【摘要】：在抽水蓄能電站發(fā)展越來(lái)越快的今天,可逆式水泵水輪機(jī)這種一體化機(jī)組憑借著結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、效益等更加優(yōu)于普通水輪機(jī)的特點(diǎn),逐漸成為今天商用抽水儲(chǔ)能電站首先考慮使用的機(jī)組形式。而隨著電站機(jī)組容量的與日俱增,對(duì)于機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求也越來(lái)越高。而可逆式機(jī)組容易在啟動(dòng)、甩負(fù)荷的過(guò)程中進(jìn)入“S”特性區(qū)域,導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行變得不穩(wěn)定,造成機(jī)組并網(wǎng)困難。現(xiàn)階段使用的預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉的方法可以有效的改善甚至規(guī)避水泵水輪機(jī)的“S”特性,但不同的導(dǎo)葉布置方案對(duì)于“S”特性的改善效果差異顯著。因此,本文通過(guò)對(duì)水泵水輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性、水力部件的受力情況以及壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行分析研究,得出合理的預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉開(kāi)度和預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉布置方案。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.建立了可逆式水泵水輪機(jī)同步導(dǎo)葉及預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉下的全流道數(shù)值計(jì)算模型,得到活動(dòng)導(dǎo)葉幾何模型,并以結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分流體域,得到可靠的數(shù)值計(jì)算模型,并設(shè)置了合理的邊界條件。2.小流量工況下,選取“S”形區(qū)域內(nèi)的工況點(diǎn),通過(guò)對(duì)模型水泵水輪機(jī)進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算,詳細(xì)對(duì)比分析了同步導(dǎo)葉不同開(kāi)度下全流道三維非定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果,并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,分析了活動(dòng)導(dǎo)葉不同開(kāi)度下導(dǎo)葉-無(wú)葉區(qū)-轉(zhuǎn)輪區(qū)域的內(nèi)流特性,并且定量分析了轉(zhuǎn)輪的受力情況。結(jié)果表明:在小流量工況下,因?yàn)榛顒?dòng)導(dǎo)葉出口水流流動(dòng)的方向與轉(zhuǎn)輪流道進(jìn)口存在比較大的沖角,在活動(dòng)導(dǎo)葉出口和轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的無(wú)葉片區(qū)內(nèi)形成高速水環(huán),產(chǎn)生大量的漩渦結(jié)構(gòu),極大的阻塞了水流流動(dòng),導(dǎo)致水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)的形成。3.選取四組預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉不同導(dǎo)葉開(kāi)度配比的水泵水輪機(jī)模型進(jìn)行全流道三維非定常計(jì)算,分析了不同導(dǎo)葉開(kāi)度下活動(dòng)導(dǎo)葉至轉(zhuǎn)輪區(qū)域的內(nèi)流特性、轉(zhuǎn)輪的受力情況和尾水管壓力脈動(dòng)。結(jié)果表明:在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,可通過(guò)增加預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉開(kāi)度來(lái)改善“S”特性,不同活動(dòng)導(dǎo)葉開(kāi)度對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉開(kāi)度。在小流量能夠工況下,預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉開(kāi)度是同步導(dǎo)葉開(kāi)度的3倍,為理想的開(kāi)度配比,對(duì)改善“S”特性具有最優(yōu)效果。4.在合理的預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉開(kāi)度下,針對(duì)預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉不同開(kāi)啟對(duì)數(shù)和布置方式,對(duì)模型水泵水輪機(jī)進(jìn)行全流道三維非定常數(shù)值計(jì)算,對(duì)比分析活動(dòng)導(dǎo)葉至轉(zhuǎn)輪區(qū)域的內(nèi)流特性、轉(zhuǎn)輪的受力情況。結(jié)果表明:在小流量工況下,預(yù)開(kāi)四個(gè)導(dǎo)葉,按對(duì)稱(chēng)布置方式的預(yù)開(kāi)導(dǎo)葉布置方案對(duì)于改善“S”特性具有最優(yōu)的效果。
【圖文】：

9圖 2.1 模型水泵水輪機(jī)2 計(jì)算域網(wǎng)格劃分.1 網(wǎng)格劃分方法對(duì)計(jì)算域網(wǎng)格進(jìn)行劃分需要使用相應(yīng)的網(wǎng)格劃分工具，不同時(shí)期、不同需求使得當(dāng)段存在著許多的網(wǎng)格劃分工具。主要的網(wǎng)格劃分工具包括 GAMBIT、GRIDGEN、M CFD（Integrated Computational Engineering and Manufacturing）三種，它們有各自對(duì)領(lǐng)域和適合對(duì)象。ICEM CFD 作為當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用較為廣泛的網(wǎng)格劃分軟件，具有出的優(yōu)點(diǎn)，能對(duì)計(jì)算域自動(dòng)進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，生成四面體網(wǎng)格。也能利用塊的方法，通過(guò)自下而上、自上而下兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)建方式，對(duì)不規(guī)則的計(jì)算行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，生成六面體網(wǎng)格。GAMBIT CFD 可以應(yīng)數(shù)值計(jì)算的要求，生

f. 水泵水輪機(jī)全流道網(wǎng)格圖 2.2 模型水泵水輪機(jī)各部分網(wǎng)格活動(dòng)導(dǎo)葉在不同開(kāi)度和不同布置方式下進(jìn)行網(wǎng)格劃分。節(jié)省時(shí)間，提高精度，可以對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉的幾何模型進(jìn)行在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的劃分，得到單個(gè)導(dǎo)葉網(wǎng)格后，，得到整個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉的網(wǎng)格。在劃分單個(gè)導(dǎo)葉的網(wǎng)格時(shí)調(diào)整節(jié)點(diǎn)，得到匹配幾何形狀的快結(jié)構(gòu)，，從而提高網(wǎng)格數(shù)量，使得陣列后整個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉的網(wǎng)格數(shù)量保持在一個(gè)壁面的加密處理。單個(gè)導(dǎo)葉網(wǎng)格見(jiàn)圖 2.3。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TV743;TV734.1

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本文編號(hào)：2646788