高水头可逆式水轮机空载工况流动稳定性分析

当水泵水轮机处于空载工况下转动时,其运行状态直接关乎机组的并网性能及安全稳定性。为探究抽水蓄能机组在特殊工况下运行稳定性问题,以国内某高水头可逆式水轮发电机组为研究对象,对三种不同开度下的水泵水轮机空载工况进行数值模拟计算,结合机组内部流场状态和压力脉动传播规律,研究分析影响机组稳定性的特殊流动现象。在与特性曲线对照验证的基础上,计算结果表明:空载工况下导叶开度从小至大变化过程中,转轮内部涡旋分布由叶片吸力面向压力面逐渐发展;由于流动对称性条件被破坏,大开度条件下的旋转失速现象更为明显,并与动静干涉共同作用后导致转轮内部压力脉动振幅在接近进口的下游流道处达到最大。因此,需避免机组长期在较大开度的空载工况下运行,并在维护检修过程中注意靠近转轮叶片进口下游侧的结构应力分布。

混流可逆式水轮机转轮轴向水推力计算分析

分析了混流可逆式水轮机转轮轴向水推力的构成,给出了相关的数学计算模型.结合某抽水蓄能电站实际工程,分别利用解析计算和数值计算两种方法进行了水轮机转轮轴向水推力的比较计算,指出转轮轴向水推力的计算精度主要取决于高压腔内转轮表面所受轴向水推力F11,F21的计算精度,而影响F11,F21值大小的主要因素是止漏环漏水量和高压腔内水流的旋转角速度;当上、下止漏环外径差值较小并假定上、下止漏环漏水量相等的情况下,解析计算方法求出的转轮轴向水推力结果误差不大.

基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。

可逆式水轮机水泵断电变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定(水轮机工况的水头)、机组转速连续变化这一规律,在Fluent软件中变换转轮的边界条件设置,达到模拟可逆机水泵断电不同工况点水力变化的目的。计算时采用雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式方法(SIMPLEC)算法。数值实验结果直观地反映了不同工况点叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的参考价值。

基于内流场的可逆式水轮机转轮设计

针对可逆式水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的可逆式水轮机进行水力设计、Pro/E三维造型.计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.数值计算结果表明,可逆机水轮机工况的最优效率达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,反复修正模型还有进一步提升的空间.

可逆式水轮机变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定(水轮机工况的水头),机组转速连续变化这一规律,根据转速的不同来选取不同的工况点。在Fluent软件中,通过变换转轮的边界条件设置,可模拟可逆式水轮机水泵断电过程不同工况点水力变化,计算时采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式(SIMPLEC)算法。对可逆式水轮机不同工况点模拟结果进行了分析总结,数值试验结果直观地反映了可逆式水轮机水泵工况断电的不同工况点、叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的应用价值。

可逆式水轮机过渡过程水力计算方法研究

在可逆式水轮机复杂的过渡过程中,压力突变一直没有准确的算法能够描述,虽然水击特征线方程和连续方程能够大致计算出过渡过程中的压力变化,但存在计算量很大的问题。利用FLUENT软件并改变转轮的边界条件,基于雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,将压力和速度耦合,采用半隐式(SIMPLEC)算法模拟分析了可逆机过渡过程中不同工况点的水力变化特点,得出了可逆式水轮机甩负荷过程中的水力特性,其与理论公式计算结果极为相近,为可逆机过渡过程的水力计算提供了一条新的途径。

高水头可逆式水轮机和水泵水轮机主轴密封的选择

本文通过对青松水泵水轮机主轴密封的比较选择，介绍了几种近年来电站采用的主轴密封形式及选择该密封的原因。

可逆式水泵水轮机导叶轴套磨损漏水问题处理

针对天堂抽水蓄能电厂2号机组导叶轴套漏水问题,结合2号机组在现场运行的实际情况以及机组导叶轴套机构,自主设计了一套导叶轴套止漏水装置,该装置加装方便,改善明显,且响应迅速,有效降低了因顶盖水位过高造成的机组非正常停机,确保了运行安全、改善了运行环境、提高了运行效率、节约了运行成本。

