Способ определения комбинаторной зависимости поворотно- лопастной гидротурбины

 

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)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 F 03 В 1512

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР 3

QO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2! ) 3396984/24-06 (22) 19.02.82 (46) 07.03.84. Бюл. № 9 (72) О. И. Башнин и Н. П. Жежель (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (53) 621.224 (088.8) (56) 1. Редько Ю. П. Статика экстремального регулирования и условия оптимальности режима поворотнолопастных турбин.

«Известия ВУЗов. Энергетика», 1965, № 10, с 97 — 99. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМБИНАТОРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ГИДРОТУРБИН Ы путем последовательного выявления режимов максимального коэффициента полезного действия при подаче на входы приводов лопаток направляющего аппарата н..лопастей рабочего колеса управляющих и пробных воздействий с измерением давления во.ды, мощности и положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса при заданном напоре и мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения

„„Я0„„1078119 А точности и упрощения реализации, пробные .воздействия формируют в виде двух протиаофазных 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, 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 направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса 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 колеса выявляют режимы максимального коэффи циента полезного действия.

1 078))9

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 мощности (11

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 полезного действия при подаче на входы приводов лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса управляюгцих и пробных воздействи и с измерением да вления воды, мощности и положений 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 интегра-, лу второго индикаторного сигнала до достижения средними значениями индикаторных сигналов нулевого значения и по достигнутым средним значениям положений лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса выявляют режимы максимального коэффициента полезного действия.

II,àííûé способ основывается на следующих положениях.

Мощность, развиваемая гидротурбиной, можно определить по формуле

N =-Я H-Q„, (t) где Я -- расход воды через агрегат;

H — действующий напор;

,. — гидравлический КПД турбины.

Заданная мощность у турбин с двумя ,регулирующими органами (лопатками направляюгцего 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 наибольшего 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 составлявшая носит название динамического давления (напора)

2s и определяется зависимостью

Ь=Т (z) где h=

Н HP 8 Go

tto @О он Я вЂ” напор и расход для какого-то расчетного режима, принятого за базовый, например, для номинальных оборотов турбины; — постоянная времени водовода, хара ктеризуюгцая количество

35 энергии, запасенной в движущейся массе воды.

Если регулирующие органы отклоняются от некоторых положений на величины ЬКи дф соответственно, то, учитывая зависимости

4О ..Ч, e(<. )->И)> 7у= г(<> >)); для малых колебаний имеем — гидравлический КПД для расчетного ре45 жима, и 9Ч йа 3 ) 4 И»"; (3)

6t 3, 3Ф $% bt 3b 44 Û4- — "- — Ь г » g+ ф)1

Исключим из уравнений (3) все перемен ные, кроме 11 ° - — т в = ф о о

dC ИЬf> одновременно обозначив — — - C

H Чг

Ho . 1го

- - - — = С

Qo » г@ — с

Н>> Qo

10781!9

Тогда имеем

9 (-Ы +- — ь1 + у — )с 4- $ с

9 о, Зададим пробное движение регулирующих органов по следующему закону

ДП = а,. 1 со,»;

h / = гг sir Юд 4 гле а1 —— К вЂ” —, аг — — — К дц, 0

10 (5) к — коэффициент пропорциональности, юо — круговая частота периодического сиг- 15 нала г — менее 0,5 Гц).

Тогла из,(4) и (5) следует

Величина h равна нулю, так как определяется решением уравнения

Р » (Г -1 о-У У о) %О т. д% 11 дав%

g c05u3P (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

+=const и Н= const и, следовательно, сов- 30 падают с колебаниями КПД при данном пробном движении.

Мощность колеблется в фазе с сигналом щ(. Для достижения экстремума надо двигаться в сторону увеличения a(и уменьшеният .

При достижении экстремума в выходном З5 си гнале мощности не будет содержаться первой гармоники, а при переходе через него изменится фаза колебания мощности по отношению к сигналуьа, Если в качестве меры близости к экстремуму взять произведение 4О

5 Я1» Idyl то управление смещением регулирующих

op ra нов рд„за кону а <4+ 1 4» л г@„г

+- 1 4 5 1,-4t приведет систему к искомой точке, гак как 45 среднее значение величины 1z за период

2п/ (коэффициент Фурье при первой гармонике в сигнале отклонения мощности) равно нулю в точке экстремума и меняет знак при переходе через нее.

Выбор коэффициентов Ф и йг также может быть автоматизирован. Согласно (7) условия- (5) будут выполнены, если аг =

К - —, О.г —— — К вЂ” —, при этом колебания

Я (, 4

И д (» давления с частотой, равной частоте пробного сигнала, булут отсутствовать. Для этого формируется сигнал

1» = h sin o1

Среднее значение сигнала 3< за период указывает величину и знак отклонения дав. ления в трубопроводе и позволяет управлять выбором коэффициентов О, и Фг.

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 иа входу электрогидравлических следящих систем приводов лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса пробных воздействий так, чтобы Q = const u

H= const, тогда иэ 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 рабо (его колеса. Амплитудой формируемых сигналов можно согласованно управлять, если их задать, например в следующем виде д P=(1+ii ) 51TIU4t H дФ -(g jl) 515 ldat где -1с с 1 (управляющий сигнал) .

