一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器技术方案

本发明专利技术涉及一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，其特征在于，包括增流式智能水轮机系统的被控制组件和尾水流状态控制器的内部组件；所述被控制组件包括贯流式水轮发电机组转轮叶片、垂直轴水轮机叶片和尾水流增流装置，所述内部组件包括功率控制器、信号处理器、液压控制器和执行机构，所述执行机构包括推盘和转动杆，所述尾水流状态控制器分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片的叶片角度β2的大小以及感应驱动杆的移动距离x的大小。本发明专利技术保证了增流式智能水轮机系统能够充分发挥其最佳性能，使增流式智能水轮机系统在不同工况下的水流能利用率最高、输出功率最大。

A Tailrace State Controller for Intelligent Turbine System with Increased Flow

The invention relates to a tailrace state controller for an enhanced intelligent turbine system, which is characterized by comprising a controlled component of the enhanced intelligent turbine system and an internal component of the tailrace state controller. The controlled component comprises a runner blade of a tubular turbine set, a vertical axis turbine blade and a tailrace flow augmentation device, and the internal component includes a control component of the enhanced intelligent turbine system and an internal component of the tailrace state controller. A power controller, a signal processor, a hydraulic controller and an executing mechanism comprising a push disc and a rotating rod are described. The tail water state controller controls the blade angle beta 1 of the runner blade of a tubular hydroelectric generating unit, the blade angle beta 2 of the vertical axis turbine blade and the displacement distance X of the induction driving rod, respectively. The invention guarantees that the booster intelligent hydraulic turbine system can give full play to its optimal performance, so that the booster intelligent hydraulic turbine system has the highest water flow energy utilization rate and the largest output power under different working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器
本专利技术属于水力发电
，特别是涉及一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器。
技术介绍
我国低水头水力资源十分丰富，该资源一般处于江河中下游的经济发达地区。近些年，这些地区经济发展迅速，用电需求增速飞快。但是这些地区一般都是能源紧张地区，可开发的中、高水头水力资源早在20世纪90年代以前就已开发完毕。为了满足该地区经济迅速发展的需要，人们又转而开发低水头资源。贯流式水电站是开发低水头水力资源最好的方式，一般应用于25m水头以下。它与中、高水头电站、低水头立式轴流电站相比，具有流道简单、过流通道的水力损失小、机组结构紧凑、建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少等优点。但是，贯流式水轮发电机组结构复杂、体型庞大、机械效率偏低，统计资料表明：贯流式水轮机转轮出口水流的动能约占总水头的45％以上，最大可达90％。虽然有尾水管回收这部分动能，但是由于尾水管的水力设计以及考虑实际工程的开挖量问题，其回收能量的能力还是非常有限的。中国专利申请201510760877.5公开了“一种水轮机调节系统控制参数的优选方法”，该方法采用一种新型启发式优化算法优化目标函数，能搜索到更优的目标函数值，得到的解代表更优的PID控制参数，使水轮机调节系统频率偏差更小，调节速度更快，系统响应曲线更加光滑，系统调节品质更高。但该方法仅适用于单一水轮机的情况，无法适用多台水轮机及水轮机之间相互影响时的情况，因此不能充分发挥系统的最大性能。如何克服现有技术的不足已成为当今水力发电
中亟待解决的重要难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足而提供一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，本专利技术通过尾水流状态控制器来分别控制贯流式水轮发电机组、尾水流增流装置和垂直轴水轮机，从而保证了垂直轴水轮机能够充分利用贯流式水轮发电机组排出，经尾水流增流装置增流的尾水能量，在提高水能利用率的同时又能够使外部发电机能够输出品质优良的电能。根据本专利技术提出的一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，其特征在于，包括增流式智能水轮机系统的被控制组件和尾水流状态控制器的内部组件；所述被控制组件包括贯流式水轮发电机组转轮叶片、垂直轴水轮机叶片和尾水流增流装置，所述内部组件包括功率控制器、信号处理器、液压控制器和执行机构，所述执行机构包括推盘和转动杆；所述贯流式水轮发电机组轮毂和垂直轴水轮机主轴内分别设置执行机构，所述推盘通过转动杆分别与贯流式水轮发电机组转轮叶片及垂直轴水轮机叶片连接，所述转动杆绕贯流式水轮发电机组转轮叶片及垂直轴水轮机叶片的中心转动，所述液压控制器活塞杆与推盘连接，所述尾水流增流装置中的受力感应板受信号处理器的控制信号控制；所述尾水流状态控制器分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片的叶片角度β2的大小以及尾水流增流装置中感应驱动杆的移动距离x的大小，且所得偏差Δβ1、Δβ2和Δx能够对结果进行校正，从而实现增流式智能水轮机系统的动态调整；增流式智能水轮机系统的输出功率P与贯流式水轮发电机组转轮叶片的叶片角度β1、垂直轴水轮机叶片的叶片角度β2和感应驱动杆的移动距离x的关系式为：式中：ρ为水的密度，ρ取值为1000kg/m3、Q为水流进入增流式智能水轮机系统的流量；增流式智能水轮机系统的控制参数如表1所示：表1本专利技术的实现原理是：在所述增流式智能水轮机系统运行过程中，尾水流状态控制器根据两个水轮机流量的大小，通过功率控制器计算出实时的最佳叶片角度，与实时的贯流式水轮发电机组叶片角度β1和垂直轴水轮机叶片角度β2比较，所得偏差Δβ1和Δβ2经PI校正环节后转换为电流信号传递给液压控制器；液压控制器通过与实时的电流对比，控制液压控制器活塞杆进行运动，进而带动执行机构的推盘运动，通过转动杆最终对贯流式水轮发电机组和垂直轴水轮机的叶片角度进行调节，使贯流式水轮发电机组和垂直轴水轮机在不同流量下均可以保持最高效率，从而保证整个增流式智能水轮机系统在不同工况下的水能利用率最高，输出功率最大。