水泵水轮机导叶水力矩特性研究

发布时间：2020-04-06 22:11

【摘要】：中国电力行业蓬勃发展,大容量的水电、风电和核电机组陆续建成投运,为满足电力系统的灵活高效利用,抽水蓄能机组应运而生。作为抽水蓄能机组中的核心能量转换部件,水泵水轮机不仅要求安全、稳定运行,而且要求高效运行。这对现代水泵水轮机的相关设计和运行提出了更高的标准和更严苛的要求。而近年由于机组运行故障诸如导叶拒动、机组抬机等引起的事故频频发生,开展水泵水轮机的运行稳定性研究具有重要意义。论文围绕导叶在流场中的受力情况,结合试验和数值模拟,重点对导叶在水轮机工况和水泵工况的导叶水力矩规律、内部流场分布、水力矩脉动和压力脉动的关联三个方面进行了探究,主要内容如下:1.依托国内某研究所高水头水电装备试验台,对不同导叶开度下的水轮机工况同步导叶以及水泵工况的活动导叶使用电阻应变片测力矩的方法进行实测,并进行了典型运行工况的能量特性试验。获得了在水轮机工况和水泵工况的能量特性、水轮机工况和水泵工况下的导叶水力矩分布;同步导叶时水轮机工况导叶水力矩因数呈现线性规律,而水泵工况的导叶水力矩因数呈现抛物线型规律分布;2.在常用的非同步导叶位置设置一个导叶为非同步导叶,对非同步导叶的不同开度也进行水力矩实测,探究非同步导叶的使用对邻近的同步导叶所受水力矩的影响。从水力矩的角度得出了非同步导叶开启的最大开度,预开导叶的使用使得导水机构流场发生变化,其最佳开度与同步导叶的开度有关,二者的开度差值不宜超过16.4%;3.对水泵水轮机模型进行三维建模和网格划分,鉴于内流场分析中涉及到非稳态流动的捕捉,论文使用SST k-ω两方程模型对水泵水轮机典型运行工况进行流场的仿真,探究导叶水力矩分布和内部流场的对应关系;得出小开度时的水轮机同步导叶工况下转轮内存在大量的漩涡,是因为小开度时过流量较小,流体不能完全充满转轮流道,从上冠开始产生的漩涡结构向下游移动形成;4.由于水力机械的转轮区域、导水机构区域的流动在机组运行过程中会存在周期性的脉动,因此非定常数值模拟时,在内流场中设置基于点平均的压力监测,同时监测导叶的水力矩脉动,分析水力矩脉动和压力脉动时域和频域特征。发现小开度时水力矩脉动和压力脉动均存在幅值较大的低频率脉动,而且在轴频和叶频处幅值最高。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK730

【相似文献】