水轮机气蚀监测与诊断系统研究

摘要

随着我国水电事业的迅速发展,水轮发电机组装机容量和单机容量越来越大,其发电量在电力系统中所占比例越来越高,水电机组的稳定运行对电网的安全与稳定日趋重要。影响水电机组稳定运行的原因有很多,其中气蚀问题尤为突出。由于流体机械的轮叶设计、安装、运行及水质等原因,长期运行的流体机械普遍存在气蚀现象。气蚀现象的存在将导致水轮机过流部件结构损坏、运行条件恶化,严重影响机组效率,大幅度降低机组出力,直接导致电站经济效益的下降,并对水轮机安全、稳定运行带来挑战。然而,气蚀检测是学术界与工程界公认的难题,迄今尚未有一套统一标准体系下的气蚀检测方法成功应用并得到工程界的普遍认可。因此研究开发实用高效的水轮气蚀在线监测与诊断系统,对机组避开气蚀区域运行,确定机组检修周期具有重要的工程应用价值。
　　本文围绕水轮机气蚀监测进行了研究,针对气蚀的噪声特性,在气蚀发生后其噪声频段覆盖范围内进行监测,完成了水轮机气蚀监测系统的设计与开发,为水电设备的状态检修提供了坚实的基础。
　　本文首先对气蚀现象产生的机理作了阐述,并按空化形态和空蚀发生部位对气蚀现象作了具体分类,重点研究和分析了气蚀突出的噪声特性,并由气蚀现象对水轮机的影响,论述了气蚀监测系统对于水电机组的重要意义。随后阐明了气蚀监测诊断的原理及四种可行性方法,以所述方法为基础,进行了对气蚀监测诊断系统的设计和开发,包括系统具体的硬件平台选型和软件系统的搭构,对传感器节点数据采集、预处理、特征提取及数据传输作了研究和分析,开发了包含实时气蚀监测、参数趋势分析、参数相关分析、综合多维评价、自动报告生成等功能模块的气蚀监测与诊断高级应用系统程序。最后对系统的功能进行了展示和分析,并总结了论文的研究成果,探讨了其中尚待改进的问题,对下一步的研究工作进行了展望。

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1. 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容和结构安排

2. 水轮机气蚀监测的理论与方法

2.1 水轮机气蚀机理及其特性

2.2 水轮机气蚀监测的原理和方法

2.3 本章小结

3. 水轮机气蚀监测系统

3.1 硬件平台设计

3.2软件系统设计

3.3 本章小结

4. 白山水电站机组气蚀监测应用

4.1 应用背景

4.2 白山气蚀监测与诊断系统配置与调试

4.3 系统的功能模块设计展示

4.4 本章小结

5. 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参与的科研项目