低比速水泵水轮机“S”形特性对尾水管最小压力敏感性研究

水泵水轮机“S”形特性对机组的水力过渡过程有着要的影响,“S”形特性的优劣是判定模型转轮研发成功与否的关键指标之一,对低比速水泵水轮机显得更为重要。为更深入研究转轮“S”形特性、模型转轮优化设计、水力过渡过程三者间联系,本文定义一种对“S”特性曲线定点定量的分析方法,利用不同试验特性曲线,通过水力过渡过程仿真分析加以判定,对“S”形曲线量化分析以探索三者之间的内在联系。研究表明全特性曲线中间等开度线“S”区弯曲程度对尾水管最小压力敏感性最强,等开度线在“S”区内单位流量与单位转速的比值越大,同一等开度线上飞逸单位流量越大,对提高尾水管进口最小压力越有利;叶片型式和活动导叶翼型优化设计可在一定程度上改善“S”形特性品质,提高甩负荷时尾水管最小压力值。本研成果在低比速水泵水轮机模型转轮研发和水力过渡过程优化计算方面均具有一定参考意义。

水泵水轮机S特性对相继甩尾水最小压力的影响

为探究水泵水轮机全特性曲线S特性与尾水压力最小值的联系,基于新丰抽水蓄能电站的过渡过程数值仿真模型模拟了尾水最不利相继甩工况。通过调整机组运行轨迹线附近开度线斜率,对比分析并总结S区形状变化对相继甩工况尾水压力极值的影响规律,提出了一种图形指标,能够应用在抽蓄前期设计中评价S特性对尾水压力影响优劣,并验证其准确性。结果表明,相继甩工况后甩机组流量变化率第一波下降时,机组运行轨迹线呈现完整倒S形,S区形状变化改变了机组流量变化率的大小,导致出现在靠近轨迹线S形下拐点前的尾水压力极值发生变化,给出的图形指标形状越趋近于竖向细长的规则长方形,相应的尾水最小压力的改善效果越好。

调压室位置对调保参数的影响

调压室位置是影响调保参数的主要因素之一。本文针对上、下游调压室及不同调压室型式进行理论分析及数值计算,证明了调压室对调保参数的作用存在最佳临界位置和变化不敏感的范围。该结果有利于地下厂房和调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,蜗壳最大动水压力及尾水管最小压力主要取决于压力管道的水击压力、调压室涌浪水位两者的叠加。由于管道总长度不变,移动调压室位置,两者所起的作用相互消长,所以并非调压室越靠近厂房对调保参数越有利。

增压导向式喷动流化床流动特性的试验研究

在内径２００ｍｍ，高３．５ｍ，６０°“Ｖ”形布风板的钢制试验装置上，采用密度为２４５０ｋｇ／ｍ３，粒径分别为（１．５～２．５）ｍｍ和（０．１～１．０）ｍｍ窄筛分玻璃珠，以及密度为２２００ｋｇ／ｍ３，粒径为（０．４５～６．０）ｍｍ的宽筛分溢流渣为物料，对各种压力下的导向式喷动流化床最小喷动流化速度、导向与环形区压降、中心喷泉高度以及颗粒循环量和气体旁路特性进行了试验研究。试验结果表明：最小喷动流化速度、导向与环形区压降以及中心喷泉高度与系统几何参数和操作参数密切相关，卷吸段气体射流的性质直接决定了颗粒循环量及其趋势，气体旁路的程度取决于卷吸段两股气流的相互作用。文章中用修正的弗劳德数归纳了中心喷泉高度试验关联式。

尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响

尾水调压室位置是影响尾水管最小压力值的主要因素之一。本文通过理论分析、数值计算和工程实例,证明尾水调压室越过其临界位置向厂房方向移动,尾水管最小压力值变化不大、并略有恶化。该结果有利于地下厂房和尾水调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,尾水管最小压力主要取决于尾水管延长段的水击压力、阻抗损失和调压室涌浪水位三者的叠加。由于尾水道总长度不变,移动尾水调压室位置,三者所起的作用相互消长,所以必然存在着有利于尾水管最小压力值的调压室临界位置。

引水道布置对抽水蓄能电站尾水管最小压力的影响

针对抽水蓄能电站引水道布置对机组尾水管最小压力的影响较大,在相继甩负荷工况下尤为明显的问题,采用特征线法研究了尾水道分别为单洞单机和一洞多机布置形式时,机组上游侧引水道布置在相继甩负荷工况下对尾水管最小压力的影响,以及机组相继甩负荷最危险间隔时间点。结果表明,单洞单机布置情况下,当引水道岔点位置向上游侧移动时,尾水管最小压力将出现大幅增长;而一洞多机布置时引水道岔点位置对尾水管最小压力的影响不显著,由此提出了有利于改善尾水管最小压力的布置形式。

