水泵水轮机“S”特性及迟滞效应机理研究
发布时间：2021-06-06 05:34
“十三五”规划指出要加快建设抽水蓄能电站,水泵水轮机机组被广泛应用。然而,水泵水轮机运行十分复杂,需要在不同工况之间来回切换,存在两个特殊的不稳定区域:驼峰区和“S”区。近来,有学者发现驼峰区和“S”区常常伴随着迟滞效应,迟滞效应的存在大大增大了水泵水轮机不稳定运行区域,严重影响机组的安全稳定运行。国内外很多学者已经着手研究驼峰特性及其伴随的迟滞效应,但对于“S”特性机理研究尚不清晰,没有统一的解释,对其伴随的迟滞效应的研究更是寥寥无几。鉴于此,本文就水泵水轮机“S”特性及其迟滞效应进行数值研究,主要内容如下:（1）定常计算研究“S”区流动机理,对“S”区典型工况点水轮机工况、水轮机制动工况、零流量工况、反水泵工况进行内部流动特性研究,探索全部过流部件的流场特征和流动演化规律,揭示水泵水轮机“S”特性内在机理,初步解释“S”区形成原因;（2）非定常计算研究上述四个典型工况点的压力脉动特性。先对其进行整体研究,然后针对水轮机工况展开详细分析,确定压力脉动基本特征频率、频率来源以及全流道压力脉动传播规律,并对不同部件测点压力脉动频率进行相干性分析;（3）分别采用稳态和瞬态研究方法验证迟滞现...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泵水轮机“S”特性示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文a1、a2、a3时，水泵水轮机外特性曲线在第一现象出现正斜率（dQ11/dn11>0），而且正曲率的位置恰好发生在飞逸曲线附近，此时特性曲线存在明显的“S”特性，同一个单位转速可能对应着三个不同的单位流量，这样使得机组不能稳定运行。Martin[3]从理论上推导得出，当流量-转速曲线或力矩-转速曲线的斜率为正值时，外特性曲线表现出明显的“S”特性。近年来有学者发现，水泵水轮机“S”特性往往伴随着迟滞效应的发生，迟滞效应加大了水轮机不稳定区域，严重影响机组的稳定运行，图 1-2 为水泵水轮机“S”特性迟滞效应示意图。由图可知，在流量增大方向特性曲线表现出一个“S”区，在流量减小方向特性曲线又表现出另一个“S”特性，而且两个“S”特性曲线并不重合，表现出明显的迟滞效应。水泵水轮机在迟滞区域的运行工况不仅与系统当前的输入状态有关，更会因为系统过去输入状态之不同而不同[4]。
当采用 MGV 装置时“S”特性得到明显改善，且预开启角度越大改善越明显，但由于破坏原有对称性会导致机组压力脉动增大。另外，纪兴英[28]指出空间曲面活动导叶可以影响水泵水轮机“S”特性，当采用 NACA-1 翼型的导叶能够明显改善水泵水轮机“S”特性，采用NACA-2翼型“S”特性反而比常规导叶更加剧烈，但是具体选择怎样的空间曲面导叶起到改善作用并没有明确的结论。也有学者提出增加导叶高度，可以提高转轮过流量，从而改善水泵水轮机“S”特性迟滞效应，但是并没有得到试验和数值计算验证。2016 年，Zu等[29]对水泵水轮机“S”特性做了较全面的说明，主要集中在稳定性分析、试验和数值计算、机组几何参数的影响以及一些改善“S”特性的对策和预防措施等方面，建立了外特性曲线稳定性判断条件；通过试验和数值模拟发现，水泵水轮机“S”特性存在十分复杂的流动结构，尤其是在空载条件下转轮叶片进口存在回流，无叶区有静止涡结构和旋转失速现象；活动导叶开度、空化条件和一些几何参数，尤其是转轮叶片前缘形状对“S”特性曲线的影响十分巨大；提出了一些改善“S”特性的措施，比如采用 MGV 装置、使用节流阀等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泵水轮机“S”特性区的流动机理及研究进展[J]. 李琪飞,张正杰,权辉,王仁本. 热能动力工程. 2017(09)
[2]水泵水轮机泵工况旋转失速压力脉动特性及转动机理[J]. 张春泽,夏林生,刁伟,周家俞. 水利学报. 2017(07)
[3]混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟[J]. 齐继贺. 水资源与水工程学报. 2017(03)
[4]抽水蓄能电站水泵水轮机S特性解决方案探讨[J]. 刘康波,高连凤. 大众用电. 2016(12)
[5]MGV布置方式对水泵水轮机“S”特性影响研究[J]. 吕文娟. 价值工程. 2016(24)
[6]我国已完整掌握大型抽水蓄能电站核心技术[J]. 水泵技术. 2016(03)
[7]水泵水轮机导叶开启瞬态过程数值分析[J]. 李琪飞,蒋雷,李仁年,权辉,谭海燕. 兰州理工大学学报. 2015(06)
[8]非同步导叶对水泵水轮机“S”特性影响研究[J]. 刘宜,骆亮,李琪飞. 甘肃科学学报. 2015(06)
[9]混流式水泵水轮机小开度S特性区内流特性分析[J]. 朱伟,肖业祥,姚洋阳,罗永要,曾崇济,王正伟. 水力发电学报. 2015(10)
