【摘要】：水泵水輪機(jī)水泵工況駝峰區(qū)和水輪機(jī)工況S區(qū)是水泵水輪機(jī)典型不穩(wěn)定區(qū)域,嚴(yán)重制約了水泵水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行范圍,是蓄能機(jī)組穩(wěn)定研究重點(diǎn)。隨著蓄能機(jī)組的快速發(fā)展,水泵水輪機(jī)向著高水頭、大容量和高比轉(zhuǎn)速發(fā)展;同時(shí),由于像風(fēng)能、太陽(yáng)能等受環(huán)境影響較大的能源在電網(wǎng)上大量的投入,致使電網(wǎng)負(fù)荷頻繁變化,從而使蓄能機(jī)組頻繁地啟停來平衡電網(wǎng)負(fù)荷變化;這些因素致使水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)和S區(qū)不穩(wěn)定問題愈加嚴(yán)重,成為蓄能機(jī)組發(fā)展的技術(shù)瓶頸。近年來,通過模型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在駝峰區(qū)和S區(qū)存在遲滯效應(yīng),遲滯效應(yīng)的存在大幅地增大了不穩(wěn)定區(qū)域,致使駝峰裕度和S區(qū)裕度選擇不合理。然而目前對(duì)駝峰區(qū)和S區(qū)的形成機(jī)理未形成統(tǒng)一解釋,更缺乏對(duì)遲滯效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理研究。本課題通過模型試驗(yàn)和理論分析的方法,針對(duì)駝峰區(qū)和S區(qū)遲滯效應(yīng)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。為滿足高水頭水泵水輪機(jī)水泵工況駝峰區(qū)遲滯效應(yīng)和水輪機(jī)工況遲滯效應(yīng)試驗(yàn)精度需求,針對(duì)哈爾濱大電機(jī)研究所水力機(jī)械通用試驗(yàn)臺(tái),基于美國(guó)國(guó)家儀器公司PXI平臺(tái),采用圖形化編程語(yǔ)言,開發(fā)了一套高精度水力機(jī)械通用測(cè)試系統(tǒng)。結(jié)果表明水力機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)具有高精度、高自動(dòng)化性,是集采集、分析、處理、報(bào)表等功能為一體的高智能測(cè)試軟件。采用設(shè)計(jì)的高精度水力機(jī)械通用測(cè)試系統(tǒng),對(duì)高水頭水泵水輪機(jī)水泵工況16mm、20mm和24mm活動(dòng)導(dǎo)葉開口下的駝峰區(qū)進(jìn)行能量特性和壓力脈動(dòng)特性研究,驗(yàn)證駝峰區(qū)遲滯效應(yīng)的存在。采用歐拉理論分析,得出水泵工況駝峰區(qū)的遲滯效應(yīng)的形成來源歐拉揚(yáng)程和水力損失的共同作用,其中水力損失占主要作用。通過時(shí)域和頻域分析,確定了駝峰區(qū)遲滯的現(xiàn)象的產(chǎn)生與無(wú)葉區(qū)內(nèi)高幅值低頻壓力脈動(dòng)有關(guān)(0.02fn~0.10fn)。采用開發(fā)設(shè)計(jì)的高精度水力機(jī)械通用測(cè)試系統(tǒng),對(duì)高水頭水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況16mm、20mm和24mm活動(dòng)導(dǎo)葉開口下的S區(qū)進(jìn)行壓力脈動(dòng)試驗(yàn),驗(yàn)證S區(qū)遲滯效應(yīng)的存在。選取典型工況點(diǎn)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析,結(jié)果表明,S特性的形成與無(wú)葉區(qū)的低頻壓力脈動(dòng)有關(guān)(0.1fn~0.6fn)。
【圖文】：

