CN113107743A - 适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法，水泵水轮机组包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管及带阀门的均压管，其特征在于，阀门的开度根据工况的不同预先设定，且在实际运行过程中，根据机组监测的水头、流量、出力的变化，判断机组所处的工况，并对阀门开度做相应的调节，调节方法包括以下步骤：S1)获取水泵水轮机转轮的运行工况信息，拟定各运行工况下阀门开度；S2)进行水力性能分析，获得各工况下转轮的轴向水推力，筛选阀门开度；S3)根据分析结果，确定各工况下阀门开度，在电站运行过程中据此进行调节。

Description

适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管 的调节方法
技术领域
本发明属于水泵水轮机的技术领域，尤其涉及适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法。
背景技术
抽水蓄能电站作为目前技术最为成熟、容量最大的储能方式，承担了电网中的负荷调节、消纳新能源等重要任务。水泵水轮机转轮作为抽水蓄能电站的核心设备，需要频繁在不同工况间转换，转轮轴向水推力的大小与方向经常发生变化，对推力轴承及机组其他支撑部件的设计及使用寿命带来了很大的考验。另一方面，目前抽水蓄能电站的向着高水头的方向发展，相应地转轮的轴向水推力也会增加，从而增加了控制与调节的难度。
现有的轴向水推力调节技术包括在转轮泄水锥处增加泄水孔、上冠腔止漏环内设置均压管与尾水管相连，上冠腔与下环腔通过平衡管相连等，将腔内压力通过均压管或平衡管泄走，减小转轮的轴向水推力。此外，通过设计一种减少水轮机轴向水推力的转轮，使得在同等水流条件下，转轮上冠外圆尺寸尽量增大，从而增加水与上冠的接触面积，减少转轮的轴向水推力。再者，通过设计一种可降低转轮与顶盖间水压力的上冠结构，达到减小上冠轴向水推力的目的，该结构上冠上表面设有辐条状凸台，增加了上冠腔水体的轴向速度梯度，从而增大了上冠腔水体的压力，达到减小轴向水推力的效果。
现有的实现方案通过在转轮设计过程中增加均压管或平衡管等装置，或改进转轮上冠结构实现对转轮轴向水推力的控制，其只能针对设计工况下的轴向水推力进行控制，且一旦结构确定后无法改动，因此无法对工况转换过程中轴向水推力的大幅变化进行实时调节。
综上所述，如何实时调节轴向水推力以控制不同工况下的轴向水推力，使转轮在各工况间转换的过程中，轴向水推力的数值始终被控制在合理的范围内，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法，水泵水轮机组包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管及带阀门的均压管，其特征在于，阀门的开度根据工况的不同预先设定，且在实际运行过程中，根据机组监测的水头、流量、出力的变化，判断机组所处的工况，并对阀门开度做相应的调节，调节方法包括以下步骤：
S1)获取水泵水轮机转轮的运行工况信息，拟定各运行工况下阀门开度
S2)进行水力性能分析，获得各工况下转轮的轴向水推力，筛选阀门开度
S3)根据分析结果，确定各工况下阀门开度，在电站运行过程中据此进行调节。
优选的，步骤S1中，拟定阀门开度为：1，0.8，0.6，0.4，0.2，0。
优选的，步骤S1中，水泵水轮机转轮的运行状态信息包括转速、水头、流量和导叶开度。
优选的，步骤S2中，水泵水轮机转轮的运行工况包括稳态运行工况和暂态工况。
优选的，水泵水轮机转轮稳态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的运转曲线获得机组运转特性曲线上的所有导叶开度，从小到大标记为A1,A2,…,An；
对于每一个导叶开度Ai，其中，i＝1,2,…,n，确定机组在该导叶开度下的最大水头Hmax及最小水头Hmin，然后在最小水头Hmin与最大水头Hmax间选取m-2个水头数值，形成一列等差数列：H1,H2,…,Hm,其中，H1＝Hmin,Hm＝Hmax,m取值为20-25；
每一个(Ai,Hj)确定一个稳态运行工况，其中j＝1,2,…,m；
任意开度及水头确定的稳态运行工况的水推力由插值得到。
优选的，水泵水轮机转轮的暂态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的调保计算报告，确定每一个暂态运行工况转速、水头、流量及导叶开度的变化；
确定暂态运行工况持续时间；
选取合适的时间间隔，得到时间序列：T1,T2,…,Tk，其中，k取值为30-40；
获取Ti′时刻下机组的导叶开度Ai′、流量Qi′以及转速Ni′，其中，i′＝1,2,…,k；
每一个(Ti′，Ai′，Qi′，Ni′)确定一个暂态运行工况中Ti′时刻下的水推力；
暂态工况下任意时刻的水推力由插值得到。
优选的，步骤S2中，水力性能采用计算流动动力学的方法获得，通过商业的或自行开发的计算代码求得机组的水力性能，继而获得轴向水推力。
优选的，步骤S3中，电站实际运行过程中时刻监测转轮轴向水推力，若转轮轴向水推力处于合理范围内，则阀门开度保持不变；而若其偏离合理范围，则需进行调整，其中，若转轮轴向水推力大于允许的水推力上限，则减小阀门开度；若转轮轴向水推力小于允许的水推力下限，则增大阀门开度。
