Управління і енергетичні моделі оборотних гідромашин

Abstract

Запропоновані способи управління оборотними гідромашинами з використанням програмованих мікропроцесорних контролерів і гідроапаратури з пропорційним управлінням. Розглянуті питання енергетичної взаємодії потоку в проточній частині високонапірної оборотної гідромашини, яка базується на блочно-ієрархічному підході до математичного моделювання робочого процесу. Розглянуто три моделі кінематичного опису потоку, направлені на вирішення конкретних завдань проектування. Описана кінематична модель потоку, що враховує зсув осесиметричних поверхонь струму в робочому колесі із зміною режиму, яка є найбільш загальною моделлю руху потоку. Дана модель дозволила отримати вирази для коефіцієнта теоретичного напору і коефіцієнтів опорів для різних категорій втрат в робочому колесі, які були записані в безрозмірній формі на підставі теорії гідродинамічної подібності. Застосування безрозмірних параметрів систематизує і узагальнює дані чисельного експерименту. Використання поліноміальних моделей для опису зв'язку між геометричними і режимними параметрами зручно як для проведення чисельних досліджень, так і для аналізу впливу геометричних і режимних параметрів на енергетичні характеристики оборотної гідромашини в турбінному режимі. Представлена математична модель дозволяє проводити аналіз як окремих елементів проточної частини, так і різних категорій втрат, пов'язаних з їх фізичною природою в лопатевих системах. Отримані результати вказують на певну закономірність розподілу втрат в елементах проточної частини, що дозволило розробити стратегію цілеспрямованих модифікацій проточної частини, що задовольняють поставленим завданням. За допомогою чисельного експерименту проведений аналіз впливу окремих видів втрат на енергетичні показники, а також встановлені гранично можливі значення параметрів (витрати, потужності, гідравлічного ККД, коефіцієнта швидкохідності і ін.), які можна отримати за рахунок зменшення втрат.

Disclosed are methods of controlling reversible hydraulic machines using programmable microprocessor controllers and proportional control hydraulic equipment. The issues of energy interaction of the flow in the flow part of the high-pressure reversible hydraulic machine, which is based on a block-hierarchical approach to mathematical modeling of the working process, are considered. Three models of kinematic flow description aimed at solving specific design problems are considered. Kinematic model of flow is described, taking into account displacement of axisymmetric surfaces of current in working runner with change of mode, which is the most general model of flow movement. The model in question produced expressions for the theoretical head coefficient and resistance coefficients for different categories of wheel loss, which were recorded in dimensionless form on the basis of hydrodynamic similarity theory. Application of dimensionless parameters systematizes and generalizes data of numerical experiment. The use of polynomial models to describe the relationship between geometric and mode parameters is given for carrying out numerical studies, as well as for analyzing the influence of geometric and mode parameters on the energy characteristics of a reversible hydraulic machine in turbine mode. The presented mathematical model allows to analyze both individual elements of the flow part and different categories of losses related to their physical nature in blade systems. The results indicate a certain pattern of distribution of losses in the elements of the flow part, which allowed to develop a strategy of targeted modifications of the flow part, meeting the task. With the help of numerical experiment, the influence of certain types of losses on energy indices was analyzed, as well as maximum possible values of parameters (discharge, power, hydraulic efficiency, specific speed factor, etc.), which can be obtained due to reduction of losses, were determined.