非同步導(dǎo)葉對(duì)混流式水泵水輪機(jī)“S”特性影響研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)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(jī)組作為目前可以商用的大型儲(chǔ)能設(shè)備，具有水電設(shè)備啟?？焖俸驼{(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，能有效地應(yīng)付負(fù)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(jì)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(shì)在必行，國(guó)內(nèi)大型抽水蓄能電站的建設(shè)亦已相繼開(kāi)工。
　　然而作為抽水蓄能電站核心設(shè)備的水泵水輪機(jī)，其運(yùn)行工況復(fù)雜多變，作為水泵水輪機(jī)瞬態(tài)過(guò)渡過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，其水輪機(jī)啟動(dòng)工況下的“S”特性

2、嚴(yán)重影響了水泵水輪機(jī)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，致使機(jī)組在水輪機(jī)工況低水頭啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)發(fā)生困難等。目前改善水泵水輪機(jī)“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(kāi)啟方式。但導(dǎo)葉不同步動(dòng)作在水泵水輪機(jī)開(kāi)啟方式中的應(yīng)用卻為水泵水輪機(jī)的研究帶來(lái)了新的水力學(xué)問(wèn)題。因此，通過(guò)開(kāi)展非同步導(dǎo)葉裝置的投入對(duì)水泵水輪機(jī)“S”特性的改善及其對(duì)機(jī)組內(nèi)流特性影響的研究，對(duì)深入了解水泵水輪機(jī)“S”特性內(nèi)流誘導(dǎo)機(jī)理、提高水泵水輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。

3、>　　據(jù)此，本文以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)機(jī)組的模型機(jī)為研究對(duì)象，建立三維數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模型機(jī)組水輪機(jī)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(duì)數(shù)、不同導(dǎo)葉布置位置以及導(dǎo)葉不同開(kāi)啟角度情況下的機(jī)組內(nèi)部流動(dòng)特性和外特性，并得出以下結(jié)論:
　　(1)通過(guò)對(duì)比分析未裝設(shè)非同步導(dǎo)葉水輪機(jī)啟動(dòng)工況下機(jī)組轉(zhuǎn)輪域內(nèi)部流動(dòng)特征可知，機(jī)組在小流量工況運(yùn)行時(shí)，水流方向與轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口存在很大的沖角，在活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口之間

4、以及轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處形成了大量的漩渦，幾乎阻塞流道，這即是機(jī)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(jī)組的“S”特性。各非同步導(dǎo)葉布置方案下機(jī)組外特性分析結(jié)果表明:同一開(kāi)啟位置、同一預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉數(shù)目時(shí)，預(yù)開(kāi)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(duì)以上（包括兩對(duì)）時(shí)，分散布置優(yōu)于集中布置，而對(duì)于一對(duì)預(yù)開(kāi)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(kāi)鼻端位置;并

5、非預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉數(shù)目越多機(jī)組“S”特性改善效果越好，相反當(dāng)預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉數(shù)日增加到三對(duì)時(shí)其改善效果反而下降，預(yù)開(kāi)兩對(duì)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(jī)組內(nèi)特性分析結(jié)果表明:非同步導(dǎo)葉的投入強(qiáng)制增大了過(guò)流量，減小了進(jìn)口沖角，減弱了轉(zhuǎn)輪進(jìn)口以及轉(zhuǎn)輪葉片之間的漩渦，改善了水泵水輪機(jī)“S”特性。但非同步導(dǎo)葉的投入同時(shí)也擾亂了蝸殼內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)，破壞了原轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的漩渦對(duì)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