水泵水轮机泵工况旋转失速条件下压力脉动特性分析
发布时间：2020-12-27 15:53
抽水蓄能电站同时具备储能和发电的功能,可将多余电量转化为更高价值的电能,因此被广泛建设利用。随着风能、太阳能等可再生能源并入电网,抽水蓄能机组各工况之间的转换更加频繁,这就要求水泵水轮机具有更好的运行稳定性。旋转失速是影响旋转机械稳定运行的重要因素之一,旋转失速会引发机组振动,严重时会引起机组共振,给机组安全运行带来重大隐患。因此对水泵水轮机的旋转失速特性研究具有极高的工程价值,对水泵水轮机在旋转失速条件下的压力脉动时频特性的研究,更能全面的分析出旋转失速的产生机理与传播规律。本文以某抽水蓄能电站水泵水轮机机组为研究对象,开展了旋转失速条件下流道内的流动特征以及压力脉动特性研究,对活动导叶流道内涡的结构及演变规律进行了详细分析。主要结论如下:(1)通过研究发现,在0.2~0.76倍试验最优工况流量范围内,导叶区内产生旋转失速现象;在0.2倍最优工况流量下,旋转失速现象最为剧烈,在导叶流道内分布有四个旋转失速区域;活动导叶出口分流与固定导叶出口的回流共同加剧了非失速流道内的流动分离,导致旋转失速区在固定导叶内周向转动。(2)蜗壳压力脉动沿转动方向先减小后增大,距离隔舌越近波动越明显,但在...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泵水轮机全特性曲线图
埃?拦?杂行碌某樗?钅芟钅?建设在推进。例如，蒙大拿州建设的400MW的GordonButte抽水蓄能项目，加利福尼亚州建设的1300MW的EagleMountain项目，公共事业公司DominionEnergy公司在弗吉尼亚州开发了一个800MW的储能时间为10个小时的抽水蓄能设施。根据GNESA全球储能项目库的不完全统计，截止2019年初，全球抽水蓄能电站总装机规模为170.7GW，占储电项目累计装机规模的95.74%。在电力系统能源序列中，风电和太阳能发电工程的纳入数量增多使得抽水蓄能项目更受青睐。IHA预测到2030年，抽水蓄能电站总装机量将增至239GW[9]。图1-22020-2030全球抽水蓄能累计装机规模预测Fig.1-2Predictionofcumulativeinstalledcapacityofglobalpumpedstoragein2020-2030我国抽水蓄能电站项目的启动时间相较国外而言是比较晚的，国内的抽水蓄能电站建设一直到上个世纪60年代才开始。2003年之前，我国抽水蓄能装机占比容量仅为1.6%[10]，在抽水蓄能领域的技术研究处于起步阶段，抽水蓄能机组全部依赖进口，代价昂贵。国内最早建设有15座抽水蓄能电站，共58台机组，没有一台机组来自国内生产，是我国花费近百亿元从国外买进。为此，我国在2003年三月正式将大型抽水蓄能机组及成套设备列为重点领域和重点突破方向。2014年开始，我国抽水蓄能市场规模不断扩大，电站建设
第二章计算模型与数值计算方法92计算模型与数值计算方法在水泵水轮机不稳定特性研究中，模型试验研究方法存在造价高、设备限制因素多、流场显示困难、加工耗时长等局限性，因此本文采用数值模拟的研究方法对某抽水蓄能电站的水泵水轮机组模型进行数值模拟研究。在本章中，主要介绍本文采用的网格划分以及数值计算策略，为后续研究提供基矗2.1水泵水轮机计算模型及基本参数本文以某抽水蓄能电站的水泵水轮机组为数值模拟对象，核心部件包括蜗壳、转轮、活动导叶、固定导叶和尾水管五个部分。