Разработка усовершенствованной методики расчета и исследование переходных процессов в агрегатах ГЭС после сброса нагрузки

• Автор: Новкунский, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 256 с. : ил.

РЕФЕРАТ

256 стр., 103 рис., 54 табл., 108 библиогр. найм.

РАДИАЛЬНО-ОСЕВАЯ ГИДРОТУРБИНА, ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНАЯ ГИДРОТУРБИНА, ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС, СБРОС НАГРУЗКИ, ГАРАНТИИ РЕГУЛИРОВАНИЯ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР, ПРОГРАММНЫЙ ЗАКОН ЗАКРЫТИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА, ПОВЫШЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ, ИЗМЕНЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ, СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, ПРОГРАММА РАСЧЕТА НА ПЭВМ, ПОЛНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, РАЗГОННБ1Й РЕЖИМ
Предметом изучения в данной работе был наиболее опасный переходный процесс (ПП) в гидротурбоагрегатах - аварийный процесс после сброса нагрузки (СН). Разработана и реализована на ПЭВМ усовершенствованная методика ЛПИ для расчета ПП после СН, использующая полные статические характеристики гидроагрегатов. Она пригодна для всех типов гидротурбин. Программа позволяет рассчитывать ПП как при программном движении лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса на закрытие, так и при отказе системы автоматического регулирования. Выполнены систематические расчеты ПП в натурных поворотно-лопастных и радиально-осевых гидроагрегатах после СН. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов показало сходимость, достаточную для инженерной практики. Предложенная методика может быть рекомендована для ускорения и облегчения проведения серий расчетов переходных процессов в гидротурбинах одинарного и двойного регулирования в инженерных, научных и учебных целях.

ABSTRACT

256 pages, 103 drawings, 54 charts, 108 bibliography titles

FRANCIS TURBINE, KAPLAN-TURBINE, REGULATION GUARANTEES, HYDRAULIC TRANSIENT, WATERHAMMER, LOAD REJECTION, SPEED RISE, PRESSURE RISE, WICKET GATE PROGRAMMABLE CLOSING LAW, AUTOMATIC CONTROL SYSTEM, COMPUTATIONAL SOFTWARE, FULL STATIC HYDROTURBINE HILL DIAGRAM, ACCELERATION CONDITION
The main subject of this research was the most dangerous hydraulic transient in hydroturbincs - an emergency transient after load rejection. Advanced technique of LPI for calculation transients after load rejection, using full static hydroturbine hill diagrams was developed and designed on PC. It is suitable for all types of hydroturbines. The software allows to calculate transients in both cases: during programmable wicket gate and runner blades closing laws and during automatic control system failure. Series of transients calculations after load rejection were made in Francis and Kaplan turbines. Comparison of computational and experimental results has shown convergence, sufficient for engineering practice. The designed technique can be recommended to expedite and facilitate series of engineering calculations of transients after load rejection in single regulation and double regulation units in the engineering, scientific and educational purposes.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список принятых сокращений
Введение
Глава 1. Обзор научно-технической литературы и постановка задачи
1.1. Классификация гидромеханических переходных процессов
в турбинных гидроагрегатах
1.2. Физическая сущность переходных процессов в гидроагрегатах
1.3. Краткий обзор публикаций, посвященных изучению переходных процессов в ГА после сброса нагрузки
1.4. Постановка задачи и выбор объектов исследования
Глава 2. Усовершенствованная методика ЛПИ для расчета переходных процессов в турбинных гидроагрегатах после сброса нагрузки
2.1. Полные статические характеристики гидротурбин
2.2. Относительное изменение напора при переходных процессах
2.2.1. Схема «жесткого» гидроудара
2.2.2. Схема упругого гидроудара
2.3. Распределение давления при наличии двух регулирующих расход органов
2.4. Дифференциальное уравнение вращения ротора гидроагрегата
2.5. Особенности учета неустановившихся режимов и перехода от статических параметров к динамическим
2.5.1. Определение динамического значения давления в проточной части
2.5.2. Определение динамического значения момента, приложенного к рабочему колесу
2.6. Особенности переходных процессов в ПЛ гидроагрегатах
2.6.1. Осевые силы, действующие на ротор
2.6.2. Вероятность разрыва сплошности потока
2.6.3. Торможение агрегатов при разгоне разворотом лопастей....91 2.7. Методика расчёта переходных процессов после сброса нагрузки
где М[ и Я„ - экспериментальные значения моментов и напоров, DUt - диаметр рабочего колеса модельной турбины.
С другой стороны опыт показал, что моментные характеристики ротора можно построить с удовлетворительной точностью, имея:
а) пропеллерные (для Г1Л) и универсальные (для РО) характеристики для турбинной зоны;
б) зависимости Q[ = (2/(ао)и п =п‘1(а0) при М =0, т.е. разгонные характеристики;
в) значения моментов гидравлического торможения при закрытом направляющем аппарате.
Для получения ПСХ теоретически в работе [105] был предложен расчетный способ их построения. Уровень точности, обеспечиваемый в этом случае, был проверен экспериментально и расхождения в значениях разгонной частоты вращения оказались на уровне 10%.
Учитывая, что обычный комплекс лабораторных наследований турбин предусматривает получение пропеллерных, универсальных и разгонных характеристик, следует особо остановиться на анализе характера изменения моментов гидравлического торможения при закрытом НА.
При отсутствии кавитационных явлений для каждой линии п - const максимальные по абсолютной величине моменты в РГТ наблюдаются при закрытом направлявшем аппарате, а зависимость их от угловой скорости вращения ротора со является параболической [18, 36, 50].
Пропорциональность моментов гидравлического торможения при закрытом НА квадрату со подтверждает возможность пересчета данных эксперимента па натурные машины с помощью формулы подобия:
MLh = „ ^4 = KDA, (2.5)
м[ ,,
где к - — “=-' - коэффициент пропорциональности, который зависит для