长短叶片水泵水轮机双机同时甩负荷过程中空化发展与影响

水泵水轮机甩负荷是抽水蓄能电站最危险的过渡过程之一,现有电站设计标准中保证机组过渡过程中尾水管最低压强高于空化压强,但在转轮内部和尾水管进口依然有局部空化产生。因此,采用一维输水系统和三维水轮机组耦合的CFD方法,模拟了某抽水蓄能电站双机同时甩负荷导叶关闭过渡过程,重点分析了机组内部空化发展演变规律及其影响。结果表明,在甩负荷转速上升过程中,机组尾水管进口中心区域产生了螺旋状空化腔,在机组到达最大转速时刻,机组转轮长叶片流道出口产生了楔形空化腔;尾水管螺旋状空化腔溃灭瞬间对机组内部压强、转轮受力均产生了瞬时脉冲冲击,转轮内部楔形空化腔溃灭瞬间并未产生明显的冲击。

水泵水轮机抽水断电飞逸过渡过程中转轮受力分析

为防止水泵水轮机空化和尾水管水柱分离,高水头抽水蓄能电站吸出高下降至-100m量级,使得尾水管压强升高。在抽水断电导叶关闭过渡过程,尾水系统的正水锤波冲击在转轮低压侧,水锤波叠加尾水管初始压强可能导致机组旋转部件轴向力失衡;但导叶拒动情况下轴向力如何变化,尚待研究。本文以国内某600 m级水头抽水蓄能电站为研究对象,应用一维三维耦合过渡过程数值模拟技术,模拟了双机同时抽水断电导叶拒动飞逸工况,分析了转轮受力波动规律及机理。结果表明,尾水系统正水锤波对轴向力的冲击明显小于水泵水轮机进入水轮机区时的轴向力冲击,最大轴向力的冲击幅值增量约为200t,值得关注;径向力在水轮机制动区达到最大值,波动剧烈。

甩负荷过程水泵水轮机流激振动数值模拟研究

抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈,有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性,对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况(时刻)进行CFD-FEM数值模拟,分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明:转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素,最大转速工况最危险,转轮内压力脉动最剧烈,叶片动应力值和振幅均大于其他工况;压力脉动导致转轮动应力波动,两者频谱特征一致;转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处,过渡过程中最大值均超过材料许用应力;水力激励力频率与转轮固有频率相差较大,转轮在计算工况发生共振的可能性较小。

用VR技术展示水泵水轮机流态特性

水泵水轮机组运行工况多、工况转换频繁、过渡过程剧烈,分析水泵水轮机内流态对研究机组安全稳定性有重要意义。借用虚拟现实显示(VR)技术能实现直观、形象、无死角的流态展示。通过CFD对某水泵水轮机的多个典型工况进行模拟,用VR展示了各工况独特的流态,总结了流态特征,发现一些未被报道的流态,加深了对水泵水轮机流态的认识。作为水泵水轮机流场特性VR分析的尝试,证明VR能弥补传统流态展示后处理方式的不足,有很好应用前景。

蓄能机组抽水断电导叶关闭过程转轮受力演变规律

抽水断电是蓄能机组常遇的过渡过程,其间转轮受力剧烈波动,导叶关闭不当易引起受力失衡。采用一维输水系统与三维水轮机耦合的CFD方法,模拟了某抽水蓄能电站抽水断电导叶关闭过程,分析了转轮受力等宏观参数和流态与压力脉动等局部特性。结果表明,机组轴向力变化主要受尾水管压强变化影响,两者趋势具有一致性;流道内压力脉动成分复杂,导叶和无叶区动静干涉作用明显,蜗壳和尾水管压力脉动呈现丰富的低频特性,进入水泵制动区后低频幅值增大;水泵制动工况下,转轮和尾水管流态极度紊乱,是造成流道压力脉动低频成分突出、机组参数明显波动的主要原因。