定槳式水輪發(fā)電機(jī)組，其葉片安放角度不可調(diào)節(jié)，只在單一流量時(shí)可獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率，當(dāng)機(jī)組偏離最優(yōu)工況時(shí)，進(jìn)口水流在葉片頭部產(chǎn)生沖擊，在葉片的背面產(chǎn)生脫流和空蝕，產(chǎn)生較大的水力損失，引起振動(dòng)，水能轉(zhuǎn)化效率會(huì)急劇下降。
[0004]轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的導(dǎo)水葉和槳葉開(kāi)度保持協(xié)聯(lián)關(guān)系，始終獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率。但其槳葉通過(guò)受油器調(diào)節(jié)，受油器因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封困難，常常存在或多或少的漏油、竄油問(wèn)題污染環(huán)境。同時(shí)導(dǎo)致調(diào)速器油壓裝置中的油泵啟動(dòng)頻繁，對(duì)油泵磨損嚴(yán)重，且損耗大量廠用電。
[0005]在能源十分緊缺的今天和明天，水電站開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中環(huán)境和安全問(wèn)題擺在了一個(gè)比較重要的位置，需降低工程造價(jià)與減少運(yùn)行費(fèi)，提高資源利用率，通過(guò)對(duì)水電資源均衡開(kāi)發(fā)和持續(xù)發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步的不斷探索挖掘水電能源技術(shù)的巨大潛力。
[0006]為了克服現(xiàn)有定槳式水輪機(jī)以及轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)技術(shù)上的不足，需要一種簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、環(huán)保的高油壓控制水輪機(jī)槳葉電液調(diào)節(jié)裝置。采用先進(jìn)的槳葉角度計(jì)算方法的數(shù)學(xué)模型，解決了調(diào)槳式水輪機(jī)的最優(yōu)運(yùn)行問(wèn)題，即隨水頭和流量變化通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪槳葉合適角度，提高機(jī)組運(yùn)行工況的適應(yīng)能力，解決定槳式水輪機(jī)組高效率區(qū)狹窄的問(wèn)題，擴(kuò)大機(jī)組的應(yīng)用范圍，確保不同流量時(shí)轉(zhuǎn)輪均在較優(yōu)工況下運(yùn)行，始終獲得較高水能轉(zhuǎn)化效率。而高油壓控制水輪機(jī)槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，與導(dǎo)葉沒(méi)有協(xié)聯(lián)關(guān)系，槳葉調(diào)節(jié)采用高油壓控制系統(tǒng)，調(diào)速器體積小、重量輕、成本降低，同時(shí)改變了轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的槳葉操作系統(tǒng)，取消了受油器和相應(yīng)的操作油管、輪轂潤(rùn)滑油管等，從而使機(jī)組轉(zhuǎn)輪在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)無(wú)油狀態(tài)。采用標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)接頭球頭浮動(dòng)密封，解決因漏油造成的環(huán)境污染及油泵頻繁啟動(dòng)等問(wèn)題，節(jié)省廠用電，簡(jiǎn)化控制環(huán)節(jié)，為電站節(jié)省了人工費(fèi)及設(shè)備投入和維修費(fèi)用，給電站帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，杜絕漏油對(duì)河水的環(huán)境污染。且運(yùn)行更方便、安全、可靠。該高油壓控制水輪機(jī)槳葉電液調(diào)節(jié)裝置技術(shù)在國(guó)內(nèi)外沒(méi)有應(yīng)用先例，填補(bǔ)了水電站轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組使用高油壓調(diào)速器系統(tǒng)控制的技術(shù)空白，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)重大的技術(shù)創(chuàng)新，具有較大的經(jīng)濟(jì)潛力和推廣價(jià)值。
[0007]特別有些電站的水文參數(shù)集中在三到四個(gè)工況運(yùn)行，對(duì)應(yīng)的相當(dāng)于轉(zhuǎn)輪葉片調(diào)整三、四個(gè)角度，這種電站，采用高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，有著十分重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一是提供一種始終獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法。
[0009]本發(fā)明的目的之二是提供一種始終獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)裝置。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:提供一種高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法，水輪機(jī)槳葉角度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)上，采用高油壓調(diào)速器控制系統(tǒng)，通過(guò)槳葉角度的模糊數(shù)學(xué)模型計(jì)算方法，水輪發(fā)電機(jī)組不同運(yùn)行工況下，槳葉開(kāi)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)至合適的槳葉角度運(yùn)行，解決了定槳式水輪機(jī)組高效率區(qū)運(yùn)行狹窄的問(wèn)題，擴(kuò)大機(jī)組的運(yùn)行范圍。實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同的運(yùn)行工況下，獲得較高的水能轉(zhuǎn)化效率，充分利用水能。包括以下步驟:
[0011](I)建立水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線的數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0012](2)將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0013](3)導(dǎo)入發(fā)電站長(zhǎng)年日徑流量序列及水頭數(shù)據(jù)；
[0014](4)建立槳葉角度調(diào)節(jié)計(jì)算的模糊數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，模型滿(mǎn)足足夠精度要求；
[0015](5)以槳葉角度β為待求參數(shù)，綜合步驟(3)導(dǎo)入的水文數(shù)據(jù)，建立以效率Π為中間變量，以年發(fā)電量E最大為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和安全穩(wěn)定限制條件，
采用優(yōu)化算法，求得槳葉角度；
[0016](6)在線采集水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時(shí)工況參數(shù):凈水頭H，機(jī)組引用流量Q從而確定槳葉角度的切換點(diǎn)；
