CN109058023B - 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机 - Google Patents

拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN109058023B
CN109058023B CN201810938051.7A CN201810938051A CN109058023B CN 109058023 B CN109058023 B CN 109058023B CN 201810938051 A CN201810938051 A CN 201810938051A CN 109058023 B CN109058023 B CN 109058023B
Authority
CN
China
Prior art keywords
guide vane
movable guide
leading edge
axis direction
pump turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810938051.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109058023A (zh
Inventor
郭志伟
钱忠东
王驰航
夏伟鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201810938051.7A priority Critical patent/CN109058023B/zh
Publication of CN109058023A publication Critical patent/CN109058023A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109058023B publication Critical patent/CN109058023B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/183—Adjustable vanes, e.g. wicket gates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机，能够有效改善水泵水轮机的驼峰区的运行稳定性。本发明所提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，其特征在于：将活动导叶的前缘设置成沿着展向方向延伸的波状前缘。本发明所提供的水泵水轮机，其特征在于：具有沿着展向方向延伸的波状前缘的活动导叶。相对于传统水泵水轮机的导叶设计，本发明提出的改进水泵水轮机水泵工况运行稳定性的设计思想，能够使水泵水轮机水泵工况驼峰区向小流量方向移动，并且改善驼峰区时导叶的内部流场，从而有效拓宽水泵水轮机的稳定运行区。

