非同步導(dǎo)葉對混流式水泵水輪機“S”特性影響研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展及工業(yè)用電需求的不斷增大，抽水蓄能機組作為目前可以商用的大型儲能設(shè)備，具有水電設(shè)備啟?？焖俸驼{(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點，能有效地應(yīng)付負荷的變化，起到優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，確保電網(wǎng)安全，提高總體經(jīng)濟效益等作用。目前抽水蓄能電站的高速建設(shè)與發(fā)展已勢在必行，國內(nèi)大型抽水蓄能電站的建設(shè)亦已相繼開工。
　　然而作為抽水蓄能電站核心設(shè)備的水泵水輪機，其運行工況復(fù)雜多變，作為水泵水輪機瞬態(tài)過渡過程中最重要的環(huán)節(jié)，其水輪機啟動工況下的“S”特性

2、嚴重影響了水泵水輪機運行的安全性及穩(wěn)定性，致使機組在水輪機工況低水頭啟動并網(wǎng)時發(fā)生困難等。目前改善水泵水輪機“S”特性最為成熟可靠的方法就是采用導(dǎo)葉非同步（預(yù)）開啟方式。但導(dǎo)葉不同步動作在水泵水輪機開啟方式中的應(yīng)用卻為水泵水輪機的研究帶來了新的水力學問題。因此，通過開展非同步導(dǎo)葉裝置的投入對水泵水輪機“S”特性的改善及其對機組內(nèi)流特性影響的研究，對深入了解水泵水輪機“S”特性內(nèi)流誘導(dǎo)機理、提高水泵水輪機機組運行穩(wěn)定性具有重要意義。

3、>　　據(jù)此，本文以國內(nèi)某抽水蓄能電站水泵水輪機機組的模型機為研究對象，建立三維數(shù)學模型，進行模型機組水輪機工況下的數(shù)值模擬，分析探討投入非同步導(dǎo)葉裝置后，非同步導(dǎo)葉不同導(dǎo)葉對數(shù)、不同導(dǎo)葉布置位置以及導(dǎo)葉不同開啟角度情況下的機組內(nèi)部流動特性和外特性，并得出以下結(jié)論:
　　(1)通過對比分析未裝設(shè)非同步導(dǎo)葉水輪機啟動工況下機組轉(zhuǎn)輪域內(nèi)部流動特征可知，機組在小流量工況運行時，水流方向與轉(zhuǎn)輪葉片進口存在很大的沖角，在活動導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪進口之間

4、以及轉(zhuǎn)輪進口處形成了大量的漩渦，幾乎阻塞流道，這即是機組“S”特性產(chǎn)生的重要原因之一。
　　(2)非同步導(dǎo)葉裝置的投入可以改善水泵水輪機組的“S”特性。各非同步導(dǎo)葉布置方案下機組外特性分析結(jié)果表明:同一開啟位置、同一預(yù)開導(dǎo)葉數(shù)目時，預(yù)開角度越大特性曲線改善越明顯;非同步導(dǎo)葉數(shù)日為兩對以上（包括兩對）時，分散布置優(yōu)于集中布置，而對于一對預(yù)開導(dǎo)葉工況則是7＃-17＃位布置優(yōu)于2＃-12＃位布置，即非同步導(dǎo)葉的布置應(yīng)盡量避開鼻端位置;并

5、非預(yù)開導(dǎo)葉數(shù)目越多機組“S”特性改善效果越好，相反當預(yù)開導(dǎo)葉數(shù)日增加到三對時其改善效果反而下降，預(yù)開兩對非同步導(dǎo)葉改善效果最好。
　　(3)各非同步導(dǎo)葉布置方案下機組內(nèi)特性分析結(jié)果表明:非同步導(dǎo)葉的投入強制增大了過流量，減小了進口沖角，減弱了轉(zhuǎn)輪進口以及轉(zhuǎn)輪葉片之間的漩渦，改善了水泵水輪機“S”特性。但非同步導(dǎo)葉的投入同時也擾亂了蝸殼內(nèi)部的流動狀態(tài)，破壞了原轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的漩渦對稱結(jié)構(gòu)，影響了轉(zhuǎn)輪的受力分布，使得轉(zhuǎn)輪所受的水流沖擊力不等