【摘要】：中國電力行業(yè)蓬勃發(fā)展,大容量的水電、風(fēng)電和核電機組陸續(xù)建成投運,為滿足電力系統(tǒng)的靈活高效利用,抽水蓄能機組應(yīng)運而生。作為抽水蓄能機組中的核心能量轉(zhuǎn)換部件,水泵水輪機不僅要求安全、穩(wěn)定運行,而且要求高效運行。這對現(xiàn)代水泵水輪機的相關(guān)設(shè)計和運行提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和更嚴(yán)苛的要求。而近年由于機組運行故障諸如導(dǎo)葉拒動、機組抬機等引起的事故頻頻發(fā)生,開展水泵水輪機的運行穩(wěn)定性研究具有重要意義。論文圍繞導(dǎo)葉在流場中的受力情況,結(jié)合試驗和數(shù)值模擬,重點對導(dǎo)葉在水輪機工況和水泵工況的導(dǎo)葉水力矩規(guī)律、內(nèi)部流場分布、水力矩脈動和壓力脈動的關(guān)聯(lián)三個方面進(jìn)行了探究,主要內(nèi)容如下:1.依托國內(nèi)某研究所高水頭水電裝備試驗臺,對不同導(dǎo)葉開度下的水輪機工況同步導(dǎo)葉以及水泵工況的活動導(dǎo)葉使用電阻應(yīng)變片測力矩的方法進(jìn)行實測,并進(jìn)行了典型運行工況的能量特性試驗。獲得了在水輪機工況和水泵工況的能量特性、水輪機工況和水泵工況下的導(dǎo)葉水力矩分布;同步導(dǎo)葉時水輪機工況導(dǎo)葉水力矩因數(shù)呈現(xiàn)線性規(guī)律,而水泵工況的導(dǎo)葉水力矩因數(shù)呈現(xiàn)拋物線型規(guī)律分布;2.在常用的非同步導(dǎo)葉位置設(shè)置一個導(dǎo)葉為非同步導(dǎo)葉,對非同步導(dǎo)葉的不同開度也進(jìn)行水力矩實測,探究非同步導(dǎo)葉的使用對鄰近的同步導(dǎo)葉所受水力矩的影響。從水力矩的角度得出了非同步導(dǎo)葉開啟的最大開度,預(yù)開導(dǎo)葉的使用使得導(dǎo)水機構(gòu)流場發(fā)生變化,其最佳開度與同步導(dǎo)葉的開度有關(guān),二者的開度差值不宜超過16.4%;3.對水泵水輪機模型進(jìn)行三維建模和網(wǎng)格劃分,鑒于內(nèi)流場分析中涉及到非穩(wěn)態(tài)流動的捕捉,論文使用SST k-ω兩方程模型對水泵水輪機典型運行工況進(jìn)行流場的仿真,探究導(dǎo)葉水力矩分布和內(nèi)部流場的對應(yīng)關(guān)系;得出小開度時的水輪機同步導(dǎo)葉工況下轉(zhuǎn)輪內(nèi)存在大量的漩渦,是因為小開度時過流量較小,流體不能完全充滿轉(zhuǎn)輪流道,從上冠開始產(chǎn)生的漩渦結(jié)構(gòu)向下游移動形成;4.由于水力機械的轉(zhuǎn)輪區(qū)域、導(dǎo)水機構(gòu)區(qū)域的流動在機組運行過程中會存在周期性的脈動,因此非定常數(shù)值模擬時,在內(nèi)流場中設(shè)置基于點平均的壓力監(jiān)測,同時監(jiān)測導(dǎo)葉的水力矩脈動,分析水力矩脈動和壓力脈動時域和頻域特征。發(fā)現(xiàn)小開度時水力矩脈動和壓力脈動均存在幅值較大的低頻率脈動,而且在軸頻和葉頻處幅值最高。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK730

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本文編號：2617088