非同步導葉對混流式水泵水輪機“S”特性影響研究.pdf

1、隨著經濟建設的快速發(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備，具有水電設備啟?？焖俸驼{節(jié)靈活等優(yōu)點，能有效地應付負荷的變化，起到優(yōu)化電源結構，確保電網安全，提高總體經濟效益等作用。目前抽水蓄能電站的高速建設與發(fā)展已勢在必行，國內大型抽水蓄能電站的建設亦已相繼開工。
　　然而作為抽水蓄能電站核心設備的水泵水輪機，其運行工況復雜多變，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葉非同步（預）開啟方式。但導葉不同步動作在水泵水輪機開啟方式中的應用卻為水泵水輪機的研究帶來了新的水力學問題。因此，通過開展非同步導葉裝置的投入對水泵水輪機“S”特性的改善及其對機組內流特性影響的研究，對深入了解水泵水輪機“S”特性內流誘導機理、提高水泵水輪機機組運行穩(wěn)定性具有重要意義。

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

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

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