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水泵水轮机飞逸及甩负荷过程的动态特性研究

夏煜星  
【摘要】:抽水蓄能电站具有发电、抽水、调频、调相等多种工况。正是由于这些工况之间的频繁转换使得水泵水轮机常处于剧烈的过渡过程之中,从而造成抽水蓄能机组的不稳定等问题。因此对水泵水轮机过渡过程的研究就变得尤为重要。本文采用RNG k-ε湍流模型对水泵水轮机的飞逸过渡过程和甩负荷过渡过程进行了研究。对于飞逸工况,分析了水泵水轮机的单位参数和运转参数的变化规律,表明在空载飞逸工况下,这些参数呈现等幅震荡的周期性现象。利用快速傅里叶变化(FFT)和短时傅里叶变换(STFT)分析了各个部件压力脉动的时频特性,并结合内流场分析了飞逸过渡过程中特殊频率成分的来源。研究发现了高幅低频、低幅高频和倍转频三种频率成分,其中高幅低频的来源于无叶区的旋涡流动,低幅高频的根源在于反水泵工况下最大反向流量的瞬间冲击作用,倍转频频率成分来源于转轮和静止部件之间的动静干涉效应。还分析了整个过渡过程中蜗壳、双列叶栅和转轮区域的压强和流线的演变规律。对于甩负荷工况,分析了全流域内各部测点压力脉动的时频特性,发现了两种高幅值低频率成分、两种高幅值高频率成分和倍转频频率成分。并从甩负荷过渡过程中的外特性和内流场两个角度分析了这些特殊频率成分的诱因。结果表明,甩负荷过渡过程中外特性不稳定的直接原因在于剧烈的压力脉动,而造成压力脉动不稳定特性的诱因便是无叶区和尾水管内部复杂的旋涡流动,这些旋涡流动在转轮水力矩为零的时刻、工况转换时刻和最大反向流量的瞬间冲击时刻表现的最为剧烈。


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