可逆式水泵水轮机过渡过程计算的研究

水泵水轮机过渡过程压力脉动与转轮受力突变机理研究
水泵水轮机是一种常见的水力发电设备，其过渡过程中的压力脉动和转轮受力突变是影响其运行稳定性的重要因素。

本文旨在研究水泵水轮机过渡过程中压力脉动和转轮受力突变的机理，为提高水泵水轮机的运行稳定性提供理论支持。

首先，我们需要了解水泵水轮机的工作原理。

水泵水轮机是利用水流的动能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能的装置。

在过渡过程中，由于水流量和水头等工况参数的变化，会引起压力脉动和转轮受力突变。

其次，我们需要分析压力脉动和转轮受力突变的产生原因。

在水泵水轮机过渡过程中，由于水流量等工况参数的变化，导致进口流道和出口流道之间的压差发生变化，从而产生压力脉动。

同时，由于转子受力突变会导致转子振动，进而引起机组振动和噪声等问题。

接下来，我们需要探讨如何减少压力脉动和转轮受力突变。

一方面，可以通过改善水泵水轮机的设计和调整运行参数来减少压力脉动和转轮受力突变。

例如，在设计中采用流场优化技术、增加导叶数量等方式来改善水泵水轮机的流态特性；在运行中采用适当的调节措施来控制水流量等工况参数。

另一方面，可以通过安装振动和噪声监测系统等手段来实时监测水泵水轮机的运行状态，及时发现问题并采取措施加以解决。

综上所述，水泵水轮机过渡过程中的压力脉动和转轮受力突变是影响其运行稳定性的重要因素。

通过深入研究其机理，并采取相应的措施进行优化和监测，可以有效提高水泵水轮机的运行稳定性和安全性，为我国的水力发电事业做出贡献。

水力过渡过程计算嘿，朋友！咱们今天来聊聊水力过渡过程计算这回事儿。

你知道吗，水力过渡过程就像是一场水流的大冒险！想象一下，水在管道里、渠道中奔跑，突然遇到了一些状况，比如阀门关闭、水泵启动或者管道破裂。

这时候，水的流动状态可就发生了巨大的变化，就像一个调皮的孩子突然改变了玩耍的方式。

水力过渡过程计算，那可是相当重要的！比如说，在城市的供水系统中，如果不进行准确的计算，一旦出现紧急情况，比如突然停水或者水压骤变，那可就麻烦大啦！家里的水龙头可能不出水，洗澡洗到一半变成冷水澡，这得多难受啊！水力过渡过程计算其实就像是给水流规划路线。

我们要考虑水的速度、压力、流量这些因素，就像给一个旅行团安排行程，要考虑路程、时间和费用一样。

如果计算不准确，水流就可能“迷路”，造成各种问题。

比如说，在水电站中，水轮机的调节如果没有基于准确的水力过渡过程计算，那电力供应可能就会不稳定，一会儿亮堂堂，一会儿黑黢黢，这可咋整？再看看长距离的输水管道，如果不精心计算水力过渡过程，管道可能承受不住压力，出现破裂，那水就像脱缰的野马一样四处乱跑，这得造成多大的损失啊！那怎么进行水力过渡过程计算呢？这可不是拍拍脑袋就能搞定的。

得有专业的知识和工具。

就像厨师做菜要有好的食材和刀具一样。

我们要建立复杂的数学模型，把水流的各种特性都考虑进去。

这可不容易，就跟拼图一样，一块一块地拼凑，直到呈现出完整清晰的画面。

而且，还得根据实际情况不断调整参数，这就好比裁缝给人做衣服，得量体裁衣，不断修改，才能合身。

计算过程中，每一个数据都不能马虎，一个小差错可能就会导致整个结果大错特错，这难道不就像下棋走错一步满盘皆输吗？总之，水力过渡过程计算可不是一件轻松的事儿，但它又极其重要。