Description

拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机
技术领域
本发明涉及一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机。
技术背景
在我国不断优化能源结构的过程中，抽水蓄能技术日益成熟，已经成为大规模存储电力的最高效的方式之一。抽水蓄能电站具有削峰调谷的功能，灵活的调节能力有利于电网的稳定运行，能够实现电网的节能减排，提高电力系统的经济效益，促进对水资源的节约利用和环境保护。但抽水蓄能电站的核心设备——水泵水轮机在水泵工况运行时存在很窄的不稳定驼峰区，在该区运行将产生强烈的压力脉动，同时使得噪声增大，甚至爆音，导致机组效率下降，甚至引发机组外结构破坏等问题，严重影响机组安全稳定运行。
由于水泵水轮机驼峰区形成机理较为复杂，属于世界性难题。对于如何改善驼峰区不稳定性的研究尚不足，改善驼峰区的具体实施方案更是寥寥无几。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机，能够有效改善水泵水轮机的驼峰区的运行稳定性。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<方法>
本发明提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，其特征在于：将活动导叶的前缘设置成沿着展向方向延伸的波状前缘。
进一步，本发明提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，还可以具有以下特征：
设置成波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：
设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为原型活动导叶在X轴上的坐标值，x1为变换后的活动导叶在X轴上的坐标值，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则x1满足如下公式：
Figure BDA0001768336020000021
式中，c为活动导叶的弦长；xLE为活动导叶在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘波动幅度在X轴上的坐标值：
Figure BDA0001768336020000022
式中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度；n为活动导叶的波状前缘在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅，
原型活动导叶的横截面为矩形。
优选地，本发明提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，还可以具有以下特征：活动导叶波状前缘的波幅A＝0.01～0.12c，波长λ＝1/12～1/4s，c为活动导叶的弦长，s为活动导叶在展向方向上的长度。
<水泵水轮机>
本发明提供一种水泵水轮机，其特征在于：具有沿着展向方向延伸的波状前缘的活动导叶。
进一步，本发明提供的水泵水轮机，还可以具有以下特征：
具有波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：
设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为原型活动导叶在X轴上的坐标值，x1为变换后的活动导叶在X轴上的坐标值，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则x1满足如下公式：
Figure BDA0001768336020000023
式中，c为活动导叶的弦长；xLE为活动导叶在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘波动幅度在X轴上的坐标值：
Figure BDA0001768336020000024
式中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度；n为活动导叶的波状前缘在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅，
原型活动导叶的横截面为矩形。
优选地，本发明提供的水泵水轮机，还可以具有以下特征：活动导叶波状前缘的波幅A＝0.01～0.12c，波长λ＝1/12～1/4s，c为活动导叶的弦长，s为活动导叶在展向方向上的长度。
发明的作用与效果
(1)相对于传统水泵水轮机的导叶设计，本发明提出的改进水泵水轮机水泵工况运行稳定性的设计思想，能够使水泵水轮机水泵工况驼峰区向小流量方向移动，并且改善驼峰区时导叶的内部流场，从而有效拓宽水泵水轮机的稳定运行区。
(2)通过调整设计参数波幅A和波长λ，能够灵活设计优化波状前缘导叶的形状，使水泵水轮机获得最佳的水力特性。
(3)具体给出了波状前缘导叶的参数优化范围，波幅在0.01～0.12c，波长在1/12～1/4s范围内可以显著改善水泵水轮机驼峰区水力特性。
(4)明确了改善水泵水轮机不稳定区域的核心内部流场区域在隔舌下方四分之一区域附近。
附图说明
图1为本发明实施例中涉及的活动导叶的原型活动导叶的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中涉及的原型活动导叶的平面结构示意图；
图3为本发明实施例中涉及的波状前缘活动导叶的平面结构示意图；
图4为本发明实施例中涉及的波状前缘活动导叶的立体结构示意图；
图5为本发明实施例中涉及的水泵水轮机的立体结构示意图；
图6为本发明实施例中涉及的原型活动导叶与波状前缘活动导叶的水泵水轮机外特性曲线图；
图7为本发明实施例中涉及的原型活动导叶的中间区域的流线图；
图8为本发明实施例中涉及的波状前缘活动导叶的中间区域的流线图。
图中各部件标号如下：
10-原型活动导叶；20-波状前缘活动导叶；30-叶轮；40-固定导叶；100-水泵水轮机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机的具体实施方案进行详细地说明。
<实施例>
本实施例中以某实际抽水蓄能电站的水泵水轮机为研究对象，在水泵水轮机中，如图1和2所示活动导叶的原型活动导叶10的尺寸为：弦长c＝993.8mm，展向方向长度s＝794.0mm。为了拓宽水泵水轮机运行稳定性区域，将原型活动导叶的前缘(即与流体最先接触的边缘部分，横截面为矩形)设置成沿着展向方向延伸的波状，具体方法为：
首先，对该原型活动导叶10进行横坐标变换：
如图3和4所示，设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为图1所示的原型活动导叶10在X轴上的坐标值(变换前的横坐标值)，x1为变换后的波状前缘活动导叶20在X轴上的坐标值(变换后的横坐标值)，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则：
Figure BDA0001768336020000041
式1中，c为活动导叶的弦长，如图1和2所示原型活动导叶10和波状前缘活动导叶20的弦长相等；xLE为波状前缘活动导叶20在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘的波动幅度的横坐标值：
Figure BDA0001768336020000042
式2中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度，原型活动导叶10与波状前缘活动导叶20的长度相等；n为波状前缘活动导叶20在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅。
然后，选定波幅A和波长λ，本实例中选择为A＝0.04c，λ＝1/4s，从而确定波状前缘活动导叶20的具体波形。
如图5所示，将最终确定的波状前缘活动导叶20安装至水泵水轮机100中，波状前缘活动导叶20围绕叶轮30设置，在波状前缘活动导叶20外围设置有固定导叶40。
如图6所示，对具有原型活动导叶10的水泵水轮机进行数值计算，其驼峰区的波峰到波谷的区域为89.56-95.00m3/s；相应的，对具有波状前缘活动导叶20的水泵水轮机进行数值计算，得到其驼峰区波峰到波谷的区域为77.10-84.56m3/s。与具有原型活动导叶10的水泵水轮机相比，具有波状前缘活动导叶20的水泵水轮机100的扬程-流量曲线的驼峰区波峰和波谷点都不同程度的向更小流量的方向上移动。表明波状前缘活动导叶20的应用使得水泵水轮机100能够在更大流量范围内稳定运行，可见扩宽水泵水轮机的安全稳定区域是非常可观的。
如图7和8所示，在驼峰区运行时，与原型活动导叶10相比，波状前缘活动导叶20在隔舌下方四分之一区域(图7中的3号区域)的内部流场得到改善，波状前缘活动导叶20上下弧面的速度分布更加均匀，延缓了上弧面的流动损失，流线更加平顺，流动状态良好。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (2)