圖 1-1 駝峰區(qū)遲滯效應(yīng) 圖 1-2 S 區(qū)遲滯效應(yīng)1.2 駝峰區(qū)遲滯效應(yīng)研究進(jìn)展水泵水輪機(jī)水泵工況駝峰不穩(wěn)定區(qū)域通常發(fā)生在高揚(yáng)程小流量區(qū)域。在水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)過程中，通常給定足夠的駝峰裕度，將正常運(yùn)行范圍設(shè)定在駝峰區(qū)外。然而，隨著揚(yáng)程、比轉(zhuǎn)速和容量的增大，駝峰不穩(wěn)定區(qū)越來越靠近最優(yōu)工況點(diǎn)，致使安全穩(wěn)定范圍大幅度減小，導(dǎo)致在高水頭和電網(wǎng)低頻時(shí)水泵水輪機(jī)運(yùn)行必須要經(jīng)歷駝峰不穩(wěn)定區(qū)域。當(dāng)水泵水輪機(jī)經(jīng)歷駝峰不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，機(jī)組劇烈振蕩并伴隨著大量的噪聲，嚴(yán)重時(shí)可能破壞整個(gè)機(jī)組和管路系統(tǒng)[9]。近年來，越來越多的學(xué)者采用模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法開始研究水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)不穩(wěn)定特性。結(jié)果表明，駝峰區(qū)不穩(wěn)定的形成一方面來源于轉(zhuǎn)輪入口的預(yù)旋、回流[10]和吸力面空化[11, 12]，另一方面來源于雙列葉柵中的回流、旋渦運(yùn)動(dòng)[4]、旋轉(zhuǎn)失速[13, 14]和二次流[15]。這些研究成果對(duì)駝峰區(qū)不穩(wěn)定特性的形成機(jī)理給出了深入的闡釋。冉紅娟等人[16]采用 SST k-ω 湍流模型預(yù)測(cè)了揚(yáng)程-流量特性曲線，得出轉(zhuǎn)輪進(jìn)

圖 1-1 駝峰區(qū)遲滯效應(yīng) 圖 1-2 S 區(qū)遲滯效應(yīng)1.2 駝峰區(qū)遲滯效應(yīng)研究進(jìn)展水泵水輪機(jī)水泵工況駝峰不穩(wěn)定區(qū)域通常發(fā)生在高揚(yáng)程小流量區(qū)域。在水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)過程中，通常給定足夠的駝峰裕度，將正常運(yùn)行范圍設(shè)定在駝峰區(qū)外。然而，隨著揚(yáng)程、比轉(zhuǎn)速和容量的增大，駝峰不穩(wěn)定區(qū)越來越靠近最優(yōu)工況點(diǎn)，致使安全穩(wěn)定范圍大幅度減小，導(dǎo)致在高水頭和電網(wǎng)低頻時(shí)水泵水輪機(jī)運(yùn)行必須要經(jīng)歷駝峰不穩(wěn)定區(qū)域。當(dāng)水泵水輪機(jī)經(jīng)歷駝峰不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，機(jī)組劇烈振蕩并伴隨著大量的噪聲，嚴(yán)重時(shí)可能破壞整個(gè)機(jī)組和管路系統(tǒng)[9]。近年來，越來越多的學(xué)者采用模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法開始研究水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)不穩(wěn)定特性。結(jié)果表明，，駝峰區(qū)不穩(wěn)定的形成一方面來源于轉(zhuǎn)輪入口的預(yù)旋、回流[10]和吸力面空化[11, 12]，另一方面來源于雙列葉柵中的回流、旋渦運(yùn)動(dòng)[4]、旋轉(zhuǎn)失速[13, 14]和二次流[15]。這些研究成果對(duì)駝峰區(qū)不穩(wěn)定特性的形成機(jī)理給出了深入的闡釋。冉紅娟等人[16]采用 SST k-ω 湍流模型預(yù)測(cè)了揚(yáng)程-流量特性曲線，得出轉(zhuǎn)輪進(jìn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV136

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉宜;駱亮;李琪飛;;非同步導(dǎo)葉對(duì)水泵水輪機(jī)“S”特性影響研究[J];甘肅科學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

2 李金偉;陳柳;于紀(jì)幸;胡清娟;;混流可逆式水泵水輪機(jī)“S”形特性研究[J];水電站機(jī)電技術(shù);2015年02期

3 陳鐵軍;郭鵬程;左志鋼;李曉鵬;羅興

本文編號(hào)：2705729