【摘要】：可逆式水泵水輪機(jī)是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式能源存儲和調(diào)節(jié)的核心裝備之一。隨著抽水蓄能機(jī)組在我國電力系統(tǒng)中所占比重的逐年增加以及單機(jī)容量的不斷增大,抽水蓄能電站和機(jī)組的可靠性對系統(tǒng)的安全運(yùn)行越來越重要�？赡媸剿盟啓C(jī)“S”特性區(qū)引起的機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定問題,已經(jīng)成為當(dāng)前可逆式水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)、運(yùn)行環(huán)節(jié)中最重要的問題,直接影響可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電工況空載啟動時(shí)的穩(wěn)定性,如果處理不好,甚至?xí)鹫麄�電力系統(tǒng)的崩潰,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本研究以某抽水蓄能電站可逆式水泵水輪機(jī)為研究對象,依托國內(nèi)某研究所工程中心水輪機(jī)試驗(yàn)平臺,針對可逆式水泵水輪機(jī)“S”特性與內(nèi)流誘導(dǎo)機(jī)理開展了模型試驗(yàn)研究、全流場三維非定常數(shù)值模擬,探討了非同步導(dǎo)葉(MGV)改善“S”特性及其內(nèi)流誘導(dǎo)機(jī)理,主要研究內(nèi)容如下。1、開展了可逆式水泵水輪機(jī)模型試驗(yàn)研究,闡述了試驗(yàn)臺基本系統(tǒng),進(jìn)行了試驗(yàn)臺綜合誤差分析,結(jié)合抽水蓄能電站參數(shù)做了一定計(jì)算分析;開展了可逆式水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況模型試驗(yàn)和水泵工況模型試驗(yàn),得出模型試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合IEC60193—1999(《水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》)要求,測試得出的各項(xiàng)性能完全滿足設(shè)計(jì)時(shí)給定的保證值要求,測試結(jié)果為數(shù)值分析計(jì)算提供了依據(jù)及所需基礎(chǔ)參數(shù)。2、以模型可逆式水泵水輪機(jī)為研究對象,建立了計(jì)算模型,進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,運(yùn)用能夠有效捕捉近壁區(qū)以及遠(yuǎn)壁區(qū)流動特征的SST k-ω湍流模型,進(jìn)行了可逆式水泵水輪機(jī)全流場三維湍流數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果對比得到綜合特性曲線基本趨勢一致,吻合度較高,表明三維全流道非定常數(shù)值計(jì)算的可信、可靠;針對可逆式水泵水輪機(jī)的“S”特性區(qū)域特殊流動問題,圍繞機(jī)組內(nèi)部流動特征、湍流結(jié)構(gòu)的時(shí)空演變機(jī)制,著重分析計(jì)算了水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況同步啟動過渡過程中的內(nèi)流特性及其演化過程,得出了“S”特性內(nèi)流誘導(dǎo)機(jī)理,探討了“S”特性改善的內(nèi)流控制方法。3、開展了可逆式水泵水輪機(jī)模型四象限全特性及“S”區(qū)特性試驗(yàn)研究和MGV裝置改善可逆式水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)試驗(yàn)研究,獲取了四象限全特性曲線、模型“S”特性曲線、模型全特性曲線、不同導(dǎo)葉開度MGV裝置的“S”特性曲線,分析得出低水頭空載啟動開度區(qū)存在不穩(wěn)定“S”區(qū)域;MGV裝置可顯著改善可逆式水泵水輪機(jī)“S”特性。