水轮机工况下水泵水轮机压力脉动特性仿真分析研究

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。

水轮发动机参数模拟与仿真研究水轮发动机是利用水的动能驱动涡轮旋转，并产生电力的一种装置，是水电站的核心设备之一。

为了提高水轮发动机的效率和性能，参数模拟与仿真研究成为一项重要的课题。

本文将深入探讨水轮发动机参数模拟与仿真研究的重要性和方法。

一、水轮发动机的工作原理水轮发动机是将水流通过导水管引导到水轮的叶片上，水的冲击力使得水轮转动，从而带动轴上的发电机工作。

在水力资源丰富的地区，水轮发电成为重要的清洁能源利用方式之一。

二、参数模拟的必要性参数模拟是指通过对水轮发动机内部各个参数进行数据采集和分析，以便优化和改进设计。

通过参数模拟，可以实现对水轮发动机工作过程的精确模拟，全面了解各项指标的变化规律，为进一步提高水轮发动机的效率提供数据支持。

三、仿真研究的重要性仿真研究是通过运用数学建模和计算机模拟等技术手段，对水轮发动机的工作情况进行模拟和分析。

通过对水轮发动机进行仿真研究，可以预测不同参数对水轮发动机性能的影响，并对水轮发动机的性能进行评估，为水轮发动机的优化设计提供参考。

四、参数模拟与仿真研究方法1. 数据采集：通过传感器对水轮发动机内部各项参数进行实时采集，并形成数据集。

2. 数据处理：对数据集进行处理和分析，建立相应的数学模型，并进行计算。

3. 模拟验证：利用计算机仿真软件对水轮发动机的工作进行模拟，并与实际数据进行验证，确保仿真结果的准确性。

五、参数模拟与仿真研究的应用1. 优化设计：通过参数模拟和仿真研究结果，对水轮发动机的设计进行优化，提高其效率和性能。

2. 故障诊断：利用仿真技术对水轮发动机可能存在的故障进行模拟分析，提前预警并进行维护。

3. 运行管理：结合参数模拟和仿真研究成果，实现对水轮发动机的精准监测和运行管理，保障其安全可靠运行。

六、结语水轮发动机参数模拟与仿真研究对于提高水轮发动机的效率和性能具有重要意义，是水电行业发展的必经之路。

随着科技的不断发展，相信水轮发动机参数模拟与仿真研究将为清洁能源的可持续发展贡献更多的力量。

水泵水轮机的流场模拟及性能分析水泵水轮机是利用水流对水轮机叶片的推力来转动轴的设备，也是水力发电站中一个重要的组成部分。

随着数值模拟技术和计算机处理能力的提高，目前越来越多的工程领域在设计开发过程中采用了计算流体力学（CFD）技术来对流场进行模拟和分析。

本文将介绍水泵水轮机的流场模拟及性能分析，希望有助于读者对该领域有进一步的了解。

1. 水泵水轮机的基本原理水泵水轮机是由水轮机和水泵两个组成部分组合而成的设备。

水轮机是将水的动能转换为机械能的设备，可用于发电或提供动力。

水泵则是将机械能转化为水的动能，将水从低处输送到高处。

水泵水轮机在水力发电站中的作用是将水的能量转换为机械能，以驱动发电机发电。

2. 水泵水轮机的流场模拟在水泵水轮机的设计过程中，优化流场是一个很关键的环节。

借助CFD技术，可以模拟水泵水轮机在不同工况下的流场特征和流量分布等参数。

这些模拟结果可以用来指导设计优化和性能预测。

2.1 模拟方法通常，水泵水轮机模拟采用的方法是数值模拟。

数值模拟分为两个主要步骤：离散化和求解。

离散化是指将连续的流场离散化为小的单元，将研究对象看作由许多小的单元组成的整体。

而求解则是在每个单元中求解出湍流流动中的方程组，最终得到整个流场的性质。

2.2 模拟结果通过模拟，可以得到水泵水轮机的流量、速度、压力分布以及水力损失等参数。