只有把这个计算做好了，我们的水利工程才能稳定运行，为我们的生活带来便利，不是吗？。

大波动过渡过程计算分析总结水电站输水系统和机组过渡过程的计算分析具有重要的意义，该计算分析对于机组参数GD2的选择、导叶关闭规律的确定、调压室参数的选择和管道线路的布置等方面都有重要的指导作用。

水电站过渡过程计算分析由大波动过渡过程计算分析和小波动过渡过程计算分析两部分组成。

以下对大波动过渡过程计算分析进行总结说明。

大波动过渡过程计算分析主要包含以下几个部分：①该类系统数学计算模型的建立和求解；②仿真计算程序的编制；③具体输水系统有关原始数据的准备（包含实际系统概化问题）；④各种大波动控制工况的计算分析；⑤《水力过渡过程计算分析报告》的撰写。

一．数学计算模型的建立水电站输水系统数学模型由输水道数学模型和边界数学模型两部分构成。

1．输水道数学模型目前，输水道数学模型是根据一元总流流体的运动方程和连续方程，建立有压管道水力瞬变的弹性水锤基本方程组，然后利用特征线法对方程组进行简化、求解（这里暂不讨论无压输水道）；由于在建立和求解模型的过程中，存在一些简化和假定条件，因此存在以下几个值得研究的问题：①现模型采用一元流假定，该假定在某些情况下不适用，应该改用“二元流”或“三元流”原理构造数模。

②该模型要求“同一段管道为单特性管”，因此须对非单特性管进行合理概化。

③该模型中管道阻力系数采用的是阀门关闭前稳态流动的值，实际应该采用动态的阻力系数。

④计算时间步长和波速调整的优化。

⑤含气水锤模型的建立。

2．边界数学模型不同边界具有不同的数学模型，目前基本边界的数学模型已较成熟，满足仿真计算精度要求。

3．数模的求解方法有压输水道数学模型采用特征线法求解；简单边界数学模型（如一元非线性代数方程）采用改进的不动点迭代法求解；复杂边界数学模型（如二元非线性代数方程组）采用牛顿-莱甫生法求解。

二．仿真计算程序的编制利用FORTRAN语言将已建立的数学模型和所选的求解方法编制成仿真计算程序。

同时，须注意以下几个问题：①水轮机特性曲线的变换（目前采用改进的Suter法）。

△V 一警s n ‘ 日二 . J tg 甲二 s ln 入 t g 日‘ 3 由式 ( E A _ . 1 还可得 tg 式中 t 2兀T 一计算点处转轮叶栅的节距旦些 tg Z 王又那一日二 p 几 r Ž万户 万A 一. ‘ g O P 几叮一计算点处叶片与回转轴垂直的平面内的安放角“ C 由△刀 E 得月C s AE in 乙C E A si n 一转轮旋转的角速度 , 衫C n 对于大多数离心泵出口处的呱等于叶 AC 刁五 ( 180 。

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但对于斜流可逆式和高比 , si n 。

速混流可逆式转轮进口和出口处的呱并不 , 等于叶片进出口边的安放角。

下面通过几何二中。

关系推导呱的普遍计算式图 5 中刀B 一通过 A 点叶片骨线的轴截面线切线 ( 水力设计中常选出口边在一个轴截面内 tQ8 一‘ r Jl = S in Si n Q 入t g 日二式 3 t ( 一一轴截面线与水平面 ( 严格地说与旋转轴垂直的平面的交角 , 、月 G 一轴截面内垂直于月刀的直线 A T 一轴截面内过月点与流面相切一二一轴截面线与流线的夹角日白直线勺 CD 这样 , —下式可以求得有限叶片数的修正通过。

叶片安装角一垂直月‘并平行刀B 的直线 , 量。

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240抽水蓄能电站过渡过程特性的研究(巴西) B．Petry 等摘要 本文对装有可逆式水泵水轮机的抽水蓄能电站的过渡过程进行了研究。

