基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗水輪機運行優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水輪機運行控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的水輪發(fā)電機組投產(chǎn)后，開展機組穩(wěn)定性試驗，劃分機組振動區(qū)和高效運行區(qū)，為水輪機運行提供依據(jù)。該技術(shù)較為簡單和單一，不能真實反映水頭有較大變化下的各運行區(qū)域的變化，不能真正測試出轉(zhuǎn)輪承受的應(yīng)力，造成水輪機在長時間運行中轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋，對水輪機安全穩(wěn)定運行造成嚴(yán)重危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](— )要解決的技術(shù)問題是提供一種水輪機實時運行過程中如何使得水輪機在較大變化下能安全穩(wěn)定運行的優(yōu)化控制方法，解決了水輪機在水頭有較大變化下的長時間運行造成轉(zhuǎn)輪裂紋的現(xiàn)象。
[0004](二)技術(shù)方案
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供的一種基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗水輪機運行優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0008]S1:根據(jù)水輪機設(shè)計過程中的模型試驗并獲取原型機的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，記錄和分析原型機的運行工況點數(shù)據(jù)；
[0009]S2:監(jiān)測真機組并獲取水輪機在各種工況下的運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)；
[0010]S3:根據(jù)運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)對運行水輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)行有限元分析，得到水轉(zhuǎn)輪的靜態(tài)應(yīng)力和靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值；
[0011]S4:對水輪機的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行動應(yīng)力測試，獲取轉(zhuǎn)輪在各種實際工況下的動態(tài)應(yīng)力，確定真機組的動應(yīng)力區(qū)；
[0012]S5:測試水輪機全水頭、全負(fù)荷段穩(wěn)定性試驗和效率試驗，獲取水輪機的實際運行參數(shù)值，并確定機組運行的振動區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)；
[0013]S6:根據(jù)步驟S4獲得的動應(yīng)力區(qū)和實際運行參數(shù)值確定機組的禁止運行區(qū)和限制運行區(qū)；
[0014]S7:根據(jù)機組運行的禁止運行區(qū)、限制運行區(qū)、振動區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)四個區(qū)域，判斷機組的運行區(qū)，如果運行區(qū)處于禁止運行區(qū)和振動區(qū)，則調(diào)整機組運行工況和調(diào)整AGC分配策略，并返回步驟S2;如果運行區(qū)處于限制運行區(qū)，則按照預(yù)設(shè)運行時間并調(diào)整機組運行工況和調(diào)整AGC分配策略，并返回步驟S2;如果運行區(qū)處于穩(wěn)定運行區(qū)，則保持機組的運行狀態(tài)。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟SI中的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)包括原型機的效率出力、空化空蝕、壓力脈動、軸向水推力和導(dǎo)葉水力矩。
[0016]進(jìn)一步，所述步驟S2中的水輪機的運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)是從機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣隙間隙系統(tǒng)或振擺保護(hù)系統(tǒng)中獲取的軸承振動、擺度、壓力脈動和效率數(shù)據(jù)。
[0017]進(jìn)一步，所述步驟S2中的水輪機運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)是從機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣隙間隙系統(tǒng)或振擺保護(hù)系統(tǒng)中獲取的軸承振動、擺度、壓力脈動和效率數(shù)據(jù)；
[0018]所述靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值是通過繪制出轉(zhuǎn)輪葉片的靜應(yīng)力分布圖來確定靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值。
[0019]進(jìn)一步，所述步驟S4中的各種實際工況下的動態(tài)應(yīng)力包括啟動、空載、部分負(fù)荷、滿負(fù)荷和甩負(fù)荷過渡過程的動態(tài)應(yīng)力；
[0020]所述水輪機的實際運行參數(shù)值包括軸承振動值、擺度值、壓力脈動和噪聲數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明還提供了一種基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗水輪機運行優(yōu)化系統(tǒng)，包括模型試驗性能指標(biāo)數(shù)據(jù)模塊、真機組運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)模塊、水輪機轉(zhuǎn)輪有限元分析模塊、水輪機動應(yīng)力測試模塊、水輪機實際運行參數(shù)值模塊、機組運行區(qū)確定模塊和機組運行區(qū)判斷調(diào)整t吳塊；
[0022]所述真機組運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)模塊，用于監(jiān)測真機組并獲取水輪機在各種工況下的運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)；
[0023]所述水輪機轉(zhuǎn)輪有限元分析模塊，用于根據(jù)運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)對運行水輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)行有限元分析，得到水轉(zhuǎn)輪的靜態(tài)應(yīng)力和靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值；
[0024]所述水輪機動應(yīng)力測試模塊，用于對水輪機的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行動應(yīng)力測試，獲取轉(zhuǎn)輪在各種實際工況下的動態(tài)應(yīng)力，確定真機組的動應(yīng)力區(qū)；
[0025]所述水輪機實際運行參數(shù)值模塊，用于測試水輪機全水頭、全負(fù)荷段穩(wěn)定性試驗和效率試驗；
[0026]所述機組運行區(qū)確定模塊，用于根據(jù)動應(yīng)力區(qū)和實際運行參數(shù)值來確定機組的禁止運行區(qū)和限制運行區(qū)；并通過水輪機的實際運行參數(shù)值，并確定機組運行的振動區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)；
[0027]所述機組運行區(qū)判斷調(diào)整模塊，根據(jù)機組運行的禁止運行區(qū)、限制運行區(qū)、振動區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)四個區(qū)域，判斷機組的運行區(qū)，如果運行區(qū)處于禁止運行區(qū)和振動區(qū)，則調(diào)整機組運行工況和調(diào)整AGC分配策略;如果運行區(qū)處于限制運行區(qū)，則按照預(yù)設(shè)運行時間并調(diào)整機組運行工況和調(diào)整AGC分配策略；如果運行區(qū)處于穩(wěn)定運行區(qū)，則保持機組的運行狀
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[0028]進(jìn)一步，所述模型試驗性能指標(biāo)數(shù)據(jù)模塊中的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)包括原型機的效率出力、空化空蝕、壓力脈動、軸向水推力和導(dǎo)葉水力矩。
[0029]進(jìn)一步，所述真機組運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)模塊中的水輪機的運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)是從機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣隙間隙系統(tǒng)或振擺保護(hù)系統(tǒng)中獲取的軸承振動、擺度、壓力脈動和效率數(shù)據(jù)。
[0030]進(jìn)一步，所述真機組運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)模塊中的水輪機運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)是從機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣隙間隙系統(tǒng)或振擺保護(hù)系統(tǒng)中獲取的軸承振動、擺度、壓力脈動和效率數(shù)據(jù)；
[0031]所述靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值是通過繪制出轉(zhuǎn)輪葉片的靜應(yīng)力分布圖來確定靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值。
[0032]進(jìn)一步，所述水輪機動應(yīng)力測試模塊中的各種實際工況下的動態(tài)應(yīng)力包括啟動、空載、部分負(fù)荷、滿負(fù)荷和甩負(fù)荷過渡過程的動態(tài)應(yīng)力；
[0033]所述水輪機的實際運行參數(shù)值包括軸承振動值、擺度值、壓力脈動和噪聲數(shù)據(jù)。
[0034](三)有益效果
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點:
[0036]本發(fā)明通過對水輪機模型試驗和真機運行的研究，結(jié)合轉(zhuǎn)輪靜、動應(yīng)力測試結(jié)果，并開展全水頭全負(fù)荷段的穩(wěn)定性試驗和能量試驗，生產(chǎn)人員開展運行方式優(yōu)化，確定機組運行的禁止運行區(qū)、限制運行區(qū)、振動區(qū)、穩(wěn)定運行區(qū)。針對不同運行區(qū)域，電廠可以水輪機對運行方式的優(yōu)化，采取不同的運行策略，最大限度的保證機組運行安全，避免轉(zhuǎn)輪裂紋產(chǎn)生延長檢修周期，提高水輪機的安全穩(wěn)定性，保證機組的安全經(jīng)濟(jì)運行。利用該基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化方法，可以優(yōu)化機組運行方式，改變開機規(guī)律降低開機過程中動應(yīng)力集中現(xiàn)象，延長轉(zhuǎn)輪使用壽命。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化方法流程圖。
[0038]圖2是本發(fā)明實施例提供的基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化系統(tǒng)圖。
【具體實施方式】
[0039]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0040]實施例1
[0041]本實施例提供的一種基于動應(yīng)力測試和穩(wěn)定性試驗的水輪機運行優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0042]S1:根據(jù)水輪機設(shè)計過程中的模型試驗獲取模型水輪機及換算得到的原型機的效率出力、空化空蝕、壓力脈動、軸向水推力、導(dǎo)葉水力矩等性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，對主要運行工況點數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，優(yōu)化水力型線，避免出現(xiàn)不能運行工況，為投產(chǎn)后水輪機真機運行提供依據(jù)和安全保障。
[0043]S2:機組投產(chǎn)后監(jiān)測、獲取水輪機在各種工況下的運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)，從機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣隙間隙系統(tǒng)或振擺保護(hù)系統(tǒng)中獲取軸承振動、擺度、壓力脈動、效率等數(shù)據(jù)，用于分析水輪機真機運行狀態(tài)是否與模型水輪機相符，為真機運行區(qū)域劃分和運行策略提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0044]S3:真機運行后開展對水輪機轉(zhuǎn)輪的有限元分析，得到轉(zhuǎn)輪在各種設(shè)計工況下的靜態(tài)應(yīng)力，主要是最大水頭和出力工況下的葉片、進(jìn)水邊、出水邊，繪制出轉(zhuǎn)輪葉片的靜應(yīng)力分布圖，找出靜應(yīng)力最大的部位和數(shù)值，判斷是否超出轉(zhuǎn)輪材料的許用應(yīng)力。
[0045]S4:開展對水輪機轉(zhuǎn)輪動應(yīng)力測試，分析和評估轉(zhuǎn)輪在各種實際工況下，包括啟動、空載、部分負(fù)荷、滿負(fù)荷和甩負(fù)荷過渡過程的動態(tài)應(yīng)力，還可以測試出有限元無法計算的各種非正常運行工況的應(yīng)力，詳細(xì)了解真機的實際運行情況、分析機組運行的穩(wěn)定性、優(yōu)化開停機規(guī)律和運行特性，水輪機運行中應(yīng)盡量避免高動應(yīng)力區(qū)，防止水輪機轉(zhuǎn)輪疲勞出現(xiàn)裂紋等。
[0046]S5:測試水輪機全水頭、全負(fù)荷段穩(wěn)定性試驗和效率試驗，獲取水輪機的實際運行參數(shù)值，包括軸承振動值、擺度值、壓力脈動、噪聲等，根據(jù)GB/T11348.5-2008《旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第5部分:水力發(fā)電廠和栗站機組》和GB/T6075.5-2002《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》評估出機組運行的振動區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)。