一种水轮机强烈振动区自适应补气方法与流程

本发明涉及水轮机补气领域，更具体的说是涉及一种水轮机强烈振动区自适应补气方法。

背景技术：

1、在水轮机领域，振动问题是一个长期存在且重要的挑战，特别是在水轮机运行时出现强烈振动区的情况。由多种因素引起，包括水流的流动特性、水轮机的结构设计、运行工况的变化等。强烈振动会对水轮机的性能和安全产生严重影响，可能导致设备损坏、降低发电效率甚至发生安全事故，因此有效控制水轮机振动至关重要。

2、当前，现有的水轮机补气方案中缺乏对水轮机强烈振动区的气液两相流流动过程进行全面的分析过程，也无法获得水轮机强烈振动区不同补气方式、不同补气位置和不同补气量与水轮机尾水涡带形态参数、压力脉动之间的关联结果。

3、同时，采用固定的补气方式、补气位置和补气量，其无法有效适应于不同工况下的振动情况，从而导致水轮机振动控制效果不佳。进一步的，在补气控制方面缺乏对振动机理和流动特性的深入分析，难以构建有效的自适应补气模型，导致控制精度和效率不高。

4、因此，如何设计一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，提高水轮机的稳定性和安全性，优化水力发电系统的运行效率和可靠性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，通过多相流模型数值模拟计算、关联分析和自适应调整补气策略，实现了针对不同工况的精准补气。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，包括：

4、步骤一、通过多相流模型，对不同补气方式、不同补气位置和不同补气量的，水轮机强烈振动区气液两相流流动补气过程，进行数值模拟计算，获得水轮机强烈振动区不同补气方式、不同补气位置和不同补气量与水轮机尾水涡带形态参数、压力脉动之间的关联结果；

5、步骤二、基于所述水轮机强烈振动区不同补气方式、不同补气位置和不同补气量与水轮机尾水涡带形态参数、压力脉动之间的关联结果，确定水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量；

6、步骤三、利用所述水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量，制定水轮机强烈振动区补气策略。

7、其中，所述步骤一中，补气方式包括：自然补气和强迫补气。

8、补气位置包括：主轴中心孔补气和顶盖补气。

9、补气量基于预设补气阈值进行划分，包括：高补气量和低补气量。

10、进一步的，所述步骤一中，水轮机强烈振动区气液两相流流动补气过程，包括：

11、高补气量下的主轴中心孔自然补气、低补气量补气量下的主轴中心孔自然补气、高补气量下的主轴中心孔强迫补气、低补气量下的主轴中心孔强迫补气、高补气量下的顶盖自然补气、低补气量下的顶盖自然补气、高补气量下的顶盖强迫补气和低补气量下的顶盖强迫补气。

12、进一步的，所述步骤二中，水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量，包括：

13、水轮机导叶、转轮区域和尾水管直锥段：采用高补气量下的主轴中心孔强迫补气、低补气量下的主轴中心孔强迫补气和低补气量下的顶盖强迫补气；

14、水轮机尾水管弯肘后的流道内：采用高补气量下的主轴中心孔强迫补气和低补气量下的顶盖强迫补气。

15、进一步的，所述步骤三中，水轮机强烈振动区补气策略，包括：

16、实时监测水轮机稳定性指标、有功功率和水头数据，进行补气控制；所述水轮机稳定性指标包括：尾水管进口压力脉动和顶盖垂直振动峰峰值。

17、进一步的，所述补气控制包括：利用水轮机有功功率和水头数据，与预设有功功率和水头阈值进行比较，判断所述水轮机是否处于强烈振动区；

18、利用水轮机稳定性指标与预设稳定性指标阈值进行比较，判断水轮机稳定性指标是否超标；

19、当水轮机处于强烈振动区，且稳定性指标超标，进行自适应补气。

20、进一步的，所述自适应补气过程中，补气量与所述稳定性指标相耦合，基于水轮机稳定性指标与预设稳定性指标阈值关系，进行补气量控制。

21、进一步的，所述补气控制基于预训练自适应补气模型实现，模型训练过程中，采用均方误差损失函数，进行实际输出与期望输出之间差异的衡量，并利用梯度下降算法最小化损失函数。

22、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明技术方案存在以下

23、有益效果：

24、1、通过采用多相流模型进行数值模拟计算，可以精确模拟水轮机强烈振动区气液两相流流动补气过程，为后续的补气方式、补气位置和补气量选择提供准确的数值依据，避免了传统试错方法的不确定性和低效率。

25、2、通过分析不同补气方式、位置和量与水轮机尾水涡带形态参数、压力脉动之间的关联结果，确定不同负荷下的最佳补气方式。系统能够根据水轮机实际工况灵活调整补气方式，使得补气效果更加精准，提高水轮机的运行效率和稳定性。

26、3、可以有效减轻水轮机强烈振动对设备造成的损坏，降低维护成本，延长设备使用寿命。同时，优化补气策略有助于提高水轮机的输出性能和运行稳定性，实现更高的能源利用效率。

技术特征：

1.一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤一中，补气方式包括：自然补气和强迫补气。

3.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤一中，补气位置包括：主轴中心孔补气和顶盖补气。

4.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤一中，补气量基于预设补气阈值进行划分，包括：高补气量和低补气量。

5.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤一中，水轮机强烈振动区气液两相流流动补气过程，包括：

6.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤二中，水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量，包括：

7.根据权利要求1所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述步骤三中，水轮机强烈振动区补气策略，包括：

8.根据权利要求7所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述补气控制包括：利用水轮机有功功率和水头数据，与预设有功功率和水头阈值进行比较，判断所述水轮机是否处于强烈振动区；

9.根据权利要求8所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述自适应补气过程中，补气量与所述稳定性指标相耦合，基于水轮机稳定性指标与预设稳定性指标阈值关系，进行补气量控制。

10.根据权利要求7所述的一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，其特征在于，所述补气控制基于预训练自适应补气模型实现，模型训练过程中，采用均方误差损失函数，进行实际输出与期望输出之间差异的衡量，并利用梯度下降算法最小化损失函数。

技术总结本发明公开了一种水轮机强烈振动区自适应补气方法，包括：通过多相流模型，对不同补气方式、不同补气位置和不同补气量的，水轮机强烈振动区气液两相流流动补气过程，进行数值模拟计算，获得水轮机强烈振动区不同补气方式、不同补气位置和不同补气量与水轮机尾水涡带形态参数、压力脉动之间的关联结果；基于所述关联结果，确定水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量；结合水轮机不同负荷下的补气方式、补气位置和补气量，制定水轮机强烈振动区补气策略。该自适应补气方法通过多相流模型数值模拟计算、关联分析和自适应调整补气策略，实现了针对不同工况的精准补气，提高了水轮机安全性和稳定性，优化了水力发电系统的运行效率。技术研发人员：李泽宏,宋万礼,徐林森,肖鹏,余玲受保护的技术使用者：贵州黔源电力股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15