根据现有描述过渡过程的方程式，建立了数学模型并应用于实践中。

真机试验与数学模型模拟结果的比较证实了数学模型的准确性。

同样的数学模型也可导出一系列可变系统参数的曲线、这些曲线提供了过渡过程响应数据，在初步设计阶段，这些数据可快速准确地评估过渡过程。

通常，水力系统的流态要变化到与机组的理想运行条件相匹配的流量。

在常规水电站和抽水蓄能电站中，通常因操作阀门、水泵的开启或关闭以及电力需求的变化引起水力条件的变化。

操作越快，过渡过程越苛刻。

因此，水力装置的设计必须考虑到过渡过程可能达到的极限压力和流量值。

在抽水蓄能电站中，考虑到其操作余量和频率控制能力，确定水力系统的过渡过程特性比传统水电站显得重要得多，因为电力需求的变化可能很快，且电站运行方式明显改进。

机组的关闭(作水泵或水轮机运行)或从水泵工况切换到水轮机工况都将引起很大的压力脉动。

为了分析这一现象，根据特征法建立了数学模型。

在水泵工况或水轮机工况，或从水泵工况切换到水轮机工况，该模型均能模拟单级水泵水轮机的运行。

图1 抽水蓄能电站示意图UR 一上游水库 HT 一引水渠 ST 一调压井(任意模式) PN 一压力钢管 UJ—上游枢纽站 UB i —机组前叉管PT i 一水泵水轮机 LB i 一机组后叉管 LJ—下游枢纽站 TT—尾水渠LR—下游水库图l 简要给出了一个抽水蓄能电站，并给出了部件结构。

数值分析当利用特征法和积分法变换时，连续方程和动量方程将导出一组特征方程，可联立求解以选择管道‘P’。

02)()(=Δ+−+−A A A A Q Q DAt f H H a gA Q Q (1) 02)()(=Δ+−−−B B B B Q Q DA t f H H agAQ Q (2)式中Q —流量H —压头f —Darcy-Weisbach 水头损失系数 D —管道直径241A —管道横断面面积 g —重力加速度 α—波速△t—时间增量下角P 系指特征管道网x-t 平面上‘P ’断面的未知条件，下角A 、B 系指上述时间间隔内‘A ’断面<上游>和‘B ’断面<下游>的已知条件。

可逆式水泵水轮机水力设计及内部流场分析摘要:随着地区经济社会和新能源的发展,对电网调峰能力提出了更高的要求,电网调峰问题日益突出,需要建设一定规模的调峰电源。

根据电网需求及电站自身条件,拟定抽水蓄能电站的可逆式水泵水轮机水力设计及内部流场分析。

电站建设条件较好,有利于提高电网的调峰能力,提升电网供应保障能力。

关键词:抽水蓄能；可逆式水泵水轮机；水力设计；内部流场分析一、可逆式水泵水轮机的应用现状可逆式水泵水轮机水涡轮可以认为是目前使用最广泛的水涡轮类型。

这种类型的水轮机的适用水头范围为10米至100米，但在实际应用中水压主要为20米至700米。

因此，这种水涡轮适用于流量振幅大、水压大的电厂。

具有轻质、紧凑、紧凑的设计、高效、方便的操作和维护等优点，在目前开发的水压资源中，优秀的类型是具有更高的水压。

目前正在建设中，将建设的许多巨型单位都使用涡轮。

随着龙滩、拉西瓦、三峡等大型水电站的成功建设和许多千瓦级装置的成功调试，我国大型汽轮机技术越来越广泛，相关技术取得了很大进展。

近年来，得益于国外先进技术的引进和发展，高压涡轮技术取得了巨大成功。

分析近年来液压涡轮的使用情况，可以看出，该技术的进一步发展将走向更大范围的稳定运行、更大的功率和更高的水压。

二、可逆式水泵水轮机水力设计分析（一）装机规模选择某抽水蓄能电站上水库库周山体较雄厚，左岸山脊线高程一般为815m~920m，有一处低矮垭口，垭口高程约为815m。

右岸山脊线高程一般为780m~865m，有两处低矮垭口，垭口高程分别约为775m、800m。

主坝位于河道上，并在左、右岸低矮垭口处共建3座副坝，由1座主坝、3座副坝形成狭长型的上水库。

下水库在河道上筑坝形成狭长型水库，坝体呈东北~西南方向。

下水库库周山体雄厚，无低矮垭口，库盆封闭条件较好，左岸山脊线高程一般为350m~700m，右岸山脊线高程一般为350m~875m。

根据上、下水库的库容条件，结合机组水头变幅、水库消落深度、进/出水口布置要求等因素，如上水库正常蓄水位取820m，结合库内开挖，上水库蓄能量可达约988万kW•h。

华中科技大学硕士学位论文水力机械过渡过程计算研究姓名：杨剑锋申请学位级别：硕士专业：水利水电工程指导教师：刘昌玉2011-05-31摘要近几十年来，我国的水电事业取得了巨大的成就，总的水电装机容量已居世界首位。

随着我国水电事业的高速发展，一大批大型电站和特大型电站已经处于建设阶段或者设计阶段，在目前的发展形势下,水电站的过渡过程研究显得尤为重要。

过渡过程广泛存在于水电站发电过程之中，是水、机、电系统相互影响的非线性过程，涉及到引水发电系统的每一个环节。

本文通过建立引水发电系统中各个环节的数学模型，利用特征线法，龙格库塔法，拉格朗日插值法和迭代法等数学方法对数学模型及边界条件进行了求解分析，考虑了水轮机转速变化对流量的影响，充分考虑了水锤过程和调压室涌浪过程的相互影响。

本文在C++ Builder平台上开发了过渡过程程序，对某水电站进行了过渡过程仿真计算，为该电站选取了合适的导叶启闭规律，确定了调压室的安装高程，计算了引水管道内的压力分布，绘制出水轮机的转速、工作水头和输出转矩的变化曲线，得到了调压室水位波动、压力管道内的压力和流量波动的规律；论证了此水电站在该设计方案和控制策略下能安全，稳定，高效的运行,并对过渡过程计算中的可能误差进行了分析讨论。

基于计算机的过渡过程计算能准确反应过渡过程的实际过程，其计算快速准确，计算结果直观且便以分析，可以为水电站的优化设计和控制规律的合理选择提供数据依据。

关键词：水电站；过渡过程；水轮机；调压室AbstractIn recent decades, China's hydropower has made great achievements, with a total installed capacity of hydropower being ranked first in the world. With the rapid development of hydropower, a large number of large power stations are in the project construction or in the design stage. In the present situation, the research on transient process of hydropower station is very important.Transient process is widely shown in power generation process, it is a complex nonlinear system affected by the water system, mechanical system and electrical system. The process involves every element of the hydropower generation. The paper establishes the mathematical models of the water diversion and power generation system, then the paper makes solution analysis on the mathematical models with the methods of characteristic method, Runge-Kutta method and other methods. The paper fully considers of the affection of the flow speed of hydraulic turbine and the affection between water hammer and surge tank.The author develops the simulation program of the transition process of a hydropower station on C++ Builder platform, chooses the appropriate laws of the guide vane opening and closing, determines the elevation of the installation of surge tank, calculates the pressure distribution within the pipelines, draws the turbine speed, working head and the output torque curves, gets the laws of water level fluctuation of the surge tank, the pressure and flow inside the pressure pipes. The station runs safely, stably and efficiently in this design and control. The possible error in the calculation is analyzed and discussed.The calculation of the transient process based on the computer is fast and accurate reflecting the actual process of transition, and the result is intuitive and easy to be analysed, providing the data basis for optimal design and reasonable control.Keywords：Hydropower Station; Transient Process; Turbine; Surge Tank独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。