1.一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，其特征在于：
将活动导叶的前缘设置成沿着展向方向延伸的波状前缘，
其中，设置成波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：
设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为原型活动导叶在X轴上的坐标值，x1为变换后的活动导叶在X轴上的坐标值，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则x1满足如下公式：
Figure FDA0002371104080000011
式中，c为活动导叶的弦长；xLE为活动导叶在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘波动幅度在X轴上的坐标值：
Figure FDA0002371104080000012
式中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度；n为活动导叶的波状前缘在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅，
活动导叶波状前缘的波幅A＝0.01～0.12c，波长λ＝1/12～1/4s，
c为活动导叶的弦长，s为活动导叶在展向方向上的长度。
2.一种水泵水轮机，其特征在于，包括：
具有沿着展向方向延伸的波状前缘的活动导叶，
其中，具有波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：
设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为原型活动导叶在X轴上的坐标值，x1为变换后的活动导叶在X轴上的坐标值，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则x1满足如下公式：
Figure FDA0002371104080000013
式中，c为活动导叶的弦长；xLE为活动导叶在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘波动幅度在X轴上的坐标值：
Figure FDA0002371104080000021
式中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度；n为活动导叶的波状前缘在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅，
活动导叶波状前缘的波幅A＝0.01～0.12c，波长λ＝1/12～1/4s，
c为活动导叶的弦长，s为活动导叶在展向方向上的长度。
CN201810938051.7A 2018-08-17 2018-08-17 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机 Active CN109058023B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810938051.7A CN109058023B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810938051.7A CN109058023B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109058023A CN109058023A (zh) 2018-12-21
CN109058023B true CN109058023B (zh) 2020-04-10

Family

ID=64687310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810938051.7A Active CN109058023B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109058023B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110909436B (zh) * 2019-12-05 2021-10-08 武汉大学 一种叶轮叶片和叶轮叶片前缘波形确定方法及喷水推进泵
CN110985410A (zh) * 2019-12-19 2020-04-10 中国航空发动机研究院 带有仿生波状结构前缘的跨音速压气机平面叶栅

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60187776A (ja) * 1984-03-07 1985-09-25 Fuji Electric Co Ltd 水車用ガイドベ−ンの製造方法
JPH01184523A (ja) * 1988-01-20 1989-07-24 Canon Inc 座標入力装置
JP2003090279A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水力回転機械用ベーン
JP5866802B2 (ja) * 2011-05-26 2016-02-17 株式会社Ihi ノズル翼
CN102287307B (zh) * 2011-07-15 2012-07-18 武汉大学 水泵水轮机空间曲面活动导叶
CN104612758A (zh) * 2014-12-19 2015-05-13 中国民航大学 一种低损失的低压涡轮叶片
CN105298924B (zh) * 2015-10-23 2017-09-15 上海交通大学 基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶及其实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109058023A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109058023B (zh) 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机
CN109145506B (zh) 一种高气动性能低噪声水平风力机外侧翼型的优化设计方法
CN109915407B (zh) 一种非光滑表面的离心泵叶轮及其效率和噪声协同提升设计方法
CN109409013A (zh) 一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法
CN116011359A (zh) 一种抑制水轮机叶道空化涡的水力优化方法
CN111400834A (zh) 风力发电机组叶片翼型气动优化设计方法、模型及装置
CN116090129A (zh) 耦合非轴对称端壁和叶片弯曲的涡轮造型方法
CN115081138B (zh) 改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法和水泵水轮机
CN113027785B (zh) 双函数耦合型面调控扩压器端壁的离心压缩机扩稳方法
CN210422698U (zh) 吸力面波浪形的低压涡轮叶片
CN111622808B (zh) 一种基于汽轮机叶型改造的仿生叶片及设计方法
CN110145370A (zh) 一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片
CN210769502U (zh) 一种主动控制压力脉动的离心泵叶轮
CN204828047U (zh) 一种发动机冷却系统轴流风扇
CN110909436B (zh) 一种叶轮叶片和叶轮叶片前缘波形确定方法及喷水推进泵
CN217300761U (zh) 一种带仿生气动弹片的风力机翼型结构
CN105298912A (zh) 鼓包前缘进口导向器叶片
NL2030484A (en) Francis Turbine with Bionic Tadpole-shaped Blades
CN109117552B (zh) 一种涡轮机叶片变载荷流型设计方法
CN111946666B (zh) 一种轴流压气机端壁附面层流动调控结构
CN210371017U (zh) 一种抑制梢涡的风轮横撑结构
CN207847707U (zh) 一种工业汽轮机高效转鼓级静叶片
CN108194149B (zh) 一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片
CN114576065B (zh) 一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮
CN113688581A (zh) 风电场有功出力优化控制的方法、装置、电子设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant