[發(fā)明專利]基于改進(jìn)內(nèi)特性并與外特性相融合的水輪機(jī)建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710236094.6
• 申請(qǐng)日: 2017-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106874635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 南海鵬;門闖社;羅興琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 成丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)內(nèi)特性并與外特性相融合的水輪機(jī)建模方法。

背景技術(shù)

目前，應(yīng)用于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真的水輪機(jī)建模方法，其原理均是根據(jù)水輪機(jī)綜合特性曲線中各參數(shù)的變化趨勢(shì)并結(jié)合飛逸特性曲線等約束后而進(jìn)行的拓展得到，沒(méi)能充分考慮水輪機(jī)內(nèi)在規(guī)律，模型過(guò)度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，具有較大的隨意性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于改進(jìn)內(nèi)特性并與外特性相融合的水輪機(jī)建模方法，解決了現(xiàn)有方法沒(méi)能充分考慮水輪機(jī)內(nèi)在規(guī)律，拓展結(jié)果過(guò)度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，具有較大的隨意性的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于改進(jìn)內(nèi)特性并與外特性相融合的水輪機(jī)建模方法，對(duì)水輪機(jī)各部件的能量損失進(jìn)行了詳細(xì)劃分，建立了水輪機(jī)各部件的能量損失表達(dá)式，進(jìn)而得到水輪機(jī)能量平衡方程，聯(lián)立水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)方程得到改進(jìn)的水輪機(jī)內(nèi)特性方程，然后將水輪機(jī)外特性作為樣本數(shù)據(jù)，采用最小二乘法與遺傳算法相結(jié)合的方法，辨識(shí)改進(jìn)的水輪機(jī)內(nèi)特性方程的相關(guān)參數(shù)，得到水輪機(jī)過(guò)渡過(guò)程仿真模型。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

建立了水輪機(jī)各部件的能量損失表達(dá)式，進(jìn)而得到水輪機(jī)能量平衡方程具體為：

將水輪機(jī)中的能量損失分為容積損失、導(dǎo)葉入口撞擊損失、葉片入口撞擊損失、葉片出口旋轉(zhuǎn)損失和圓盤摩擦損失：

容積損失功率表示為：

P_c＝λ_cρgQ_tH_t

其中λ_c為容積損失系數(shù)，表示漏水流量與總流量的比值；ρ為水密度，kg/m³；g為重力加速度，m/s²；Q_t為水輪機(jī)流量，m³/s；H_t為水輪機(jī)水頭，m；

導(dǎo)葉入口撞擊損失功率表示為：

其中，α_g為導(dǎo)葉入流角，rad；α_fg為固定導(dǎo)葉出流角，rad；D₀為導(dǎo)葉分布圓直徑，m；b₀為導(dǎo)葉高度，m；ρ為水密度，kg/m³；Q_t為水輪機(jī)流量，m³/s；

葉片入口撞擊損失功率表示為：

其中，α₀為導(dǎo)葉出流角，rad；β₁為葉片入口安放角，rad；D₁為水輪機(jī)標(biāo)

稱直徑，m；n_t為水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

葉片出口旋轉(zhuǎn)損失功率表示為：

其中，r₂為水輪機(jī)出口半徑，m；A₂為水輪機(jī)出流面積，m²；β₂為水輪機(jī)葉片出口安放角，rad；

圓盤摩擦損失功率表示為：

其中，k為圓盤損失系數(shù)；

水輪機(jī)中能量損失總和表示為：

P_L＝P_c+P_g+P₁+P₂+P_f

將水輪機(jī)各部件的能量損失代入能量守恒方程：

P_w＝P_t+P_L

其中，P_w為流過(guò)水輪機(jī)的水體失去的能量，W，P_w＝ρgQ_tH_t；P_t為水輪機(jī)獲得的能量，W，P_t＝πM_tn_t/30，M_t為水輪機(jī)力矩，Nm；

利用相似原理將n_t、Q_t和M_t用單位轉(zhuǎn)速n₁₁、單位流量Q₁₁和單位力矩M₁₁表示，經(jīng)過(guò)整理可得基于能量平衡的表達(dá)式：

其中，a₇＝-1.2×10^-5kρ。

聯(lián)立水輪機(jī)能量平衡方程和水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)方程得到改進(jìn)的水輪機(jī)內(nèi)特性方程，具體為：