通過數(shù)值模擬得到投入MGV裝置下,可逆式水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)單位轉(zhuǎn)速與單位流量的關(guān)系曲線,探討了同步導(dǎo)葉與MGV不同布置方式對“S”特性的影響,得出兩對非同步導(dǎo)葉均勻分散對稱布置為最優(yōu)MGV布置方式的結(jié)論;同時(shí)通過對可逆式水泵水輪機(jī)非同步導(dǎo)葉工況下的全流場三維定常和非定常流動分析,得到了可逆式水泵水輪機(jī)最優(yōu)MGV布置工況的內(nèi)流特性及改善機(jī)理,為可逆式水泵水輪機(jī)綜合水力性能的改善提供參考。
【圖文】：

圖 1.1 水 泵 水 輪 機(jī) “ S” 特 性 曲 線 示 意g 1.1 “S” characteristic curves of pump-turb 式 水 泵 水 輪 機(jī) 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 性 的 研 究 開 始， 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 性 的 研 究 難 度 較 高 ， 并 且 可換 工 況 ， 其 中 涉 及 到 有 可 能 進(jìn) 入 到 “S”、 調(diào) 相 轉(zhuǎn) 發(fā) 電 工 況 、 甩 負(fù) 荷 工 況 、 水 泵 過 渡 過 程 中都 存 在 一 系 列 的 不穩(wěn) 定 問 性曲線 的數(shù) 學(xué)表 達(dá) 式，并 針對 水泵 水 與公 式 的 詳盡 推 導(dǎo)[ 6 8 ]。 WILDMER 等 是 與 轉(zhuǎn) 輪 葉 片 間 以 及 轉(zhuǎn) 輪 與 活 動 導(dǎo) 葉[ 6 9 ]。Rodriguez 等在 對有 “S”特性 和沒行 數(shù) 字 和 實(shí) 驗(yàn) 分 析 的 基 礎(chǔ) 上 ， 獲 得 了 轉(zhuǎn) 設(shè)計(jì)了 一個 新的 轉(zhuǎn) 輪，且經(jīng) 試驗(yàn) 測試 顯 可逆式 水泵 水輪 機(jī) 進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)研 究，，他 們 負(fù)荷后 獲得 穩(wěn)定 轉(zhuǎn) 速的困 難[ 7 1 ]。N. R

研 究所 選 取的 響 水澗 抽水 蓄 能水 電 站是 典型 的 有水 源 型抽 組原 形為 該電站 的單 級立 軸 式混流 式可 逆機(jī) 組 ，額 定水 頭 速 350r/min。 其 中 水 輪 機(jī) 工 況 的 最 大 水 頭 201.5m， 最 ，額 定功 率 2 50MW 。水 泵工 況：最大揚(yáng) 程 2 20.0m ，最小揚(yáng) 程 量 0.38m3/s ，水輪 機(jī)工 況的 旋 轉(zhuǎn)方向 為俯 視逆 時(shí) 針旋轉(zhuǎn) 。 輪機(jī) 運(yùn)行 的 平均效 率保 證值 不 低于 92%。 額定 水 輪機(jī)工 況m，水輪 機(jī)工 況額定 出 力 250MW 時(shí)的效 率保 證值 約為 90% 行下 的加 權(quán) 平均效 率不 低于 92.0%。水泵 工況 下 的最高 效。 托哈 爾濱 大電 機(jī) 研究所 水輪 機(jī)試 驗(yàn) 平臺（ 如 圖 2.1 所 示 ）， 泵 水 輪 機(jī) 模 型 試 驗(yàn) 研 究 。 此 試 驗(yàn) 臺 由 研 究 所 搭 建 ， 已 開 展 試 驗(yàn) 研 究 ， 本 課 題 將 根 據(jù) 試 驗(yàn) 具 體 內(nèi) 容 做 一 定 改 造 。 試 驗(yàn) 部 分 ： 一 是 結(jié) 合 原 型 機(jī) 對 模 型 可 逆 式 機(jī) 組 開 展 流 場 測 試 和進(jìn) 行一 定的 分析 計(jì)算 和誤 差分 析 ； 二是 開展 可逆 式機(jī) 組的 瞬態(tài) 過程 “S”特性區(qū) 的內(nèi) 部流 場 測試和 外特 性測 量 。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2635931