可逆式水轮机泵工况下驼峰现象的数值模拟

本文对具有高部分负荷驼峰的水泵水轮机泵工况进行了定常数值模拟和分析,并与实验结果进行了对比。结果表明:在网格生成时考虑流道边壁y-plus分布、并采用SST k-ω湍流模型能够较准确地模拟出可逆式水轮机泵工况下扬程-流量曲线的驼峰特性。通过进一步内部流动的分析发现,转轮进出口处的两段区域的流态和驼峰的形成有密切的联系。

可逆式水泵水轮机调速器的控制特点分析

根据可逆式水泵水轮机动态过程的特殊性和对调速系统的要求，运用潘家口抽水蓄能电站的实际数据和调整试验结果，分析和介绍了引进的电液调速器的构成原理、主要控制特点和控制方式。

中比速可逆式水泵－水轮机的压力脉动特性

本文根据潘家口电站模型验收实验资料归纳出可逆式水泵－水轮机的压力脉动特性。文中给出水泵－水轮机在水轮机工况、水泵工况、制动工况、反泵工况的一系列压力脉动特性的实测曲线，同时也介绍了各种工况的脉动频率特征和分析意见。

可逆式水泵水轮机热力学法现场效率试验

利用热力学法对可逆式水泵水轮机进行现场效率试验 ,早已得到国际电工委员会 (IEC)的承认 ,但在我国目前尚缺乏实践经验。广州蓄能水电厂 (以下简称“广蓄电厂”)在这方面做了有益的尝试 ,经对该厂一期 3号机和二期 7号机 (均为 30 0MW)进行现场效率试验的结果看 ,试验是成功和可行的 ,从而为我国今后使用该方法积累了宝贵的经验。通过广蓄电厂的工程实践 ,重点介绍了热力学法的基本原理、测定装置及试验结果的分析与评价 ,并对该方法的使用提出了一些看法。

单级混流可逆式水泵水轮机组额定水头的选择

本文对于单级混流可逆式水泵水轮机组额定水头选择目前还没有较为成熟的方法,本文通过对电站运行情况、电网特点、水泵水轮机特性、经济性等方面,结合已建工程实际情况,分析额定水头选择的方法。

改善可逆式高水头水轮机组在水轮机模式下的启动

对抽水蓄能电站而言,在可接受的成本范围内,使用可逆水轮机蓄能是最有效的方式。然而,为了满足电力的大量需求及其急剧变化,在规定时间内,必须能迅速地提供大量电能。当供电需求达到峰值时,水轮机的启动也必须快速、高效和可靠。改进S形特性的水力设计,可以消除水头大幅度变化而造成水轮机启动时速度的不稳定性。

模型可逆式水泵水轮机S区压力脉动测试

S区特性是影响可逆式水泵水轮机过渡过程工况运行稳定的重要影响因素,通过研究模型水泵水轮机S区压力脉动可以为准确预测真机过渡过程工况下的特性奠定基础,为设计和运行提供有效指导。本文在某模型水泵水轮机特性试验的基础上,对S区包括蜗壳进口、无叶区、尾水锥管和尾水肘管等测点的压力脉动进行了测试,获得了各测点压力脉动混频幅值的分布与频率成分变化情况。测试结果表明:在等开度线上,飞逸工况时各测点的压力脉动混频幅值达到最大;同一工况点,无叶区压力脉动大于蜗壳进口压力脉动;沿流道方向,无叶区、锥管0.4D2、锥管1.0D2和肘管压力脉动依次减小;S区部分工况点存在主频为0.63fR的旋转失速频率;0.18fR频率成分广泛分布于S区内各工况点和测点中,引起这方面的原因可能是尾水管中的低频涡带、低频振荡或装置固有频率。