水泵水轮机全流道“S”特性区数值分析

抽水蓄能电站在水电中扮演着极其重要的角色,其机组水泵水轮机的“S”特性区流动情况是研究的重点。以自主研发的某水泵水轮机为研究对象,根据模型试验结果的“S”特性曲线,选取其中小导叶开度的“S”特性曲线,结合SST k-w湍流模型,运用ANSYS-CFX软件对曲线上部分工况点进行了数值分析。数值分析工况包括水轮机工况、飞逸工况、制动工况和反水泵工况,通过计算得到了单位流量和单位转速的关系曲线,所得曲线与模型试验曲线较为吻合。计算结果表明：在制动工况和反水泵工况时,固定导叶、活动导叶和转轮区域内均存在较多的旋涡性回流,为较为不稳定的工况。转轮区域内流动速度极低,叶片中间位置有无规则性回流,相邻的两个叶片头部之间形成横向流动的水环,水环在离心力的作用下阻挡水流进入流道,从而大大减小了转轮的过流能力,这可能是导致水泵水轮机在制动工况下单位转速降低的重要原因。     

大型混流可逆式机组“S”形特性的现场测试

“S”形特性影响到混流可逆式机组的空载并网、调相以及紧急停机等操作,对机组的安全、稳定运行非常重要.通过现场测试对宝泉抽水蓄能电站1号机组的“S”形特性进行了研究,获得了机组进入不稳定“S”区后的三导(上导、下导、水导)摆度、上下机架振动以及内部测点压力脉动的幅值及频谱特性,为深入认识混流可逆式机组的“S”形特性提供了依据.     

可逆式水泵水轮机研究现状综述

抽水蓄能电站大都采用可逆式水泵水轮机,针对可逆式水泵水轮机的设计缺陷,介绍了可逆式水泵水轮机的驼峰区和"S"特性,结合近几年国内外的研究成果,总结了优化转轮设计、机组避开"S"特性区运行等解决水轮机设计缺陷的方法。     

低比速水泵水轮机“S”特性区的内部流动

在小型混流式水泵水轮机模型装置上对转轮流道的压力分布进行了实测，并通过流动可视化摄制了翼间流动的图像；由实验与图像处理结果获得了“S”特性区的真实流态，讨论了“S”特性区不稳定流动的原因。     

可逆式水泵水轮机技术及在中国的经验

介绍了近年来阿尔斯通公司在中国市场的抽水蓄能机组方面业绩和最新取得的成果。这些项目覆盖了宽广的比速范围（30≤Nq≤54）,回顾了这些项目的基本参数和设计特点。另外,还介绍了阿尔斯通公司在水泵水轮机方面一些主要的技术创新：最新的CFD技术应用;高水头多级机组,特别是两级可调机组技术和可变速机组的研究与实践。     

呼和浩特抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验

对呼和浩特抽水蓄能电站水泵水轮机的模型验收试验中的能量特性、空化性能及水力稳定性进行了介绍,对水泵水轮机的主要水力性能进行了初步分析,对改善S特性以及对真机的设计及运行提出了建议,可供参考.     

可逆式机组低水头运行特性分析及应对措施

对天荒坪抽水蓄能电站可逆式水泵水轮机低水头运行特性及其后果进行了深入分析,并采取了预开导叶法解决并网困难的问题,对其动作原理进行了叙述。     

抽水蓄能电站建设及可逆式水泵水轮机的若干技术问题

从混流可逆式水泵水轮机的选型问题、水泵水轮机全特性曲线、水轮机工况额定水头的选择、水力-机械过渡过程计算、上水库充水问题和首台机组首次启动方式等7个方面对中国抽水蓄能电站建设及可逆式水泵水轮机的若干技术问题进行了综述和分析,并就问题的解决提出了建议和对策.     