这些参数是优化设计和性能预测所必需的，可以用来评估水泵水轮机的性能，指导后续改进。

3. 水泵水轮机的性能分析水泵水轮机的性能是指它在不同条件下的输出功率和效率等参数。

通过实验和数值模拟可以得到水泵水轮机的性能参数，评估其性能并改进其设计。

3.1 性能参数水泵水轮机的性能参数包括流量、扬程、效率、功率等。

流量是指单位时间内通过水泵水轮机的水量，扬程则是从低处输送至高处时，在水泵水轮机内产生的流动压力差。

而效率则是将水的能量转化为机械能的比例。

3.2 性能分析性能分析通常是通过实验和数值模拟方法来进行的。

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性摘要：可逆式水泵水轮机设计需要兼顾水轮机和水泵两种工况。

水泵工况属于减速流动，相较于水轮机工况更容易发生流动分离，在水泵水轮机设计中，对水泵工况的各项性能设计指标考核更为严格。

水泵水轮机泵工况的流量扬程特性曲线在高扬程小流量下通常存在局部曲线斜率为正值的不稳定区域，称为驼峰区。

在抽水蓄能电站实际运行中，驼峰区难以避免，其不仅影响水泵水轮机泵工况高扬程条件下的启动和运行，同时还会产生较强的振动、噪声、功率摆动、水压波动等不稳定现象，直接影响机组安全稳定运行。

鉴于此，本文对水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性进行分析，以供参考。

关键词：水泵水轮机;水泵工况;压力脉动;旋转失速;转轮受力引言本文采用SAS－SST湍流模型对某模型水泵水轮机在非设计泵工况的流态进行了三维非定常数值模拟，分析不同工况下流动特性对压力脉动和转轮受力的影响。

1数学模型1.1计算体型和网格划分计算区域包括蜗壳、导叶、水轮机和尾水管。

考虑到在非设计工况下，尾水管内回流可能会对边界条件给定产生影响，对尾水管进口段适度延长。

1.2网格及时间步长在网格划分时，蜗壳采用四面体网格;导叶区采用楔形网格;转轮和尾水管采用六面体网格，并对活动导叶和转轮叶片设置边界层网格，使近壁面Y+小于10。

图1展示了额定工况下水泵扬程随网格数量的变化情况，当网格数量大于450万时，计算所得扬程变化小于1%。

考虑到计算时间和流场结构的解析精度，最终选取总网格单元数为882万的划分方式。

图1网格敏感性分析2机组能量特性图2为活动导叶相对开度随流量系数Cφ的变化规律。

其中，相对开度计算公式为式中α———活动导叶开度，αmax———最大开度图2活动导叶相对开度随流量系数的变化曲线在上述导叶开度规律下，图2对比了数值模拟与试验测试的机组能量特性曲线，即不同流量系数Cφ下的扬程系数Cψ与效率η变化曲线。

图3扬程系数与效率随流量系数的变化曲线从图3可以看出，CFD模拟得到的扬程系数与效率，相比于试验值，具有相同的变化趋势。

水泵水轮机“S”特性与改善研究水泵水轮机在运行过程之中具有“S”特性，因为在某些程度上水泵水轮机的安全稳定运行因素也存在着制约，所以为了促进我国抽水蓄能技术的发展，需要针对水泵水轮机“S”特性进行分析与研究，从而提出其相应的水泵水轮机“S”特性改善措施，这对于预测水泵水轮机“S”特性具有现实意义，是优化我国水利机械水平的重要体现。

标签：水利机械；水泵水轮机；特性水泵水轮机“S”特性主要体现在了工况并网启动、转速与定水头预测方法等多个方面，所以在明确其水泵水轮机“S”特性的基础之上，应该利用现有的数学计算模型来对水泵水轮机进行相应的预测，从而加强对于数学的修正，最大程度上降低数值预测方法的实际误差，利用空间曲面活动导叶等多种形式，对于目前水泵水轮机“S”特性进行相应的优化。

