空化条件下水泵水轮机的脉动特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机的压力脉动特性,采用RNGk-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算.结合试验数据,针对机组处于不同空化阶段时的压力脉动特征进行了分析.结果表明:随着空化系数的改变,各个位置的频率成分几乎保持不变,幅值大小则受到了较为显著的影响.蜗壳进口的压力脉动主频以低频成分为主,幅值相差不大.导叶后转轮前无叶区的压力脉动主频为转轮转频,同时存在着叶频及倍频,幅值随空化系数的降低而逐渐增大.尾水管内的压力脉动主频皆为涡带的转动频率,随着空化系数的降低,尾水管进口和锥管上游的脉动幅值呈先迅速上升到最大值而后逐渐下降的趋势;当空化系数为极低时,幅值往往都会有所下降,但此时尾水管区接近于断流状态,对机组的安全稳定性是十分不利的.

异常低水头下水泵水轮机压力脉动特性分析

为了研究水泵水轮机在异常低水头下内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于大涡模拟方法,对模型机组进行全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析异常低水头下流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:异常低水头下,压力脉动主要由"导叶-转轮-尾水管"之间的两级动静干涉以及肘管段结构弯曲引起水流撞击等因素共同引起;流量变化对导叶后转轮前压力脉动的频率和幅值影响不大,仅在小流量区有所区别;尾水管内压力脉动的低频值和幅值受流量变化的影响较大,而高频值则在各种流量状况下均未出现.与正常运行工况相比,水泵水轮机在异常低水头工况下的压力脉动特性明显增强,对机组的稳定性和安全性造成了十分不利的影响.

部分负荷工况下水泵水轮机的空化特性

为研究部分负荷工况下水泵水轮机空化系数改变对内流特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算,并分析了机组处于不同空化阶段时的水力性能及内流状态.研究结果显示:逐步发展的空化会引起水力效率降低和轴向力显著增大;部分载荷时,空化产生的涡带起源于泄水锥处,呈螺旋形向下游低速运动;随着空化系数的减小,涡带形态逐渐由细变粗,低压区覆盖范围向外扩展,沿半径方向的速度变化更加急剧.在空化涡带旋进的过程中,流道内出现了严重的二次回流,主流沿着锥管壁面向下游推进,引发壁面的冲撞而引起激烈的振动,这种结果对机组的稳定高效运行非常不利.

混流式水泵水轮机驼峰区压力脉动特性

为了研究混流式水泵水轮机在驼峰区内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论了流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:驼峰区工况下,蜗壳出口的压力脉动主要受到其内部流动特性的影响,同时受到上游双列叶栅作用的影响,在驼峰区极小值工况点处其压力时域变化周期性被扰动;导叶后转轮前的压力脉动主频为低频,第2主频为9倍转频和18倍转频,压力脉动幅值随着流量减小而增大;锥管内压力脉动都属于低频压力脉动,在驼峰区极小值工况点处,锥管上游压力脉动受下游转轮-尾水管动静干涉作用影响较大,出现了高频成分的压力脉动.

混流式水泵水轮机驼峰区非定常内流动特性研究

为了研究混流式水泵水轮机在泵工况下驼峰区内的流场信息,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算。结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区内流道内不同位置处的流态特征,讨论了流量变化对驼峰区内流动特性的影响。结果表明:当机组进入驼峰区时,流量减小,介质的轴面速度变小,冲角增大,这时流体射向叶片的背面,在工作面上出现流动分离、旋涡现象。双列叶栅处部分固定导叶和活动导叶压力面及吸力面逐渐被低速区流体包围,这些低速流体形成旋涡,阻塞了流道,能量损失变大,导致水力效率降低。这些因素是驼峰区形成的主要原因。