水泵水轮机全特性曲线对抽水蓄能电站机组过渡过程的影响

依托新疆阜康抽水蓄能电站工程实例,计算分析了不同水泵水轮机全特性曲线对大波动、水力干扰、小波动过渡过程的影响,研究了采用不同水力设计技术的机组全特性曲线下,机组过渡过程主要控制性参数的定量差别和变化趋势。结果表明,不同水泵水轮机全特性曲线造成的计算结果差异主要是由转轮本身过流特性造成的,不同水力设计技术的水泵水轮机曲线带来的计算结果差异较为明显。在抽水蓄能电站前期的调节保证设计中,需重视全特性曲线的选择。     

斜流式水泵水轮机研究综述

为促进斜流式水泵水轮机的发展进步,结合近几年国内外对斜流式水轮机、斜流泵、混流式水泵水轮机和斜流式水泵水轮机的研究情况,总结出在设计斜流式水泵水轮机可以参考三元理论和“等价速度三角形”理论对转轮进行设计,要重点考虑其会存在的“S”特性以及无叶区的压力脉动,可以基于反问题设计出斜流水泵水轮机叶轮。此种方法对于设计效率有很大的提高,并且设计精度较高。     

可逆式水泵水轮机内流研究综述

可逆式水泵水轮机广泛应用于抽水蓄能电站,其可在发电工况与抽水工况之间安全稳定切换运行,从而使得抽水蓄能电站成为当下清洁能源中提高电网质量的首选,更为新能源的发展保驾护航。本文以国内外学者关于水泵水轮机的研究为主线,具体综述方向包含水泵水轮机内流场演变研究及内流对系统外特性影响研究,从内流求解方法、工况分析、振动及噪声等方面分析了当下研究现状。并基于此探讨在满足工程实况需求与学科发展需要的前提下,给出了可进一步深入研究水泵水轮机内流的部分参考方向,以期为可逆式水泵水轮机的研究提供一定的借鉴。     

水泵水轮机全特性曲线对过渡过程轨迹的影响

抽水蓄能电站的过渡过程是影响电站安全稳定运行的重要因素.在电站流道确定后,可逆式机组的全特性曲线成为决定电站过渡过程稳定性的关键.可研阶段定制转轮还未开发,需借用相近比转速电站的转轮全特性曲线用于过渡过程计算.由于对抽水蓄能电站建设不同阶段所用的转轮全特性曲线的对比分析不足,部分抽水蓄能电站投产后出现过渡过程运行稳定性...     

水泵水轮机S特性区能量损失及流动特性研究

为了调节电网的稳定性,抽水蓄能电站需要频繁启停和变换工况运行,导致水泵水轮机容易进入S特性区,机组振动增加,并网失败。本文以模型水泵水轮机为研究对象,采用熵产理论详细分析了S特性区不同工况下的能量损失规律,明确了熵产率分布与内部流动结构的关系。结果表明：S特性区内近飞逸工况总熵产最大,约为设计工况的5.1倍,脉动熵产占据的比例接近80%,随着流量的减小,转轮熵产占比逐渐降低,活动导叶和尾水管的熵产占比增加。小流量工况转轮进口靠近下环位置首先出现了明显的漩涡,导致了活动导叶出口和转轮进口的高熵产区,随着流量进一步减小,漩涡逐渐向上冠转移,并且切向速度增大,在转轮进口形成挡水环,阻碍水流进入转轮,在无叶区内出现了环状分布的高熵产区。反水泵工况,水流在低压边与逆时针旋转的叶片撞击,导致水流很难进入叶片内部,形成了大尺度的回流涡结构;双列叶栅内充满大量涡结构,导致活动导叶吸力面的熵产率增大,并且向固定导叶传播。     

清远长短叶片水泵水轮机水力研究及模型试验

根据东芝公司对长短叶片转轮水泵水轮机的长期研究结果,对其主要特点进行了简要总结,并介绍了清远电站长短叶片转轮水泵水轮机的水力开发、模型试验以及瑞士洛桑联邦理工学院中立试验台验收试验的主要情况。     

黑麋峰蓄能电站水泵水轮机模型验收试验及性能分析

对黑麋峰抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验结果进行了分析,其能量特性、空化特性、压力脉动特性等各主要指标满足合同规定及性能保证要求,为真机的设计、制造、安装及运行提供了可靠的依据.同时,对水泵水轮机存在的"S"特性进行了分析.并提出了其影响因素.     