调压室对尾水隧洞明满流水力过渡过程影响研究

水电站水力过渡过程计算中,明满流现象一直是仿真模拟的难点。针对某大型水电站发生过渡过程时尾水隧洞中出现的明满流现象,采用数值模拟方法,研究了设置尾水调压室后,尾水隧洞明满流过程对机组尾水管进口最小压力及机组一次调频性能的影响。结果表明,尾水调压室可在一定程度上削减明满流对机组运行的干扰,同时尾水洞中的明满流又可减少调压室水位波动幅值,二者的合理搭配改善了尾水系统过渡过程品质,可为发生眀满流现象的水电站尾水系统设计提供借鉴。

喷动流化床的最小喷动流化速度和床层压降

在一喷动流化床（直径 ５０ ｍｍ）实验台上采用 ０．６３～１．６０ ｍｍ的神府原煤颗粒，在连续进料的情况下进行了最小喷动流化速度以及固定流化气、改变喷动气和固定喷动气、改变流化气的床层压降变化的实验研究．结果表明，最小喷动流化速度可以参考鼓泡流化床的临界流化速度的计算方法；床层压降变化证实，喷动流化床具有良好的调节能力．

抽水蓄能电站尾水系统布置对相继甩负荷工况尾水管进口最小压力的影响

抽水蓄能电站机组在相继甩负荷过程中,尾水系统布置方式对尾水管进口最小压力影响很大。本文通过理论分析、数值计算和工程实例,揭示了相继甩负荷工况产生尾水管进口最小压力的内在机理,探究分析了尾水系统布置方式对相继甩负荷工况中的尾水管进口最小压力的影响。结果表明:尾水系统环状布置比树状布置对相继甩负荷过程中的尾水管进口最小压力更有利;环状布置方式中的尾水岔管越靠近机组、尾水主洞断面积越大,尾水管进口最小压力越大。

抽蓄机组流量不同步变化对尾水管低压的影响

尾水低压现象对抽水蓄能电站的设计影响显著,为阐明尾水低压现象出现机理,基于一洞两机抽水蓄能电站输水发电系统,采用刚性水体动量方程,研究了甩负荷过程机组尾水管低压现象.为揭示输水系统布置对尾水低压现象的影响机制,定义了流量不同步变化抑制系数,并基于特征线法建立了系统的过渡过程仿真模型,通过移动上下游岔管位置,对比抽蓄电站不同类型甩负荷工况的结果,研究了不同流量变化抑制系数对尾水管最小压力的影响.结果表明:尾水低压出现的本质是同一水力单元2台机组流量变化不同步引起的压力交替变化,进而加剧了机组自身的流量变化;随着流量不同步变化抑制系数的减小,甩负荷过程中流量交替变化现象和尾水管低压现象均得到改善.

简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响

探讨了简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响。通过数值计算和工程实例,证明简单式尾水调压室越过某一临界位置向厂房方向移动,对尾水管最小压力值不利;增大调压室面积会明显改变尾水管最小压力值。

尾水管涡作用下水轮机转轮叶片动水压力特性

为进一步研究尾水管涡作用下水轮机转轮叶片的动力学特性,以水轮机转轮叶片为研究对象,根据水轮机转轮叶片准三元反设计的特点,应用有限单元法建立尾水管涡作用下转轮叶片的动水压力的数学模型,并对其分布规律进行了研究。首先依据水轮机转轮叶片准三元理论,建立转轮叶片的准三元有限元模型。然后根据布拉修斯定理和计算流体力学数值模拟的压力分布,建立反映尾水管涡作用下转轮叶片动水压力与水头、流量、转速等参数之间内在关系的数学模型。最后通过实例分析验证了数学模型的可行性,并揭示尾水管涡作用下动水压力暂态过程变化机理,研究发现:尾水管涡作用下的转轮叶片动水压力产生部分负荷的运行工况,且动水压力自上冠处到下环处逐渐增大,动水压力最大值出现在转轮叶片下环处靠近出水边的位置。

机组导叶关闭规律对相继甩工况的影响

针对"一洞两机"布置型式的抽水蓄能电站,基于瞬变流理论和特征线法,采用多种关闭规律对实际工程进行数值模拟;分析不同关闭规律对相继甩负荷工况时尾水进口最小压力产生影响的内在机理,得到针对尾水进口最小压力的最优关闭规律求解方法.结果表明不同关闭规律可决定尾水进口最小压力出现在先甩机组还是后甩机组工况.采取适当的先慢后快关闭规律可以使得2台机组在各自最不利时刻点的尾水进口最小压力近似相等,并优于其他关闭规律.求解该关闭规律步骤:初步选择一种两段折线关闭规律,若后甩机组尾水进口最小压力小于先甩机组的,则应将关闭规律做调整:将第1段折线斜率改小,将第2段折线斜率改大;若后甩机组尾水进口最小压力大于先甩机组的,则反之,直至2台机组尾水进口最小压力近似相等为止.

T形三通管计算模型对尾水进口压力和调压室涌浪的影响

针对含尾水调压室的抽水蓄能电站,以特征线法和瞬变流理论为理论基础,在考虑尾水调压室长连接管水体惯性作用及管壁弹性的基础上,在T形三通管节点处分别建立了基于恒定局部水头损失系数、Gardel公式、试验资料的3种计算模型.结合工程实例,应用T形三通管节点处的3种计算模型对水电站的过渡过程进行了数值模拟;采用Gardel公式和试验资料,计算了过渡过程中不同时刻点的局部水头损失系数,研究了不同计算模型对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响.结果表明:基于恒定局部水头损失系数的计算模型其阻抗作用最小,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最大;基于试验资料的计算模型其阻抗作用最大,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最小;基于Gardel公式的计算模型次之.

