水轮机筒阀液压控制系统研究与设计

论文摘要

水轮机筒阀液压控制系统是筒阀的关键控制设备。筒阀直径大、自身很重,启闭时需多只接力器共同作用。如何保证接力器运行速度和位置同步,以及根据其位移调节运行速度是整个筒阀液压控制系统的关键技术。本文以实现水轮机筒阀的同步提升为目的,受天津市天发重型水电设备制造有限公司委托,根据水轮机筒阀的启闭特性,对筒阀液压控制系统进行了分析和研究。通过工程实际应用,验证了该装备各项功能、达到了预期性能指标。论文主要研究内容和成果如下:（1）研究了筒阀的作用和结构特征。筒阀主要由筒体、操作机构和同步机构三部分组成。筒体是实现水轮机进口阀门功能的实体;液压马达和接力器液压缸是筒阀启闭的两种执行机构;不同的执行机构设计相应的同步机构。（2）采取以液压-机械同步和电气同步相结合的先进控制方式,保证筒阀运行过程六只接力器速度同步和位置同步。针对筒阀的工作特性,分模块设计了液压系统的各功能模块。筒阀液压控制系统基本上由泵站-压力油罐系统、同步回路、平衡回路和速度调节回路组成。为筒阀集成式液压系统设计液压集成块。（3）对筒阀液压控制系统设计的参数进行计算。分析筒阀工况特征、确定接力器的负载大小;对液压系统各项参数进行计算;以此为依据选取液压系统所需的液压缸、泵、电机、控制阀、液压马达以及辅助元件;验证液压系统的性能,确保系统的安全性。（4）提出了一种用Gambit建立由蜗壳、固定导叶、筒阀、活动导叶、转轮和尾水管组成的水轮机全流道模型,并用Fluent软件仿真模拟筒阀动水关闭过程的研究方法。利用仿真手段预测筒阀动水关闭过程中各过流部件流体的速度场和压力场的变化,并得到水流对关闭过程中的筒阀产生的液动下拉力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 水轮机筒阀国内外研究与应用现状
• 1.2.1 水轮机筒阀国外研究与应用现状
• 1.2.2 水轮机筒阀国内研究与应用现状
• 1.3 水轮机筒阀控制系统研究现状
• 1.4 筒阀动水关闭水轮机全流道流场模拟现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 筒阀总体结构
• 2.1 引言
• 2.2 筒体介绍
• 2.2.1 筒体设计与制造
• 2.2.2 筒体密封
• 2.2.3 筒体导向块和导向板
• 2.2.4 筒体下端面倾斜角
• 2.3 操作机构和同步机构
• 2.4 筒阀的安装及优点
• 2.5 本章小结
• 第三章 筒阀液压控制系统方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 液压控制系统基本要求
• 3.2.1 设计依据
• 3.2.2 设计原则
• 3.3 液压基本回路设计
• 3.3.1 同步回路设计
• 3.3.2 平衡回路设计
• 3.3.3 速度调节回路设计
• 3.3.4 控制回路设计
• 3.4 电液同步控制系统原理
• 3.5 泵站-压力油罐系统设计
• 3.6 集成阀块设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 液压控制系统参数计算
• 4.1 引言
• 4.2 工况分析
• 4.2.1 运动分析
• 4.2.2 负载分析
• 4.3 初步确定液压系统参数
• 4.3.1 初选液压系统的工作压力
• 4.3.2 执行元件的选择
• 4.3.3 确定液压缸的主要结构参数
• 4.3.4 接力器各阶段的压力、流量和功率计算及绘制工况图
• 4.4 液压元件的计算和选择
• 4.4.1 接力器的计算和选择
• 4.4.2 液压泵和电动机的计算和选择
• 4.4.3 液压控制阀的选择
• 4.4.4 液压辅助元件的选择
• 4.5 液压系统性能的验算
• 4.5.1 系统压力损失验算
• 4.5.2 系统效率验算
• 4.6 本章小结
• 第五章 筒阀动水关闭水轮机全流道流场模拟
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.2.1 控制方程
• 5.2.2 计算控制域的选择
• 5.2.3 网格划分和滑动网格技术
• 5.2.4 控制方程的求解方法
• 5.2.5 湍流模型的选取
• 5.2.6 离散格式的选择
• 5.2.7 边界条件的给定
• 5.3 计算工况的选择
• 5.4 计算结果的分析研究
• 5.4.1 水轮机流量与筒阀关闭度的关系
• 5.4.2 蜗壳和导叶区流动分析
• 5.4.3 筒阀下拉力分析
• 5.4.4 水头损失计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 参加的科研项目和完成的学术论文
• 致谢