Особенности гидромеханических переходных процессов на низконапорных ГЭС с учетом крутильных колебаний вращающихся частей агрегата

• Автор: Болотов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ГЭС С ОСЕВЫМИ ТУРБИНАМИ ДВОЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.1 Особенности характеристик осевых гидротурбин

1.2. Полные пропеллерные характеристики ПЛ турбин.

1.3. Особенности переходных процессов осевых турбин при

сбросах нагрузки.

1.4. Влияние присоединенной массы воды на процессы при

сбросах нагрузки.

1.5. Крутильные колебания агрегата при сбросах нагрузки.

1.6. Факторы, влияющие на крутильные колебания агрегата при

сбросах нагрузки.

1.7. Постановка задачи исследований.
1.8. Выводы.
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ОСЕВЫХ ТУРБИН С УЧЕТОМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ АГРЕГАТА.
2.1 Аналитическое решение для двух массовой системы при действии постоянного момента.
2.2. Анализ результатов аналитического решения
2.3 Исходные положения расчета переходных процессов ГЭС по теории жесткого гидроудара.
2.4 Численные методы расчета переходных процессов ГЭС
2.5. Расчет переходных процессов ГЭС по теории жесткого гидроудара с учетом крутильных колебаний.
2.6. Устойчивость работы вычислительного алгоритма и способы
се повышения.
2.7. Структура программы расчетов переходных процессов по теории жесткого гидроудара.
2.8. Исходные положения расчета переходных процессов ГЭС по теории упругого гидроудара
2.9. Граничные условия
2 Расчет переходного процесса по теории упругого гидроудара
с учетом крутильных колебаний.
2 Структура программы расчетов переходных процессов по теории упругого гидроудара.
2. Выводы
3. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБИН И НАПОРНЫХ ВОДОВОДОВ НА КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ АГРЕГАТА ПРИ СБРОСАХ НАГРУЗКИ.
3.1. Общие положения. Постановка задачи исследований
3.2. Динамическое уравнение турбины с учетом жесткого гидроудара при постоянном открытии регулирующих органов
3.3. Анализ переходной функции турбины с учетом жесткого гидроудара при постоянном открытии регулирующих органов
3.4. Частотные характеристики турбины с учетом жесткого гидроудара при постоянном открытии регулирующих органов
3.5. Динамическое уравнение турбины с учетом упругого гидроудара при постоянном открытии регулирующих органов
и переменной частоте вращения
3.6. Частотные характеристики турбины с учетом упругого гидроудара при постоянном открытии регулирующих органов юб
3.7. Сравнение частотных характеристик полученных с использованием жесткого и упругого удара для конкретных
3.8. Обобщение данных по значениям коэффициентов линеаризованных уравнений гидротурбины.
3.9 Выводы.
4. СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ГЭС С УЧЕТОМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ И ДАННЫХ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
4.1. Общие положения.
4.2. Методическая серия расчетов сбросов нагрузки с учетом крутильных колебаний
4.2.1. О возможности расчета гидроудара в коротком водоводе переменного сечения по упругой модели .
4.2.2. Влияние собственной частоты колебаний напора в отсасывающей трубе на амплитуду крутильных колебаний вращающего момента.
4.2.3. Сравнение результатов расчета с использованием моделей упругого и жесткого гидроудара.
4.2.4. О влиянии колебаний угла лопастей на амплитуду крутильных колебаний вращающего момента и сопутствующие пульсации давления в отсасывающей трубе
4.3. Влияние шага расчета по времени на экстремальные значения временной неравномерности хода агрегата при сбросе
нагрузки
4.4 Сопоставление расчетов с результатами натурных испытаний
4.5 Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Закономерности изменения электрического угла, скорости вращения и ускорения агрегата под действием постоянного момента, полученные в результате теоретического решения задачи о вращении двух массовой системы, связанной упругим валом. Результаты частотного анализа передаточной функции осевой гидротурбины с учетом гидроудара в напорном водоводе в упругой и жесткой постановках. Особенностью динамических характеристик осевых гидротурбин русловых ГЭС является то, что максимальная для данного режима амплитуда колебаний момента достигается практически во всем диапазоне частот вынужденных колебаний за исключением узких областей вблизи удвоенной частоты гидроудара в отсасывающей трубе. Сопоставление данных натурных испытаний при сбросах нагрузки агрегатов Киевской, Иркутской и Павловской ГЭС с результатами компьютерных расчетов показали совпадение с точностью 5 по гидроудару и 0,5 1,0 по максимальной частоте вращения при условии учета присоединенной массы воды, участвующей в крутильных колебаниях. Автор выражает глубокую благодарность профессору В. В.Берлину, зав. ИВЭ профессору Г. В.Орехову, всему коллективу кафедры за ценные консультации, всемерную поддержку и помощь в работе над диссертацией. Двойное регулирование. Осевые турбины выполняются как правило поворотнолопастными, с возможностью регулирования расхода и мощности как лопатками направляющего аппарата, так и лопастями рабочего колеса. При конкретных значениях частоты вращения и напора каждому открытию направляющего аппарата ао соответствует только один угол установки лопастей рабочего колеса у0, дающий максимальное значение кпд турбины. Соотношение i при и п определяет комбинаторные режимы работы турбины. Комбинаторные режимы используются при анализе условий нормальной эксплуатации турбин. Вследствие многообразия переходных процессов практически невозможно создать такую систему регулирования, чтобы все время обеспечивалась комбинаторная зависимость, да в этом и нет необходимости, так как в данном случае важным является не обеспечение максимальных энергетических показателей, а переход турбины из одного рабочего режима в другой в возможно короткое время с наименьшими динамическими воздействиями на элементы гидроагрегата и сооружений ГЭС. Таким образом, в поворотнолопастных турбинах неустановившиеся режимы характеризуются значительным отклонением от комбинаторной зависимости, в связи с чем использовать главные универсальные или эксплуатационные характеристики для расчетов переходных процессов не представляется возможным. Оборотнорасходная характеристика. В качестве примера на рис. ПЛК4 Киевской ГЭС. Основная особенность характеристик состоит в росте У, с увеличением п при неизменном открытии а, причем с переходом в разгонные и тормозные режимы производная дУдп возрастает. Увеличение расхода с ростом частоты вращения является причиной отрицательного гидроудара в начальной фазе процессов при сбросах нагрузки. У низконапорных РО турбин расход практически не зависит от частоты вращения, а у высоконапорных с ростом частоты происходит его уменьшение, что определяет иную динамику в начальной фазе процесса сброса нагрузки, сопровождающуюся ростом напора турбины и менее интенсивным по сравнению с осевыми турбинами снижением вращающего момента. Разгонные характеристики ПЛ турбин зависят не только от открытия направляющего аппарата но и от угла установки лопастей. Из рис. Это свойство осевых турбин могло быть использовано для снижения максимальной частоты вращения при сбросах нагрузки за счет разворота лопастей на больший угол. Однако увеличение угла лопастей приводит к существенному росту отрицательных осевых усилий. Это ограничение является определяющим. По нему принимается режим сворачивания лопастей при сбросах нагрузки . Рис. Рис. Оборотномоментная характеристика. М МоН, 1. М л,,я, определяется по моментной характеристике турбины в функции приведенной частоты, открытия направляющего аппарата и угла установки лопастей. В качестве примера на рис. ПЛК4. Производная дМдп при данном значении приведенной частоты вращения увеличивается по модулю с уменьшением открытия направляющего аппарата, что является типичным для характеристик осевых турбин в отличие от РО турбин, где наблюдается обратная картина. Рис.