水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)與“S”區(qū)數(shù)值模擬研究.pdf

1、大型火電站、核電站等的迅速發(fā)展以及生產(chǎn)、生活水平的快速提高,要求電網(wǎng)在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的前提下具有更大、更靈活的調(diào)節(jié)能力。加速建設(shè)具有雙倍調(diào)峰功能的抽水蓄能電站能夠有效的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但水泵水輪機(jī)的泵工況外特性曲線以及全特性曲線分別存在駝峰區(qū)和“S”特性區(qū),這兩個(gè)不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)分別會(huì)造成泵工況啟動(dòng)過(guò)程的不穩(wěn)定和水輪機(jī)工況下的并網(wǎng)困難。為此,需要通過(guò)試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算,對(duì)水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)和“S”區(qū)的不穩(wěn)定性展開(kāi)研究,為改善運(yùn)行曲線、消除不穩(wěn)

2、定區(qū)域提供參考。
　　為實(shí)現(xiàn)上述目的,本文對(duì)模型水泵水輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,利用定常計(jì)算分析了泵模式與水輪機(jī)模式下的內(nèi)部流場(chǎng)信息,通過(guò)改變活動(dòng)導(dǎo)葉開(kāi)度,研究了駝峰區(qū)和“S”區(qū)的發(fā)展過(guò)程;利用非定常計(jì)算得到駝峰區(qū)各工況點(diǎn)流場(chǎng)的非定常特性和壓力脈動(dòng)特性。本文研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.分別對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度為18mm、22mm、32mm時(shí)水泵水輪機(jī)泵工況進(jìn)行定常計(jì)算,獲得三個(gè)開(kāi)度下各自的外特性曲線;根據(jù)定常計(jì)算結(jié)果分析流量減小過(guò)程中三

3、個(gè)開(kāi)度各自流場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律,并研究?jī)?nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)外特性曲線形狀的影響;最后對(duì)18mm開(kāi)度駝峰區(qū)的形成原因做初步探究。
　　2.在蝸殼出口、雙列葉柵流道以及轉(zhuǎn)輪進(jìn)口前共布置12個(gè)測(cè)點(diǎn),通過(guò)對(duì)駝峰區(qū)內(nèi)的四個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行非定常計(jì)算,得到這12個(gè)測(cè)點(diǎn)在四個(gè)工況下的壓力脈動(dòng)變化規(guī)律,隨后利用快速傅里葉變換(FFT),得到壓力脈動(dòng)頻譜,進(jìn)而比較駝峰區(qū)內(nèi)四個(gè)工況點(diǎn)的壓力脈動(dòng)頻率成分,并分析流量對(duì)壓力脈動(dòng)的影響。此外通過(guò)非定常計(jì)算結(jié)果分析了這四個(gè)工況

4、點(diǎn)的非定常流動(dòng)信息。
　　3.分別對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度為5mm、10mm、32mm時(shí)的水輪機(jī)工況至制動(dòng)工況段進(jìn)行定常數(shù)值模擬,分別得到三個(gè)開(kāi)度下各自的第一象限全特性曲線;根據(jù)定常計(jì)算結(jié)果分析了三個(gè)開(kāi)度下水輪機(jī)工況、飛逸工況和制動(dòng)工況的流場(chǎng)變化規(guī)律,探討了流場(chǎng)變化與“S”區(qū)形成之間的關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明,偏離最優(yōu)工況點(diǎn)時(shí),轉(zhuǎn)輪與雙列葉柵內(nèi)的不良流態(tài)是造成水泵工況損失增加、效率降低的主要因素,并且與駝峰區(qū)的形成有密切關(guān)系。對(duì)于水輪機(jī)運(yùn)