水轮机调节系统的仿真及优化

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1、WORD格式可编辑水轮机调节系统的仿真与优化设计者：闫艳伟、夏春杰、刘博文、房全国、郭朋飞指导老师：周俊杰（郑州大学化工与能源学院，郑州，450001）摘要水能一种可再生能源，是清洁能源，是绿色能源。我国水资源的蕴藏总量是比较丰富的，占世界第五位，随着科技的进步我国的水利工程也得到迅速发展。而水轮机在水利工程中起着至关重要的作用。随着科学技术的发展和新学科边缘学科交叉学科的诞生，计算机的应用、水轮机技术得到了进一步的完善发展，并取得了卓著绩效。改善水力性能提高效率，特别在近年来，水轮机制造业都在不断提高水轮

2、机效率上下功夫，无论是其最高效率和平均效率都有了新的突破。利用matlabsimulink对水轮机进行系统仿真主要内容有：（1）水轮机装置系统的数学模型的建立，包括：引水系统、液压随动系统、发电机系统、水轮机线性和非线性系统。(2)在simulink下建立水轮机的线性和非线性发电系统的仿真模型。(3)对甩15%载荷和甩60%载荷进行了仿真分析，并得出水轮机线性化模型优于非线性化模型稳定性。【关键字】：水轮机；数值模拟；水轮机仿真模拟；线性化；非线性化专业知识分享WORD格式可编辑目录1.前言……………………

3、………………………………………………31.1水轮机的发展历史……………………………………………….31.2水轮机国内外研究现状………………………………………….31.3本文的主要工作………………………………………………….42水轮机发电系统仿真……………………………………………………...42.1水轮机发电原理………………………………………………………42.2水轮机装置的数学模型………………………………………………52.2.1引水系统数学模型…………………………………………………..52.2.2液压随动系统

4、模型…………………………………………………..52.2.3发电机系统数学模型………………………………………………..52.3水轮机系统仿真建模…………………………………………………52.3.1线性化水轮机的数学模型…………………………………………..52.3.2线性化水轮机的仿真建模…………………………………………..62.3.3非线性水轮机的数学模型…………………………………………..62.3.4非线性水轮机的仿真建模…………………………………………..8专业知识分享WORD格式可编辑2.4水轮机调节系统

5、的仿真建模………………………………………….92.5结果分析………………………………………………………………102.6本章小节………………………………………………………………111前言1.1水轮机的发展历史水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。它是由古代的水轮或水车演变而来。1827年法国工程师B.富尔内隆制成6马力的反击式水轮机。1849年经美国工程师J.B.弗朗西斯设计改进形成了现代混流式水轮机，故称为弗朗西斯水轮机。1850年出现冲击式水轮机。到1880年美国工程

6、师L.A.佩尔顿取得水斗型冲击式水轮机的专利，世人称之为佩尔顿水轮机。随着水电开发的进展，水轮机的类型、性能和结构日趋完善。1912年奥地利工程师V.卡普兰设计出第一台转桨轴流式水轮机，故称为卡普兰水轮机。到20世纪40～50年代又相继出现贯流式和斜流式水轮机，同时水轮机又发展为水泵水轮机，应用于抽水蓄能电站。水轮机的类型已能适应水电开发的不同任务和不同水头的要求。中华人民共和国成立以后，很快建成中国的水轮机制造工业，拥有20多个水轮机制造厂，已生产出2000万kW以上的水轮机装备全国的水电站，并向国外出口

7、。目前水轮机应用范围已经广泛应用在冷却塔上有冷却塔水轮机，循环水管道的管道式水轮机等等。专业知识分享WORD格式可编辑1.2水轮机国内外研究现状1.2.1水轮机用于水力发电已有100多年历史，随着水电资源的开发，推动了水轮机技术的发展，从而使水轮机进入了一个多品种、大容量的时代。大体可以分为冲击式、混流式、斜流式、轴流式、贯流式水轮机六大类以及相应可逆式水泵水轮机，它们分别适用于不同的水头和流量。近十年来，国外各主要水轮机制造企业都在不断提高水轮机效率上下功夫，无论是水轮机的最高效率还是水轮机的平均效率都有

8、了新的突破。水轮机效率的提高无疑是得益于高科技的投入。主要有流体动力计算技术的重大突破；计算机技术的应用；水轮机模型加工、试验中的高技术；水轮机真机新工艺、新材料的应用。（1）水轮机流体动力计算技术的重大突破表现在：从解欧拉方程到解拉维斯托克斯方程；从不考虑水的粘性到考虑水的粘性、粘性流解；从解定常流到解不定常流，大窝模拟；从计算单个部件到全流道模拟。（2）各种计算机软件的开发与应用如ANSYS、FLOWTRAN