邵卫云[1]2004年在《带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真及其应用》文中研究指明抽水蓄能电站在电力系统中所占的地位越来越重要，抽水蓄能机组的发展也趋于高水头化、大容量化。在异常情况下，水轮机甩负荷所引起的压力升高和机组转速的上升，对抽水蓄能电站整个输水系统的稳定性以至于整个电站的运行安全会产生更大的威胁。为此，本文对导叶不同步装置的工作原理和理论、抽水蓄能过渡过程仿真模型和水轮机甩负荷工况蜗壳进口压力的水力特性进行了全面的分析和研究。 首先，本文提出了基于曲面拟合的水泵水轮机全特性曲线的新变换方法，消除了Suter变换及其修正方法中的一些缺陷，实现了同一过渡过程仿真程序中从全开到全关(或从全关到全开)的各种水力瞬变过程的计算。移动最小二乘(MLS)近似是基于无网格化和局部近似的全局近似方法。文中通过对移动最小二乘近似的基函数、权函数以及相关参数的对比和探讨，选定了适宜于全特性曲线拟合的函数和参数范围，以局部近似完成了全特性曲面的全局近似，更好地拟合出了曲线局部区域的变化，取得了更高的拟合精度。 其次，本文基于叶片式水力机械的内特性解析法和水泵水轮机的外特性曲线，对抽水蓄能电站中导叶不同步装置(MGV装置)对“S”特性的影响进行了理论分析和公式推导，得出了MGV装置投入后水轮机区和反水泵区流量特性和力矩特性的数学描述表达式、水轮机制动区特征工况点的经验公式，并在此基础上给出了MGV装置投入后上述区域内新的全特性曲线的绘制框图。此外，对MGV装置稳定空载运行和降低水轮机效率的机理进行了定性分析。 再次，抽水蓄能电站过渡过程仿真计算是抽水蓄能电站设计阶段和运行阶段保证电站运行安全的重要手段。本文基于水力瞬变的特征线法和MGV装置的原理，给出了带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真计算框图，并开发出了相应的通用程序，在工程实践中得到了初步的应用。 再再次，在上文所作研究的基础上，本文对抽水蓄能电站中水轮机甩负荷工况蜗壳进口压力的水力特性进行了理论分析。重点在于：MGV装置未投入时，不同导叶关闭规律以及不同关闭规律斜率对蜗壳进口压力双峰特性的影响;MGV装置投入后，MGV装置延时投入时间的长短、附加开度的变化规律和抽水蓄能电站水头对蜗壳进口压力双峰特性的影响;MGV装置降低蜗壳进口压力最大峰值的作用。此外，提出了降低蜗壳进口压力的措施。 最后，本文利用天荒坪抽水蓄能电站和桐柏抽水蓄能电站的有关参数，对上述的有关理论和模型进行了验证分析。对比结果表明，本文的理论和结论是合理的，对工程实践有一定的指导和参考价值。关键词:水泵水轮机全特性，移动最小二乘近似，导叶不同步装置(MGV装 置)，过渡过程仿真计算，蜗壳进口压力，水力特性
吕文娟[2]2014年在《非同步导叶对混流式水泵水轮机“S”特性影响研究》文中进行了进一步梳理随着经济建设的快速发展及工业用电需求的不断增大,抽水蓄能机组作为目前可以商用的大型储能设备,具有水电设备启停快速和调节灵活等优点,能有效地应付负荷的变化,起到优化电源结构,确保电网安全,提高总体经济效益等作用。目前抽水蓄能电站的高速建设与发展已势在必行,国内大型抽水蓄能电站的建设亦已相继开工。然而作为抽水蓄能电站核心设备的水泵水轮机,其运行工况复杂多变,作为水泵水轮机瞬态过渡过程中最重要的环节,其水轮机启动工况下的“S”特性严重影响了水泵水轮机运行的安全性及稳定性,致使机组在水轮机工况低水头启动并网时发生困难等。目前改善水泵水轮机“S”特性最为成熟可靠的方法就是采用导叶非同步(预)开启方式。但导叶不同步动作在水泵水轮机开启方式中的应用却为水泵水轮机的研究带来了新的水力学问题。因此,通过开展非同步导叶装置的投入对水泵水轮机“S”特性的改善及其对机组内流特性影响的研究,对深入了解水泵水轮机“S”特性内流诱导机理、提高水泵水轮机机组运行稳定性具有重要意义。据此,本文以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机机组的模型机为研究对象,建立叁维数学模型,进行模型机组水轮机工况下的数值模拟,分析探讨投入非同步导叶装置后,非同步导叶不同导叶对数、不同导叶布置位置以及导叶不同开启角度情况下的机组内部流动特性和外特性,并得出以下结论：(1)通过对比分析未装设非同步导叶水轮机启动工况下机组转轮域内部流动特征可知,机组在小流量工况运行时,水流方向与转轮叶片进口存在很大的冲角,在活动导叶与转轮进口之间以及转轮进口处形成了大量的漩涡,几乎阻塞流道,这即是机组“S”特性产生的重要原因之一。(2)非同步导叶装置的投入可以改善水泵水轮机组的“S”特性。各非同步导叶布置方案下机组外特性分析结果表明：同一开启位置、同一预开导叶数目时,预开角度越大特性曲线改善越明显；非同步导叶数目为两对以上(包括两对)时,分散布置优于集中布置,而对于一对预开导叶工况则是7#-17#位布置优于2#-12#位布置,即非同步导叶的布置应尽量避开鼻端位置；并非预开导叶数目越多机组“S”特性改善效果越好,相反当预开导叶数目增加到叁对时其改善效果反而下降,预开两对非同步导叶改善效果最好。