双向贯流式泵水轮机泵工况特性研究

发布时间：2020-05-14 23:57

【摘要】：双向贯流式水泵水轮机是潮汐电站中使用的一种水轮机,受潮位涨落影响,其工作水头呈周期性正负交替变化,因此机组不仅有水轮机发电工况,还包括正反向的水泵抽水工况。国内外关于此类贯流式机组的研究多集中于发电工况,对于其水泵工况的运行特性则鲜有涉及。本文对某带有双侧导叶设计的新型贯流式水泵水轮机进行了水泵工况的性能预估,并通过对转轮叶片的改型和调整后置导叶的设计位置提高水泵的水力性能,为大型潮汐机组的多工况运行研究积累了技术经验。首先完成的是该新型贯流式机组正反向水泵工况的性能预估,由于转轮两侧均设置有活动导叶,因此在满足一定扬程设计要求的条件下分别进行了定桨变前后置导叶开度的工况计算,确定最佳开度条件后通过变桨变转速方式完成了正反向水泵的全覆盖式工况计算,并根据机组双向水泵工况的模型综合特性曲线确定最优工况运行时各个过流部件之间的协联匹配关系。第二,机组作正向水泵运行时,最优工况点效率只有58.07%,远远低于反向水泵的83.83%。本文应用非对称S翼型设计理念对叶片几何结构进行了改型设计,计算结果表明,正向水泵工况运行条件下S叶片的翼型动力特性明显优于原型叶片,冲角降低大大减少了叶片头部的撞击损失,叶片抗空化性能也有所提高;而机组反向水泵工况的运行效率略有下降,但同时叶片头部厚度和安放角调整则近乎消除了出水边由于排挤作用导致的流速降低和旋涡现象。从整机外特性上看,无论是水轮机发电工况还是水泵抽水工况,应用S叶片设计的转轮在正反向均能保持较高的运行效率。最后针对机组的正向水泵运行工况,对比分析了不同后置导叶设计位置对机组运行性能的影响。发现当后置导叶与转轮中心的距离为1.0D时机组运行效率最高,且后置导叶段的整流能力和压能恢复程度也最好。
【图文】：

示意图,贯流式,潮汐,机组

可达到良好的水力性能。安装于潮汐电站上可以实习正反向发电、正水六种工况的稳定运行，在开发潮汐资源、提高单机容量方面有着不利电力部富春江水工机械厂承担的国家六五科技攻关项目— 江三期工程于 2005 年列入国家 863 计划，其主要特点就是采用以管悬臂结构，完成了六工况水轮发电机组的研制和安装[5]，于 2007 年，在机组转轮性能、水轮机性能、水泵工况、自动监控、材料结构应大成果。流式水泵水轮机 CFD 技术应用能齐全的大型贯流式潮汐机组运行过程中，由于海水位涨落潮其工作机组需要经历正反向的发电、泄水、抽水六种运行方式，此外还包括开停机、飞逸工况、甩负荷工况等运行过程，机组运行具有频繁的工荷调节的特点(图 1-1)，流道内属于三维不稳定的非定常流动，流动，如果对贯流式机组进行实验研究，条件要求会过于苛刻，，难以进行。

技术分类,网格划分

图 2-3 网格划分技术分类Fig.2-3 Meshing Technology Classification 结构化网格构网格划分方法对计算机硬件要求相对较低，而且网格生成速度快，质量高最广泛的网格划分方法。结构网格的优点是节点与相邻点之间的关系可以根则自动获得，但该网格划分只适用于形状规则的结构。结构网格主要分为传卡尔坐标法、自适应坐标法(拟合坐标、BFC)和块结构网格。结构网格也称为复合网格，是解决不规则区域流动问题的重要网格划分方流体力学 CFD 中。根据研究对象的实际情况，将整个求解区域划分为几个区域与传统的结构网格离散，每个区域的离散方程分别求解。该方法首先将为不同的拓扑区域，然后可以针对不同区域选择不同的网格密度，有效降低难度，而且便于并行算法在每个块中求解代数方程。如何准确有效地在不同量信息是块结构网格划分的关键。非结构化网格
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV734.1

【参考文献】