一、水泵水轮机“S”特性的具体体现水泵水轮机“S”特性是指在机组处于或者接近全特性“S”区运行过程之中，机组会存在相应的不稳定现象，所以在不稳定机组进行投产试运行的过程之中，水头较低空载运行时转速来回摆动，并且在一定程度上会出现并网困难、发电并网之后的逆功率不断跳机等现象，所以为了提升空载的稳定性，在机组甩负荷的基础之上而能够实现空载稳定运行的现象，就要针对水泵水轮机“S”特性进行改善。

根据压力原理以及研究表明，水泵水轮机“S”特性是由压力脉动所引起的，而压力脉动则是由于导叶与转轮之间的动静干涉所引起的，所以要在水泵水轮机空载运行时掌握好压力脉动幅值最大的位置，从而预开启导叶与转轮之间，才能够更为明确地探究水泵水轮机“S”特性。

目前所采取的改进方式比如非同步预开装置等[1]，都是利用导叶开度的变化进行优化，但是虽然能够在一定程度上缓解水泵水轮机“S”特性，但是与此同时其水轮机的摆度以及振动幅度也相对增大，噪音音量持续提升，能够帮助水泵水轮机“S”特性短时间的运行改善，所以如何在长期运行的基础之上，针对水泵水轮机“S”特性进行优化是目前水泵水轮机发展过程之中所必须明确的重要问题。

低水头下水泵水轮机水轮机工况压力脉动分析与研究邵冰啸摘要:为了研究水泵水轮机在水轮机工况下的压力脉动特性,采用SST k-ω湍流模型对模型水泵水轮机在水轮机工况下的三维非定常湍流进行模拟．在试验验证的基础上,通过调整活动导叶的开度以实现机组不同的运行工况,分析了3种流量工况下导叶、转轮和尾水管内的压力脉动规律．针对混流式水轮机的转轮结构、受力特点及转轮各部分网格的自动划分等方面进行了简要分析，阐述了可实现水轮机转轮结构计算与优化设计的有限元方法及改良复合形法。

在不改变叶片型线的情况下合理地选择上冠和下环的尺寸，从而改善转轮各部分的应力分布，求得最优的转轮结构。

关键词:水泵水轮机异常低水头压力脉动随着大型水泵水轮机组的广泛运用,人们对如何提高水泵水轮机的效率、稳定性和抗空化性的问题越来越关注，目前,水轮机的效率和抗空蚀的性能都得到了很大的提高，而随着机组容量和水头的增加，水泵水轮机组运行的不稳定性问题越来越严重,机组的振动直接影响电站正常的运行和厂房的安全．机械振动、电磁振动和水力振动等都会造成机组振动.而压力脉动是造成水泵水轮机机组振动的主要原因之一,它产生于机组运行过程的非定常流场.水轮机在低负荷运行状态下存在运行不稳定的情况,运行工况偏离最优工况很远,此时导叶进口水流是以一定的角度进入导叶,内部流动状态随之变坏,使导叶后出现旋涡、脱流等不稳定现象,引起压力脉动，使水泵水轮机本体振动。

1、计算模型1.1物理模型图1为以国内某抽蓄电站模型水泵水轮机为对象建立的全流道几何模型,其模型机的几何参数:转轮进口直径D1=473.5 mm,转轮出口直径D2=300.0 mm,转轮叶片数Zb=9,固定导叶数Zc=20,活动导叶数Z0=20,导叶高度b0=66.72 mm,蜗壳包角343°。

图1模型水轮机的三维实体模型将水泵水轮机三维全流道划分为蜗壳与固定导叶区、活动导叶区、转轮及尾水管4个计算域．网格划分过程中,发现隔舌附近结构复杂,因此蜗壳与固定导叶区域采用适应性强的非结构化四面体网格,其他区域采用结构化网格进行划分。