(3)各非同步导叶布置方案下机组内特性分析结果表明：非同步导叶的投入强制增大了过流量,减小了进口冲角,减弱了转轮进口以及转轮叶片之间的漩涡,改善了水泵水轮机“S”特性。但非同步导叶的投入同时也扰乱了蜗壳内部的流动状态,破坏了原转轮内部的漩涡对称结构,影响了转轮的受力分布,使得转轮所受的水流冲击力不等,进而影响机组的运行稳定性(4)综合对比各工况下的数值分析结果,得到该机组最优非同步导叶布置方式为预开两对非同步导叶、预开导叶对称布置(对应包角值分别为333.18。、243.180、153.18°、63.18。)且预开角度为30°。
朱伟[3]2015年在《水泵水轮机S特性形成机理的水动力学分析》文中研究指明混流式水泵水轮机的全特性曲线普遍存在S形区域,机组在水轮机工况启动过程中进入S区易发生流量震荡,造成并网困难,严重影响电站的安全运行。本文将模型试验与数值计算相结合,分别以最优开度线和小开度线情况分析水泵水轮机特性曲线形成S形的水动力学机理。以模型水泵水轮机为研究对象,对特性曲线进行了详细分析。结合多套水泵水轮机模型特性曲线发现,在第一象限发生S形弯折的”拐点”与其飞逸点并不一定重合。本文重点对S形区域极偏工况的”拐点”与附近工况点进行详细的叁维流动特性分析。首先对最优开度线进行全流道多工况点的叁维数值模拟,选取包括S区工况在内的五个点进行非定常数值计算。最优工况下机组整体流道内流动顺畅;”拐点”工况无叶区的流速沿周向分布为周期性的流入和流出,转轮叶片间出现明显的流动分离现象和大尺度漩涡流,阻塞了主流道,水流对转轮几乎不做功。在小流量的制动工况,无叶区内存在沿转轮周向流动的封闭“水环”,阻碍了水流的流进或流出,转轮叶片间充满了多个漩涡,阻碍了叶轮的运动,造成转轮不能在更高的转速下维持小流量状态的运行,在最优开度特性曲线上表现为在转折点开始发生S形的弯折。不同步导叶(MGV)能有效改善水泵水轮机的S特性,本文对比分析了有/无MGV时有/无S曲线的内流变化规律。选取两条小导叶开度线,MGV的同步导叶开度与其一相同,MGV整体开度与另一小导叶开度相同。对叁条线上相似位置的6个极偏工况点进行非定常计算,分别为”拐点”、小流量点和反水泵工况点。计算发现小开度时内部流动较最优开度时复杂得多,流道内有明显涡流,导叶与转轮入口的来流角更大;采用MGV后,特性曲线的S形现象得到明显改善,在应发生转折的“拐点”工况,导叶间的漩涡流得到增强,无叶区内的高速环流在不同步导叶附近被局部破坏,使进入转轮内的水流增多,转轮内的涡流得到改善,提高了转轮在“拐点”工况的转速。且在小流量和反水泵工况也能大范围地破坏无叶区内的封闭环流,水流能够冲击转轮做功,维持转轮在该小流量工况下的高速运动。在特性曲线上表现为单位转速在拐点和小流量点均有明显的增大,且随着流量的减小,增加的趋势更明显,从而改善了S特性。
徐海华[4]2011年在《不同步导叶对水泵水轮机叁维流动特性影响数值分析》文中进行了进一步梳理导叶不同步动作在水泵水轮机开启方式中的应用为水泵水轮机的研究带来了新的水力学问题。目前我国大力发展抽水蓄能电站，对机组运行的稳定性日益重视，通过开展在导叶不同步情况下的定常及非定常流动分析，对于了解水泵水轮机振动的内在机理、改善水泵水轮机的综合水力性能、提高水泵水轮发电机组的运行稳定性具有十分重要的意义。在水轮机工况的额定转速、设计水头下，探讨了两对活动导叶不同步对机组外特性、内部流动特性与压力脉动特性的影响规律。通过对定常计算外特性结果分析与整体流道内的流场比较，不同步导叶明显改变了机组的外特性参数和整体流道内的流场分布，随着预开启导叶角度的增大，机组的过流量和出力随之增大，效率也有所提高。通过非定常数值计算，不同步导叶使机组整体流道内的非定常流动特性、压力脉动和频谱特性均发生了改变。在机组全流道区域内，不同步导叶能有效改善大部分流道内的脉动幅值，且不同步导叶预开启角度越大，机组静止部件内的脉动幅值会越小；但不能改善旋转的转轮叶片间的脉动幅值。流态分布结果显示，转轮叶道内压力脉动幅值在导叶不同步时更高的主因是对应流道内的流速分布随时间变化太大，导致动压变化大，直接引起静压值的剧烈波动；而在其它过流部件内，不同步导叶改善内部的流动顺畅问题，因此能减小内部的压力脉动幅值。本文对不同步导叶存在改变机组内部的流动机理进行了初步分析，为改善这类机组水力振动问题的进一步研究打下基础。
参考文献：
[1]. 带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真及其应用[D]. 邵卫云. 浙江大学. 2004
[2]. 非同步导叶对混流式水泵水轮机“S”特性影响研究[D]. 吕文娟. 兰州理工大学. 2014
[3]. 水泵水轮机S特性形成机理的水动力学分析[D]. 朱伟. 清华大学. 2015
[4]. 不同步导叶对水泵水轮机叁维流动特性影响数值分析[D]. 徐海华. 清华大学. 2011