[10]水泵水轮机运行中的若干典型过渡过程[J]. 刘凯华,张宇宁,冼海珍. 排灌机械工程学报. 2015(10)
博士论文
[1]水泵水轮机“S”特性预测方法研究[D]. 纪兴英.武汉大学 2013
硕士论文
[1]混流式水泵水轮机驼峰区非定常流动特性研究[D]. 王源凯.兰州理工大学 2016
[2]水泵水轮机驼峰区与“S”区数值模拟研究[D]. 舒崚峰.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3213716
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泵水轮机“S”特性示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文a1、a2、a3时，水泵水轮机外特性曲线在第一现象出现正斜率（dQ11/dn11>0），而且正曲率的位置恰好发生在飞逸曲线附近，此时特性曲线存在明显的“S”特性，同一个单位转速可能对应着三个不同的单位流量，这样使得机组不能稳定运行。Martin[3]从理论上推导得出，当流量-转速曲线或力矩-转速曲线的斜率为正值时，外特性曲线表现出明显的“S”特性。近年来有学者发现，水泵水轮机“S”特性往往伴随着迟滞效应的发生，迟滞效应加大了水轮机不稳定区域，严重影响机组的稳定运行，图 1-2 为水泵水轮机“S”特性迟滞效应示意图。由图可知，在流量增大方向特性曲线表现出一个“S”区，在流量减小方向特性曲线又表现出另一个“S”特性，而且两个“S”特性曲线并不重合，表现出明显的迟滞效应。水泵水轮机在迟滞区域的运行工况不仅与系统当前的输入状态有关，更会因为系统过去输入状态之不同而不同[4]。
当采用 MGV 装置时“S”特性得到明显改善，且预开启角度越大改善越明显，但由于破坏原有对称性会导致机组压力脉动增大。另外，纪兴英[28]指出空间曲面活动导叶可以影响水泵水轮机“S”特性，当采用 NACA-1 翼型的导叶能够明显改善水泵水轮机“S”特性，采用NACA-2翼型“S”特性反而比常规导叶更加剧烈，但是具体选择怎样的空间曲面导叶起到改善作用并没有明确的结论。也有学者提出增加导叶高度，可以提高转轮过流量，从而改善水泵水轮机“S”特性迟滞效应，但是并没有得到试验和数值计算验证。2016 年，Zu等[29]对水泵水轮机“S”特性做了较全面的说明，主要集中在稳定性分析、试验和数值计算、机组几何参数的影响以及一些改善“S”特性的对策和预防措施等方面，建立了外特性曲线稳定性判断条件；通过试验和数值模拟发现，水泵水轮机“S”特性存在十分复杂的流动结构，尤其是在空载条件下转轮叶片进口存在回流，无叶区有静止涡结构和旋转失速现象；活动导叶开度、空化条件和一些几何参数，尤其是转轮叶片前缘形状对“S”特性曲线的影响十分巨大；提出了一些改善“S”特性的措施，比如采用 MGV 装置、使用节流阀等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泵水轮机“S”特性区的流动机理及研究进展[J]. 李琪飞,张正杰,权辉,王仁本. 热能动力工程. 2017(09)
[2]水泵水轮机泵工况旋转失速压力脉动特性及转动机理[J]. 张春泽,夏林生,刁伟,周家俞. 水利学报. 2017(07)
[3]混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟[J]. 齐继贺. 水资源与水工程学报. 2017(03)
[4]抽水蓄能电站水泵水轮机S特性解决方案探讨[J]. 刘康波,高连凤. 大众用电. 2016(12)
[5]MGV布置方式对水泵水轮机“S”特性影响研究[J]. 吕文娟. 价值工程. 2016(24)
[6]我国已完整掌握大型抽水蓄能电站核心技术[J]. 水泵技术. 2016(03)
[7]水泵水轮机导叶开启瞬态过程数值分析[J]. 李琪飞,蒋雷,李仁年,权辉,谭海燕. 兰州理工大学学报. 2015(06)
[8]非同步导叶对水泵水轮机“S”特性影响研究[J]. 刘宜,骆亮,李琪飞. 甘肃科学学报. 2015(06)
[9]混流式水泵水轮机小开度S特性区内流特性分析[J]. 朱伟,肖业祥,姚洋阳,罗永要,曾崇济,王正伟. 水力发电学报. 2015(10)
[10]水泵水轮机运行中的若干典型过渡过程[J]. 刘凯华,张宇宁,冼海珍. 排灌机械工程学报. 2015(10)
博士论文
[1]水泵水轮机“S”特性预测方法研究[D]. 纪兴英.武汉大学 2013
硕士论文
[1]混流式水泵水轮机驼峰区非定常流动特性研究[D]. 王源凯.兰州理工大学 2016
[2]水泵水轮机驼峰区与“S”区数值模拟研究[D]. 舒崚峰.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3213716
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