长连接管形式对尾水进口压力和涌浪影响研究

抽水蓄能电站中,根据尾水调压室长连接管管径和阻抗孔孔径是否一致,可将尾水调压室分为两种形式。分别建立了这两种不同长连接管形式的调压室边界条件数学模型。以特征线法为理论基础并结合工程实例,对不同连接管管径和阻抗孔孔径的若干组合方案进行过渡过程的数值模拟,并计算了各组合方案中阻抗孔局部水头损失系数,同时分析不同组合方案中阻抗孔局部水头损失系数的差异及其对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响。结果表明:增大连接管管径或者阻抗孔孔径均会增大尾水进口最小压力水头和尾水调压室最高涌浪水位。连接管与阻抗孔直径相等与连接管管径略大于阻抗孔孔径的方案相比,两者尾水进口最小压力水头相差较小,但后者可以更为明显地降低调压室最高涌浪水位,这一结论可以为工程中连接管和阻抗孔直径的选取提供参考。

尾水主洞长度对抽水蓄能电站尾水管进口最小压力的影响

针对采用"一洞两机"布置形式的无尾水调压室抽水蓄能电站,基于瞬变流理论与特征线法,对实际工程进行数值模拟,分析了不同尾水主洞长度对相继甩负荷工况下尾水管进口最小压力影响的内在机理。结果表明,尾水主洞的增长对尾水管进口最小压力不利,但随着尾水主洞长度的增长,尾水管进口最小压力先减小后增大再减小;随着尾水主洞长度的增长,先甩负荷机组和后甩负荷机组均有可能是引水发电系统出现尾水管进口最小压力的不利机组,整体来看,先甩负荷机组尾水管进口最小压力先减小后增大,后甩负荷机组尾水管进口最小压力先增大后减小。

尾水支管长短对相继甩负荷尾水管进口最小压力的影响

抽水蓄能电站相继甩负荷过程中两台机组的流量相互影响,尾水支管长短对尾水管进口压力的影响很大。通过理论推导结合对实际工程的数值模拟,分析了后甩机组尾水支管长短对相继甩负荷后甩机组尾水管进口最小压力的影响。结果表明,机组流量变化率大小决定尾水支管长短对自身机组尾水管进口最小压力的影响程度,与同时甩负荷相比,相继甩负荷后甩机组的尾水管进口最小压力对自身机组尾水支管长短更敏感;固定上、下游岔点位置,移动机组使其靠近下游岔点,可减小尾水支管水流惯性、增大相继甩负荷尾水管进口最小压力,该措施可代替降低机组安装高程的方法。

水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值研究

在水电站水力过渡过程计算中,为了满足调节保证计算的要求,管道各项参数指标的正确选择是至关重要的,合理的参数取值是水电站得以安全正常运行的基本保证。结合某水电站工程实例,采用过渡过程通用软件,通过分别改变调压室前管道的糙率和调压室后管道的糙率,对水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值进行了深入研究。研究表明:在机组丢弃负荷过程中,在其他条件不变的条件下,尾水系统糙率的变化对尾水调压室最低涌浪水位、蜗壳末段最大压力和尾水管进口最小压力皆有影响,在水电站过渡过程计算中,尾水调压室前、后段糙率均应采用可能的最小值较为合理。这些成果对于同类工程的建设具有一定的参考意义。

超高水头长输水系统抽水蓄能电站洞机组合研究

超高水头长输水系统抽水蓄能电站由于输水系统较长,从节省投资角度考虑,一般推荐采用一洞两机甚至一洞三机或四机布置,但同时也带来了一系列的技术难题,对于特高水头抽水蓄能电站则更为突出。结合某特高水头长输水系统抽水蓄能电站,系统比较了输水系统布置、水力过渡过程、施工条件及投资等方面的差异性,计算分析发现相继甩负荷工况下尾水管最小压力为决定本工程洞机组合的关键因素,最终选取了一洞两机的布置型式,为类似工程提供参考。

抽水蓄能电站一洞两机相继甩负荷分析

为减少工程投资,抽水蓄能电站采用一洞两机布置,当一台机组甩负荷时会对另外一台机组产生水力干扰,诱发其甩负荷,导致相继甩负荷工况。这种工况下后甩机组的尾水管进口最小压力会急剧下降,但先甩机组也可能存在这种现象。本文通过对实际工程的数值模拟,分析了相继甩负荷时,先甩机组尾水管进口最小压力急剧下降的原因。研究表明:当相继甩负荷间隔时间较长,且先甩机组处于S特性曲线斜率反弯段,后甩机组流量上升时,后甩机组流量变化将对先甩机组产生很大的水头叠加,使先甩机组尾水管进口最小压力剧烈下降,出现先甩机组不利的现象。