基于CFD的水泵水轮机水泵工况驼峰性能评判研究

以两个水泵水轮机模型转轮为研究对象,联合分析了单流道计算结果与模型试验结果,形成了不同转轮方案“驼峰”性能比较的CFD评判方法,对水力设计时“驼峰”性能的优化提供了理论指导,同时对转轮和活动导叶在压力系数“转折点”和“驼峰”谷点工况下进行了内部流态分析,对“驼峰”现象的产生原因有了更加深入的了解。结果表明：转轮对比时,压力系数“转折点”流量系数越小,模型试验得到的“驼峰”谷点流量系数越小,压力系数越高,“驼峰”裕度越大;活动导叶近顶盖区域的不稳定流动是单流道计算时压力系数曲线出现“转折点”的主要原因;转轮内部分流体从低压边近上冠侧向高压边近下环侧的流动导致活动导叶近底环区域产生复杂的紊流,严重堵塞了流道,导叶的过流能力下降,是水泵工况出现“驼峰”现象的内因。     

水泵水轮机在S特性区的流态及压力脉动研究

抽水蓄能机组的四象限特征曲线存在着S形曲线,抽水蓄能机组运行工况复杂,机组经常在多个工况之间转换,机组在水轮机和水泵状态之间频繁切换,都会穿越S形曲线。S特性可以导致水泵水轮机机组产生强烈的振动,使得机组并网困难,振动剧烈,甚至因压力超标严重影响电站的安全稳定运行。在业界的共同努力下,S形问题对工程投运影响已经得到了根本解决,但是S形问题的诱发机理并不十分清楚。因此该文以某模型水泵水轮机为研究对象,通过全流道非定常数值模拟和基于全特性试验的粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）相结合,根据机组的运行特性,选取水泵水轮机三个开度下的13个工况点内部流动特性及压力脉动特性进行了研究。综合数值模拟及试验结果,获得空载工况,小流量工况及反水泵工况下无叶区漩涡的运动规律。分析了漩涡结构对无叶区压力脉动特性的影响。结果表明,空载工况对S特性区压力脉动幅频特性存在影响,空载工况与无叶区压力脉动存在必然联系。各工况点下无叶区压力脉动主频大部分工况为叶片通过频率,即9 f_n（f_n为转频）,部分工况受尾水管压力脉动影响主频...     

抽水蓄能电站侧式进／出水口水力特性研究

本项研究根据对依托工程琅琊山抽水蓄能电站上、下库进／出水口在可研、初设及招标设计阶段的水工模型试验研究，对大流量侧式进／出水口的水力特性进行了系统的研究。给出了流速分布、水头损失、门井水位波幅等水力要素的分布特点及其相互关系。并据此给出了体型参数如门井段几何尺寸、扩散段长度、扩散角(立面及平面)大小、尾水隧洞与进／出水口的衔接方式、进／出水口与尾水明渠的衔接方式等的选择．从而为侧式进/出水口的体型规范化设计提出了建议。研究成果可供同类工程参考引用。     

低比转速水泵水轮机"S"区特性数值模拟

水轮机低水头启动困难问题在目前己投入运行的混流式水泵水轮机组中有较多出现,是抽水蓄能技术研究需要解决的关键问题.采用SST k-ω模型对不同导叶开度下的小流量水轮机工况进行数值计算,在数值计算基础上获得了水泵水轮机"S"区特性单位转速与单位流量的关系曲线,并将"S"特性曲线计算结果与试验结果做了对比分析,提出了影响水泵水轮机"S"特性的转动域流动特征.     

平面S形轴伸泵在苏州市城市防洪工程中的应用

在此介绍江苏省苏州市城市中心区防洪工程的概况,根据该工程的特点对常用的泵型进行比较,着重分析了潜水贯流泵、斜轴泵和平面S形轴伸泵三种泵型的装置特性、运行管理特点.并从数模计算和装置模型试验来分析、验证平面S形轴伸泵在该工程中应用的可行性.