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《西华大学》 2020年
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水泵水轮机“S”区压力脉动特性研究

李剑华  
【摘要】:抽水蓄能电站相比于常规水电站具有调谷填峰、调相、事故备用等优点,是我国电力系统中不可或缺的部分。水泵水轮机作为抽水蓄能电站的主要动力部件,需要通过频繁的工况转换来适应电网负荷的变化,而反复的工况转换使得机组更多在偏离设计工况的“S”区工况运行。机组在这一工况区运行时,容易在水轮机工况、制动工况以及反水泵工况之间来回转换。此时机组中的流量和转速会发生震荡,并伴随着强烈的压力脉动,使得整个系统处于不稳定状态,容易造成机组启动失败。严重时,会对机组结构产生破坏,进而影响整个电站的运行安全。因此对水泵水轮机“S”区工况的压力脉动特性进行研究,该研究对抽水蓄能电站的安全运行具有重大意义。本文采用试验测试与数值模拟相结合的方法,对水泵水轮机在“S”区工况运行时的压力脉动特性进行了研究。模型试验主要研究了在不同的运行工况下,流道内不同位置的压力脉动。结果表明,同一工况下无叶区的压力脉动振幅最大,且该压力脉动振幅与单位流量和单位转速密切相关。在一定范围内,相同的单位流量条件下,随着单位转速的增加,无叶区压力脉动振幅也相应增大,且增大幅度呈上升趋势;同一的单位转速条件下,随着单位流量的增大,无叶区压力脉动振幅先减小后增大。同时,利用ANSYS CFX对水泵水轮机19mm开度下若干“S”区工况进行了三维全流道定常和非定常数值模拟,并分析了四种典型工况下水泵水轮机各位置的压力脉动特性。结果表明:水轮机工况P01,叶片吸力面附近流动分离较弱,无叶区的压力脉动较小。飞逸工况P05,流动分离加剧,形成了明显的旋涡,无叶区压力脉动较大。制动区工况P07,发生了明显的旋转失速,且频率为0.7fn,流动呈现明显的不对称性,各流道的流量相差较大,无叶区压力脉动进一步增大。小流量工况P09,旋转失速消失,流动具有明显的对称性,无叶区压力脉动较小。该研究可为水泵水轮机的优化设计提供参考。
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