本专利技术与现有技术相比其显著优点是：第一，本专利技术提出的尾水流状态控制器既能够调节控制尾水流增流装置的增流效果，又能够根据流量的不同，动态调整贯流式水轮发电机组和垂直轴水轮机的叶片角度，保证它们的效率始终最高，从而使增流式智能水轮机系统在不同工况下的水流能利用率最高、输出功率最大。第二，本专利技术提出的尾水流状态控制器，运行稳定性好，可靠性高，可作为现有技术的升级换代产品，同时在现有基础上更新换代所需要的投资少，收效快，具有很好的实际可操作性。附图说明图1是本专利技术提出的增流式智能水轮机系统的整体结构示意图。图2是本专利技术提出的尾水流状态控制器的工作原理方框流程示意图。图3是本专利技术提出的液压控制器与执行机构的连接位置示意图。图4是本专利技术提出的尾水流增流装置处于全关闭状态时的结构示意图。图5是本专利技术提出的尾水流增流装置处于半开启状态时的结构示意图。图6是本专利技术提出的尾水流增流装置处于全开启状态时的结构示意图。附图中的编号说明：贯流式水轮发电机组1、贯流式水轮发电机组转轮叶片2、轮毂3、尾水流状态控制器4、尾水流增流装置5、垂直轴水轮机叶片6、垂直轴水轮机主轴7、垂直轴水轮机8、受力感应板9、感应驱动杆10、齿轮11、齿条12、上活动连杆13、下活动连杆14、上控流板15、下控流板16、增流平衡弹簧17、上轨道18、下轨道19、上滑轮20、下滑轮21、转动杆22、推盘23、液压控制器活塞杆24、液压控制器25。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。结合图1，本专利技术提出的一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，包括贯流式水轮发电机组1、垂直轴水轮机8，还包括尾水流增流装置5和尾水流状态控制器4，所述尾水流增流装置5设置在贯流式水轮发电机组1与垂直轴水轮机8之间，所述尾水流状态控制器4分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片2的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片6的叶片角度β2的大小以及感应驱动杆10的移动距离x的大小。结合图2，本专利技术的尾水流状态控制器4的内部组件，包括功率控制器、信号处理器、液压控制器25和执行机构，所述尾水流增流装置5中的受力感应板9受信号处理器的控制信号控制，所述尾水流状态控制器4分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片2的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片6的叶片角度β2的大小以及感应驱动杆10的移动距离x的大小，且所得偏差Δβ1、Δβ2和Δx能够对结果进行校正，从而实现增流式智能水轮机系统的动态调整；增流式智能水轮机系统的输出功率P与贯流式水轮发电机组转轮叶片2的叶片角度β1、垂直轴水轮机叶片6的叶片角度β2和感应驱动杆10的移动距离x的关系式为：式中：ρ为水的密度，ρ取值为1000kg/m3、Q为水流进入增流式智能水轮机系统的流量；所述增流式智能水轮机系统的控制参数如表1所示。表1尾水流状态控制器4的配置要求为：所述功率控制器可采用PLC功率控制器等；所述信号处理器可采用数字信号处理器等；所述液压控制器25可采用电气液压控制器等。结合图3，本专利技术所述内部组件的执行机构分别设置在贯流式水轮发电机组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，其特征在于，包括增流式智能水轮机系统的被控制组件和尾水流状态控制器(4)的内部组件；所述被控制组件包括贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)、垂直轴水轮机叶片(6)和尾水流增流装置(5)，所述内部组件包括功率控制器、信号处理器、液压控制器(25)和执行机构，所述执行机构包括推盘(23)和转动杆(22)；所述贯流式水轮发电机组轮毂(3)和垂直轴水轮机主轴(7)内分别设置执行机构，所述推盘(23)通过转动杆(22)分别与贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)及垂直轴水轮机叶片(6)连接，所述转动杆(22)绕贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)及垂直轴水轮机叶片(6)的中心转动，所述液压控制器活塞杆(24)与推盘(23)连接，所述尾水流增流装置(5)中的受力感应板(9)受信号处理器的控制信号控制；所述尾水流状态控制器(4)分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片(6)的叶片角度β2的大小以及感应驱动杆(10)的移动距离x的大小，且所得偏差Δβ1、Δβ2和Δx能够对结果进行校正，从而实现增流式智能水轮机系统输出功率P的动态调整。...

【技术特征摘要】
1.一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流状态控制器，其特征在于，包括增流式智能水轮机系统的被控制组件和尾水流状态控制器(4)的内部组件；所述被控制组件包括贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)、垂直轴水轮机叶片(6)和尾水流增流装置(5)，所述内部组件包括功率控制器、信号处理器、液压控制器(25)和执行机构，所述执行机构包括推盘(23)和转动杆(22)；所述贯流式水轮发电机组轮毂(3)和垂直轴水轮机主轴(7)内分别设置执行机构，所述推盘(23)通过转动杆(22)分别与贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)及垂直轴水轮机叶片(6)连接，所述转动杆(22)绕贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)及垂直轴水轮机叶片(6)的中心转动，所述液压控制器活塞杆(24)与推盘(23)连接，所述尾水流增流装置(5)中的受力感应板(9)受信号处理器的控制信号控制；所述尾水流状态控制器(4)分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片(2)的叶片角度β1的大小、垂直轴水轮机叶片(6)的叶片角度β2的大小以及感应驱动杆(10)的移动距离x的大小，且所得偏差Δβ1、Δβ2和Δx能够对结果进行校正，从而实现增流式智能水轮机系统输出功率P的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐肖阳，郑源，张付林，张智，张玉全，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32