[0017](7)采用高油壓調(diào)速器控制轉(zhuǎn)輪槳葉的接力器，在動(dòng)態(tài)的情況下，可以人為手動(dòng)或電動(dòng)控制方式，使位于發(fā)電機(jī)側(cè)的高壓油槳葉調(diào)節(jié)電液執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，調(diào)整葉片的轉(zhuǎn)角，當(dāng)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)角后，投入機(jī)械或液壓鎖錠，將葉片固定，從而實(shí)現(xiàn)槳葉角度調(diào)節(jié)的目的。
[0018]所述模糊數(shù)學(xué)模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法，水輪機(jī)槳葉角度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)上，采用高油壓調(diào)速器控制槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)槳葉角度的模糊數(shù)學(xué)模型計(jì)算方法，水輪發(fā)電機(jī)組在不同運(yùn)行工況下，對(duì)槳葉開(kāi)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)至合適的槳葉角度運(yùn)行，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線的數(shù)據(jù)庫(kù)； (2)將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)； (3)導(dǎo)入發(fā)電站長(zhǎng)年日徑流量序列及水頭數(shù)據(jù)； (4)建立槳葉角度調(diào)節(jié)計(jì)算的模糊數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，模型滿(mǎn)足足夠精度要求； (5)以槳葉角度β為待求參數(shù)，綜合步驟(3)導(dǎo)入的水文數(shù)據(jù)，建立以效率η為中間變量，以年發(fā)電量E最大為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和安全穩(wěn)定限制條件，采用優(yōu)化算法，求得槳葉角度(P |3；-.)； (6)在線采集水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時(shí)工況參數(shù):凈水頭H，機(jī)組引用流量Q從而確定槳葉角度的切換點(diǎn)； (7)采用高油壓調(diào)速器控制轉(zhuǎn)輪槳葉的接力器，在動(dòng)態(tài)的情況下，可以人為手動(dòng)或電動(dòng)控制方式，使位于發(fā)電機(jī)側(cè)的高壓油槳葉調(diào)節(jié)電液執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，調(diào)整葉片的轉(zhuǎn)角，當(dāng)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)角后，投入機(jī)械或液壓鎖錠，將葉片固定，從而實(shí)現(xiàn)槳葉角度調(diào)節(jié)的目的。 所述模糊數(shù)學(xué)模型為:
2.如權(quán)利要求1所述的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法，其特征在于，槳葉運(yùn)行角度的調(diào)節(jié)計(jì)算方法，包括所述步驟(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，(6)，其步驟(4)中所述模糊數(shù)學(xué)模型采用具有自學(xué)習(xí)功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，不斷自適應(yīng)更新所述優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，提高精度；所述步驟(5)中的所述目標(biāo)函數(shù)要求為發(fā)電量最大；所述步驟(6)中水輪發(fā)電機(jī)組槳葉角度的切換點(diǎn)，以效率最大為目標(biāo)進(jìn)行制定。
3.如權(quán)利要求1所述的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)槳葉角度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過(guò)所述模糊數(shù)學(xué)模型計(jì)算，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組不同運(yùn)行工況下，槳葉開(kāi)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)至計(jì)算的槳葉角度運(yùn)行。
4.一種高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括:發(fā)電機(jī)外殼、機(jī)組主軸、槳葉接力器、電磁閥組、油路集成塊、位移傳感器，所述關(guān)鍵部件油路集成塊固定在發(fā)電機(jī)外殼上，不隨機(jī)組大軸旋轉(zhuǎn)；所述油路集成塊的油管路采用彈性高壓軟管將壓力油送至旋轉(zhuǎn)的槳葉接力器中，且所述油路集成塊上還安裝有非接觸的槳葉位移傳感器，實(shí)現(xiàn)槳葉角度位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)，所述槳葉接力器外殼固定在機(jī)組端主軸上，所述接力器活塞固定在操作桿上，并與機(jī)組主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，所述活塞經(jīng)過(guò)液壓油操作帶動(dòng)槳葉葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，所述槳葉調(diào)節(jié)的電磁閥組和電控裝置可單獨(dú)設(shè)計(jì)，也可置于高油壓調(diào)速器控制柜中，所述槳葉電液調(diào)節(jié)裝置可立式或者臥式安裝，顛覆了轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉受油器的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要4所述的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，油路集成塊采用標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)接頭球頭浮動(dòng)密封，為高速高壓密封結(jié)構(gòu)，無(wú)密封圈接觸磨損，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)摩擦熱產(chǎn)生，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1500r/min,最高油壓等級(jí)可達(dá)25MPa。
6.如權(quán)利要求4所述的高油壓控制水輪機(jī)的槳葉電液調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述步驟(7)中可以人為手動(dòng)或電動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)槳葉角度調(diào)節(jié)的目的。
【文檔編號(hào)】F03B15/00GK103939273SQ201410124510
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月29日
【發(fā)明者】鄭程遙, 劉安平, 范遠(yuǎn)明, 劉鈺, 文北福 申請(qǐng)人:深圳市恩萊吉能源科技有限公司