【摘要】：在抽水蓄能電站發(fā)展越來越快的今天,可逆式水泵水輪機這種一體化機組憑借著結構、運行方式、效益等更加優(yōu)于普通水輪機的特點,逐漸成為今天商用抽水儲能電站首先考慮使用的機組形式。而隨著電站機組容量的與日俱增,對于機組穩(wěn)定可靠運行的要求也越來越高。而可逆式機組容易在啟動、甩負荷的過程中進入“S”特性區(qū)域,導致機組運行變得不穩(wěn)定,造成機組并網(wǎng)困難。現(xiàn)階段使用的預開導葉的方法可以有效的改善甚至規(guī)避水泵水輪機的“S”特性,但不同的導葉布置方案對于“S”特性的改善效果差異顯著。因此,本文通過對水泵水輪機內(nèi)部流場的流動特性、水力部件的受力情況以及壓力脈動特性進行分析研究,得出合理的預開導葉開度和預開導葉布置方案。主要的研究內(nèi)容和成果如下:1.建立了可逆式水泵水輪機同步導葉及預開導葉下的全流道數(shù)值計算模型,得到活動導葉幾何模型,并以結構化網(wǎng)格劃分流體域,得到可靠的數(shù)值計算模型,并設置了合理的邊界條件。2.小流量工況下,選取“S”形區(qū)域內(nèi)的工況點,通過對模型水泵水輪機進行非定常數(shù)值計算,詳細對比分析了同步導葉不同開度下全流道三維非定常數(shù)值計算結果,并和試驗結果進行對比驗證,分析了活動導葉不同開度下導葉-無葉區(qū)-轉輪區(qū)域的內(nèi)流特性,并且定量分析了轉輪的受力情況。結果表明:在小流量工況下,因為活動導葉出口水流流動的方向與轉輪流道進口存在比較大的沖角,在活動導葉出口和轉輪進口的無葉片區(qū)內(nèi)形成高速水環(huán),產(chǎn)生大量的漩渦結構,極大的阻塞了水流流動,導致水泵水輪機“S”特性區(qū)的形成。3.選取四組預開導葉不同導葉開度配比的水泵水輪機模型進行全流道三維非定常計算,分析了不同導葉開度下活動導葉至轉輪區(qū)域的內(nèi)流特性、轉輪的受力情況和尾水管壓力脈動。結果表明:在保證機組穩(wěn)定運行的前提下,可通過增加預開導葉開度來改善“S”特性,不同活動導葉開度對應不同的最優(yōu)預開導葉開度。在小流量能夠工況下,預開導葉開度是同步導葉開度的3倍,為理想的開度配比,對改善“S”特性具有最優(yōu)效果。4.在合理的預開導葉開度下,針對預開導葉不同開啟對數(shù)和布置方式,對模型水泵水輪機進行全流道三維非定常數(shù)值計算,對比分析活動導葉至轉輪區(qū)域的內(nèi)流特性、轉輪的受力情況。結果表明:在小流量工況下,預開四個導葉,按對稱布置方式的預開導葉布置方案對于改善“S”特性具有最優(yōu)的效果。
【圖文】：

9圖 2.1 模型水泵水輪機2 計算域網(wǎng)格劃分.1 網(wǎng)格劃分方法對計算域網(wǎng)格進行劃分需要使用相應的網(wǎng)格劃分工具，不同時期、不同需求使得當段存在著許多的網(wǎng)格劃分工具。主要的網(wǎng)格劃分工具包括 GAMBIT、GRIDGEN、M CFD（Integrated Computational Engineering and Manufacturing）三種，它們有各自對領域和適合對象。ICEM CFD 作為當前商業(yè)應用較為廣泛的網(wǎng)格劃分軟件，具有出的優(yōu)點，能對計算域自動進行非結構化網(wǎng)格劃分，生成四面體網(wǎng)格。也能利用塊的方法，通過自下而上、自上而下兩種不同的拓撲結構創(chuàng)建方式，對不規(guī)則的計算行結構化網(wǎng)格劃分，生成六面體網(wǎng)格。GAMBIT CFD 可以應數(shù)值計算的要求，生

f. 水泵水輪機全流道網(wǎng)格圖 2.2 模型水泵水輪機各部分網(wǎng)格活動導葉在不同開度和不同布置方式下進行網(wǎng)格劃分。節(jié)省時間，提高精度，可以對活動導葉的幾何模型進行在對其進行結構化網(wǎng)格的劃分，得到單個導葉網(wǎng)格后，，得到整個活動導葉的網(wǎng)格。在劃分單個導葉的網(wǎng)格時調整節(jié)點，得到匹配幾何形狀的快結構，，從而提高網(wǎng)格數(shù)量，使得陣列后整個活動導葉的網(wǎng)格數(shù)量保持在一個壁面的加密處理。單個導葉網(wǎng)格見圖 2.3。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV743;TV734.1

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本文編號：2646788