原型水泵水轮机基本参数和模型水泵水轮机主要参数分别见表2-1和表2-2：表2-1原型水泵水轮机基本参数Table2-1Basicparametersofprototypepumpturbine参数转轮进口直径D1p，mm最大毛水头Hmaxp，m最小毛水头Hminp，m水轮机额定水头Hrp，m额定转速nrp，rpm数值1920570.4494.0510500表2-2模型水泵水轮机基本参数Table2-2Basicparametersofmodelpumpturbine参数数值参数数值转轮进口直径，D1mm280最大水头Hmax，m11.62转轮出口直径，D2mm146.3最小水头Hmin，m9.94导叶高度b0，mm24.4额定水头Hr，m10.55蜗壳进口直径，mm150.4水轮机工况额定出力Nr，kw4.6机组转动惯量，GD2kg·㎡6.6水泵工况最大出力Npmax，kw4.8转轮叶片个数9额定转速nrp，rpm1000导叶个数20对该水泵水轮机运用UGNX10.0软件进行三维建模，模型图见图2-1。模型计算域是由蜗壳、转轮、活动导叶、固定导叶、尾水管五个部分组成。图2-1水泵水轮机三维模型Fig.2-13-Dmodelofthepump-turbine
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泵水轮机不同工况点的稳定性分析[J]. 唐韧博,杨建东. 水力发电学报. 2016(05)
[2]水泵水轮机四象限工作区流动特性数值分析[J]. 夏林生,程永光,蔡芳,张晓曦. 水利学报. 2015(07)
[3]旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应[J]. 周佩剑,王福军,姚志峰. 农业工程学报. 2015(07)
[4]抽水蓄能发展再认识[J]. 刘殿海. 国家电网. 2013(09)
[5]离心泵间隙对压力脉动及径向力的影响[J]. 施卫东,张磊,陈斌,蒋婷,张华. 排灌机械工程学报. 2012(03)
[6]不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟[J]. 祝磊,袁寿其,袁建平,周建佳,金荣,王慧. 农业工程学报. 2011(10)
[7]隔舌间隙对双吸离心泵内部非定常流场的影响[J]. 瞿丽霞,王福军,丛国辉,高江永. 农业机械学报. 2011(07)
[8]水轮机空化系数及其对水力性能的影响[J]. 徐洪泉,王万鹏. 大电机技术. 2010(05)
[9]双吸离心泵隔舌区压力脉动特性分析[J]. 丛国辉,王福军. 农业机械学报. 2008(06)
[10]轴流泵不稳定流场的压力脉动特性研究[J]. 王福军,张玲,张志民. 水利学报. 2007(08)
博士论文
[1]水泵水轮机驼峰区流动机理及瞬态特性研究[D]. 李德友.哈尔滨工业大学 2017
[2]小型离心模型泵非定常流动试验研究及数值模拟[D]. 邵杰.清华大学 2009
本文编号：2942031
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泵水轮机全特性曲线图
埃?拦?杂行碌某樗?钅芟钅?建设在推进。例如，蒙大拿州建设的400MW的GordonButte抽水蓄能项目，加利福尼亚州建设的1300MW的EagleMountain项目，公共事业公司DominionEnergy公司在弗吉尼亚州开发了一个800MW的储能时间为10个小时的抽水蓄能设施。根据GNESA全球储能项目库的不完全统计，截止2019年初，全球抽水蓄能电站总装机规模为170.7GW，占储电项目累计装机规模的95.74%。在电力系统能源序列中，风电和太阳能发电工程的纳入数量增多使得抽水蓄能项目更受青睐。IHA预测到2030年，抽水蓄能电站总装机量将增至239GW[9]。图1-22020-2030全球抽水蓄能累计装机规模预测Fig.1-2Predictionofcumulativeinstalledcapacityofglobalpumpedstoragein2020-2030我国抽水蓄能电站项目的启动时间相较国外而言是比较晚的，国内的抽水蓄能电站建设一直到上个世纪60年代才开始。2003年之前，我国抽水蓄能装机占比容量仅为1.6%[10]，在抽水蓄能领域的技术研究处于起步阶段，抽水蓄能机组全部依赖进口，代价昂贵。国内最早建设有15座抽水蓄能电站，共58台机组，没有一台机组来自国内生产，是我国花费近百亿元从国外买进。为此，我国在2003年三月正式将大型抽水蓄能机组及成套设备列为重点领域和重点突破方向。2014年开始，我国抽水蓄能市场规模不断扩大，电站建设
