“十三五”規(guī)劃指出要加快建設(shè)抽水蓄能電站,水泵水輪機(jī)機(jī)組被廣泛應(yīng)用。然而,水泵水輪機(jī)運(yùn)行十分復(fù)雜,需要在不同工況之間來回切換,存在兩個(gè)特殊的不穩(wěn)定區(qū)域:駝峰區(qū)和“S”區(qū)。近來,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)駝峰區(qū)和“S”區(qū)常常伴隨著遲滯效應(yīng),遲滯效應(yīng)的存在大大增大了水泵水輪機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)著手研究駝峰特性及其伴隨的遲滯效應(yīng),但對(duì)于“S”特性機(jī)理研究尚不清晰,沒有統(tǒng)一的解釋,對(duì)其伴隨的遲滯效應(yīng)的研究更是寥寥無幾。鑒于此,本文就水泵水輪機(jī)“S”特性及其遲滯效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值研究,主要內(nèi)容如下:（1）定常計(jì)算研究“S”區(qū)流動(dòng)機(jī)理,對(duì)“S”區(qū)典型工況點(diǎn)水輪機(jī)工況、水輪機(jī)制動(dòng)工況、零流量工況、反水泵工況進(jìn)行內(nèi)部流動(dòng)特性研究,探索全部過流部件的流場(chǎng)特征和流動(dòng)演化規(guī)律,揭示水泵水輪機(jī)“S”特性內(nèi)在機(jī)理,初步解釋“S”區(qū)形成原因;（2）非定常計(jì)算研究上述四個(gè)典型工況點(diǎn)的壓力脈動(dòng)特性。先對(duì)其進(jìn)行整體研究,然后針對(duì)水輪機(jī)工況展開詳細(xì)分析,確定壓力脈動(dòng)基本特征頻率、頻率來源以及全流道壓力脈動(dòng)傳播規(guī)律,并對(duì)不同部件測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻率進(jìn)行相干性分析;（3）分別采用穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)研究方法驗(yàn)證遲滯現(xiàn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水泵水輪機(jī)“S”特性示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文a1、a2、a3時(shí)，水泵水輪機(jī)外特性曲線在第一現(xiàn)象出現(xiàn)正斜率（dQ11/dn11>0），而且正曲率的位置恰好發(fā)生在飛逸曲線附近，此時(shí)特性曲線存在明顯的“S”特性，同一個(gè)單位轉(zhuǎn)速可能對(duì)應(yīng)著三個(gè)不同的單位流量，這樣使得機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行。Martin[3]從理論上推導(dǎo)得出，當(dāng)流量-轉(zhuǎn)速曲線或力矩-轉(zhuǎn)速曲線的斜率為正值時(shí)，外特性曲線表現(xiàn)出明顯的“S”特性。近年來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，水泵水輪機(jī)“S”特性往往伴隨著遲滯效應(yīng)的發(fā)生，遲滯效應(yīng)加大了水輪機(jī)不穩(wěn)定區(qū)域，嚴(yán)重影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，圖 1-2 為水泵水輪機(jī)“S”特性遲滯效應(yīng)示意圖。由圖可知，在流量增大方向特性曲線表現(xiàn)出一個(gè)“S”區(qū)，在流量減小方向特性曲線又表現(xiàn)出另一個(gè)“S”特性，而且兩個(gè)“S”特性曲線并不重合，表現(xiàn)出明顯的遲滯效應(yīng)。水泵水輪機(jī)在遲滯區(qū)域的運(yùn)行工況不僅與系統(tǒng)當(dāng)前的輸入狀態(tài)有關(guān)，更會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)過去輸入狀態(tài)之不同而不同[4]。

當(dāng)采用 MGV 裝置時(shí)“S”特性得到明顯改善，且預(yù)開啟角度越大改善越明顯，但由于破壞原有對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致機(jī)組壓力脈動(dòng)增大。另外，紀(jì)興英[28]指出空間曲面活動(dòng)導(dǎo)葉可以影響水泵水輪機(jī)“S”特性，當(dāng)采用 NACA-1 翼型的導(dǎo)葉能夠明顯改善水泵水輪機(jī)“S”特性，采用NACA-2翼型“S”特性反而比常規(guī)導(dǎo)葉更加劇烈，但是具體選擇怎樣的空間曲面導(dǎo)葉起到改善作用并沒有明確的結(jié)論。也有學(xué)者提出增加導(dǎo)葉高度，可以提高轉(zhuǎn)輪過流量，從而改善水泵水輪機(jī)“S”特性遲滯效應(yīng)，但是并沒有得到試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證。2016 年，Zu等[29]對(duì)水泵水輪機(jī)“S”特性做了較全面的說明，主要集中在穩(wěn)定性分析、試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算、機(jī)組幾何參數(shù)的影響以及一些改善“S”特性的對(duì)策和預(yù)防措施等方面，建立了外特性曲線穩(wěn)定性判斷條件；通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，水泵水輪機(jī)“S”特性存在十分復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，尤其是在空載條件下轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口存在回流，無葉區(qū)有靜止渦結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象；活動(dòng)導(dǎo)葉開度、空化條件和一些幾何參數(shù)，尤其是轉(zhuǎn)輪葉片前緣形狀對(duì)“S”特性曲線的影響十分巨大；提出了一些改善“S”特性的措施，比如采用 MGV 裝置、使用節(jié)流閥等。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)的流動(dòng)機(jī)理及研究進(jìn)展[J]. 李琪飛,張正杰,權(quán)輝,王仁本.  熱能動(dòng)力工程. 2017(09)
[2]水泵水輪機(jī)泵工況旋轉(zhuǎn)失速壓力脈動(dòng)特性及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理[J]. 張春澤,夏林生,刁偉,周家俞.  水利學(xué)報(bào). 2017(07)
[3]混流式水輪機(jī)尾水管渦帶及壓力脈動(dòng)數(shù)值模擬[J]. 齊繼賀.  水資源與水工程學(xué)報(bào). 2017(03)
[4]抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)S特性解決方案探討[J]. 劉康波,高連鳳.  大眾用電. 2016(12)
[5]MGV布置方式對(duì)水泵水輪機(jī)“S”特性影響研究[J]. 呂文娟.  價(jià)值工程. 2016(24)
[6]我國(guó)已完整掌握大型抽水蓄能電站核心技術(shù)[J].   水泵技術(shù). 2016(03)
[7]水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉開啟瞬態(tài)過程數(shù)值分析[J]. 李琪飛,蔣雷,李仁年,權(quán)輝,譚海燕.  蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)
[8]非同步導(dǎo)葉對(duì)水泵水輪機(jī)“S”特性影響研究[J]. 劉宜,駱亮,李琪飛.  甘肅科學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)
[9]混流式水泵水輪機(jī)小開度S特性區(qū)內(nèi)流特性分析[J]. 朱偉,肖業(yè)祥,姚洋陽,羅永要,曾崇濟(jì),王正偉.  水力發(fā)電學(xué)報(bào). 2015(10)
[10]水泵水輪機(jī)運(yùn)行中的若干典型過渡過程[J]. 劉凱華,張宇寧,冼海珍.  排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(10)

博士論文
[1]水泵水輪機(jī)“S”特性預(yù)測(cè)方法研究[D]. 紀(jì)興英.武漢大學(xué) 2013

碩士論文
[1]混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)非定常流動(dòng)特性研究[D]. 王源凱.蘭州理工大學(xué) 2016
[2]水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)與“S”區(qū)數(shù)值模擬研究[D]. 舒崚峰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3213716