Отношение - —,— „— за счет изменения Х

1+1 может быть изменено в диапазоне (О,"), таким образом, условие <--К вЂ” и гг=- К

94 9ф

8,» выполняется за счет выбора 3 .

Если электрогидравлические приводы лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса имеют различные быстродействия, то в цепь одного иэ 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 J и Лг. Первый из них равен произведению разности пробных периодических сигналов, так как два входных сигнала подаются в противофазе, и сигнала, пропорционального давлению J» — — h ° 2sina,1, и является как бы индикатором минимума изменения давления. Равенство нулю среднего значения

J» эа период свидетельствует о том, что пробное движение не вызывает. изменения давления, следовательно, расход постоянен.

Второй сигнал представляет собой произведение той же разности и сигнала, пропорционального мощности J = и 2япм,(„ и является инликатором максимума мощности. Равенство нулю среднего значения .

J за период "/ьО свидетельствует о том, что пробное движение не вызывает изменеlU78II!l

ВНИИПИ Заказ 902/27 ТиРаж 465 Подписное

Филиал ППП «Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ййя по мощности, т.е. соответствует максимуму мощности, следовательно и максимуму КПД.

3. Оба индикаторных сигнала интегриpvIoT; а kl9 r и > lи7а 5

I»,èì »» ь»

4. Так как стремятся добиться отсутствия колебаний давления, величину Я приравни»| Щ»|»|, вают интегРалУ от сигнала 3|(Я =5 1а gt), что приводит к автоматическому выбору 10 амплитуд таким образом, что выполняется . условие (5). Последнее означает выполнеwe условий поиска экстремума Н = const, Q - const, обеспечивающих совпадение колебаний КПД и мощности. Таким образом, пропорционально интегралу первого индикаторного сигнала увеличивают (уменьшают) амплитуду одного периодического сигнала и уменьшают (увеличивают) амплитуду другого периодического сигнала до достижения средней величиной J нулевого значения.

5. Чтобы добиться максимума мощности, совпадающего с максимумом КПД, вырабатывают сигнал смещения регулирующих органовф, пропорциональный интегралу от

»» 1|ф4» 25 сигнала 1 (=5 I 4(), т.е. изменяют положение лопаток направляющего аппарата в сторону увеличения (уменьшения) и положение лопастей рабочего колеса в сторону уменьшения (увеличения) до достижения средней величиной J> нулевого значения. 30

Последнее означает максимум мощности и КПД.

По достигнутым средним значениям положений направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса определяют искомую точку комбинаторной зависимости

»Я dy+P;

Т = | ю-Р где аа и V характеризуют положение лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса для любой исходной точки, 40 с которой начийается определение комбинаторной зависимости.

Для определения другой точки комбинаторной зависимости задаются новыми значениями йа и Фа .

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ.

Генератор 1 формирует периодический сигнал sin M t . Блок 2 формирует два протнвофазных периодических сигнала, амплитуда и фаза которых регулируется (например, в блок. 2 входят блок умножения, инвертор и два сумматора для изменения амплитуды н фазовращатель для изменения фазы). Полученные сигналы с блока 2 подаются на электрогидравлические следящие системы привода 3 лопаток направляющего SS аппарата и привода 4 лопастей рабочего колеса наряду с управляющими сигналами, идущими с регулятора 5 гидротурбины. Один сигнал поступает непосредственно на привод 3, другой — на привод 4 через комбинатор 6.

Блок 7 произведения формирует индикаторный сигнал Jq, равный произведению разности периодических сигналов и сигнала, пропорционального давлению, используя показание датчика 8 давления и величину разности сигналов, вычисленную сумматором 9.

Блок 10 произведения формирует индикаторный сигнал Jz, равный произведению той же разности сигналов и сигнала, пропорционального мощности, используя показание датчика 11 мощности и выходную величину сумматора 9. Интеграторы 12 и

13 интегрируют сигналы Jq и )а, подавая сигнал 2, пропорциональный интегралу от

3<, на блок 2 с выхода интегратора 12, увеличивают (уменьшают) амплитуду одного пробного воздействия и уменьшают (увеличивают) амплитуду другого пробного воздействия до достижения средней величиной

J> нулевого значения. Подавая сигнал/, пропорциональный интегралу от 1,, с выхода интегратора 13 на привод 3 и через инвертор 14 — на привод 4 изменяют положение направляющего аппарата в сторону увеличения (уменьшения) и лопастей рабочего колеса в сторону уменьшения (увеличения) до достижения средней величиной .1 нулевого значения.

Значения Jq и J не измеряются. Нулевое значение средней величины J, означает минимум изменения давления и обеспечивает постоянство расхода.

Нулевое значение средней величины

3> означает максимум мощности, совпадаю-. щий с максимумом КПД.

Датчики 15 и 16 фиксируют точку комбинаторной зависимости при соответствующем значении мощности, отмечаемом датчиком I I. При этом показание датчика, соответствующее текущему значению мощности, должно совпадать с заданным.

В качестве датчиков положения направляющего аппарата и угла разворота лопастей рабочего колеса могут быть использован самописец, вольтметр и т.д.

Повышение точности определения комбинаторных зависимостей достигается не эа счет повышения точности самих датчиков, а эа счет компенсационного характера измерений: равенство нулю параметров, по которым ведется управление поиском.

Способ может быть использован как в процессе эксплуатаци„так и прн исследовании гидротурбин н их моделей.