第二章计算模型与数值计算方法92计算模型与数值计算方法在水泵水轮机不稳定特性研究中，模型试验研究方法存在造价高、设备限制因素多、流场显示困难、加工耗时长等局限性，因此本文采用数值模拟的研究方法对某抽水蓄能电站的水泵水轮机组模型进行数值模拟研究。在本章中，主要介绍本文采用的网格划分以及数值计算策略，为后续研究提供基矗2.1水泵水轮机计算模型及基本参数本文以某抽水蓄能电站的水泵水轮机组为数值模拟对象，核心部件包括蜗壳、转轮、活动导叶、固定导叶和尾水管五个部分。原型水泵水轮机基本参数和模型水泵水轮机主要参数分别见表2-1和表2-2：表2-1原型水泵水轮机基本参数Table2-1Basicparametersofprototypepumpturbine参数转轮进口直径D1p，mm最大毛水头Hmaxp，m最小毛水头Hminp，m水轮机额定水头Hrp，m额定转速nrp，rpm数值1920570.4494.0510500表2-2模型水泵水轮机基本参数Table2-2Basicparametersofmodelpumpturbine参数数值参数数值转轮进口直径，D1mm280最大水头Hmax，m11.62转轮出口直径，D2mm146.3最小水头Hmin，m9.94导叶高度b0，mm24.4额定水头Hr，m10.55蜗壳进口直径，mm150.4水轮机工况额定出力Nr，kw4.6机组转动惯量，GD2kg·㎡6.6水泵工况最大出力Npmax，kw4.8转轮叶片个数9额定转速nrp，rpm1000导叶个数20对该水泵水轮机运用UGNX10.0软件进行三维建模，模型图见图2-1。模型计算域是由蜗壳、转轮、活动导叶、固定导叶、尾水管五个部分组成。图2-1水泵水轮机三维模型Fig.2-13-Dmodelofthepump-turbine
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泵水轮机不同工况点的稳定性分析[J]. 唐韧博,杨建东. 水力发电学报. 2016(05)
[2]水泵水轮机四象限工作区流动特性数值分析[J]. 夏林生,程永光,蔡芳,张晓曦. 水利学报. 2015(07)
[3]旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应[J]. 周佩剑,王福军,姚志峰. 农业工程学报. 2015(07)
[4]抽水蓄能发展再认识[J]. 刘殿海. 国家电网. 2013(09)
[5]离心泵间隙对压力脉动及径向力的影响[J]. 施卫东,张磊,陈斌,蒋婷,张华. 排灌机械工程学报. 2012(03)
[6]不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟[J]. 祝磊,袁寿其,袁建平,周建佳,金荣,王慧. 农业工程学报. 2011(10)
[7]隔舌间隙对双吸离心泵内部非定常流场的影响[J]. 瞿丽霞,王福军,丛国辉,高江永. 农业机械学报. 2011(07)
[8]水轮机空化系数及其对水力性能的影响[J]. 徐洪泉,王万鹏. 大电机技术. 2010(05)
[9]双吸离心泵隔舌区压力脉动特性分析[J]. 丛国辉,王福军. 农业机械学报. 2008(06)
[10]轴流泵不稳定流场的压力脉动特性研究[J]. 王福军,张玲,张志民. 水利学报. 2007(08)
博士论文
[1]水泵水轮机驼峰区流动机理及瞬态特性研究[D]. 李德友.哈尔滨工业大学 2017
[2]小型离心模型泵非定常流动试验研究及数值模拟[D]. 邵杰.清华大学 2009
本文编号：2942031
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