优选的，阀门开度调整时，每次增大或减小5％的最大开度，直至水推力恢复到合理范围。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)本发明提出一种在实际运行过程中可以实时调节轴向水推力的方法，通过在均压管上设置阀门等流量调节装置，针对不同工况，将阀门开度调整到预先设定好的数值，(根据实际运行情况调整)从而可以控制不同工况下的轴向水推力；这样，转轮在各工况间转换的过程中，轴向水推力的数值始终被控制在合理的范围内。
附图说明
图1为本发明的水泵水轮机组的结构示意图；
图2为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法，水泵水轮机组包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管及带阀门的均压管，其特征在于，阀门的开度根据工况的不同预先设定，且在实际运行过程中，根据机组监测的水头、流量、出力的变化，判断机组所处的工况，并对阀门开度做相应的调节，调节方法包括以下步骤：
S1)获取水泵水轮机转轮的运行工况信息，拟定各运行工况下阀门开度
S2)进行水力性能分析，获得各工况下转轮的轴向水推力，筛选阀门开度
S3)根据分析结果，确定各工况下阀门开度，在电站运行过程中据此进行调节。
优选的，步骤S1中，拟定阀门开度为：1，0.8，0.6，0.4，0.2，0。
优选的，步骤S1中，水泵水轮机转轮的运行状态信息包括转速、水头、流量和导叶开度。
优选的，步骤S2中，水泵水轮机转轮的运行工况包括稳态运行工况和暂态工况。
优选的，水泵水轮机转轮稳态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的运转曲线获得机组运转特性曲线上的所有导叶开度，从小到大标记为A1,A2,…,An；
对于每一个导叶开度Ai，其中，i＝1,2,…,n，确定机组在该导叶开度下的最大水头Hmax及最小水头Hmin，然后在最小水头Hmin与最大水头Hmax间选取m-2个水头数值，形成一列等差数列：H1,H2,…,Hm,其中，H1＝Hmin,Hm＝Hmax,m取值为20-25；
每一个(Ai,Hj)确定一个稳态运行工况，其中j＝1,2,…,m；
任意开度及水头确定的稳态运行工况的水推力由插值得到。
优选的，水泵水轮机转轮的暂态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的调保计算报告，确定每一个暂态运行工况转速、水头、流量及导叶开度的变化；
确定暂态运行工况持续时间；
选取合适的时间间隔，得到时间序列：T1,T2,…,Tk，其中，k取值为30-40；
获取Ti′时刻下机组的导叶开度Ai′、流量Qi′以及转速Ni′，其中，i′＝1,2,…,k；
每一个(Ti′，Ai′，Qi′，Ni′)确定一个暂态运行工况中Ti′时刻下的水推力；
暂态工况下任意时刻的水推力由插值得到。
优选的，步骤S2中，水力性能采用计算流动动力学的方法获得，通过商业的或自行开发的计算代码求得机组的水力性能，继而获得轴向水推力。
优选的，步骤S3中，电站实际运行过程中时刻监测转轮轴向水推力，若转轮轴向水推力处于合理范围内，则阀门开度保持不变；而若其偏离合理范围，则需进行调整，其中，若转轮轴向水推力大于允许的水推力上限，则减小阀门开度；若转轮轴向水推力小于允许的水推力下限，则增大阀门开度。
优选的，阀门开度调整时，每次增大或减小5％的最大开度，直至水推力恢复到合理范围。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.适用于700m水头段水泵水轮机转轮轴向水推力带阀门均压管的调节方法，实现该调节方法的水泵水轮机组包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管及带阀门的均压管，其特征在于，阀门的开度根据工况的不同预先设定，且在实际运行过程中，根据机组监测的水头、流量、出力的变化，判断机组所处的工况，并对阀门开度做相应的调节，调节方法包括以下步骤：
S1)获取水泵水轮机转轮的运行工况信息，拟定各运行工况下阀门开度
S2)进行水力性能分析，获得各工况下转轮的轴向水推力，筛选阀门开度
S3)根据分析结果，确定各工况下阀门开度，在电站运行过程中据此进行调节。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤S1中，拟定阀门开度为：1，0.8，0.6，0.4，0.2，0。
3.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤S1中，水泵水轮机转轮的运行状态信息包括转速、水头、流量和导叶开度。
4.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤S2中，水泵水轮机转轮的运行工况包括稳态运行工况和暂态工况。
5.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于，水泵水轮机转轮稳态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的运转曲线获得机组运转特性曲线上的所有导叶开度，从小到大标记为A1,A2,…,An；
对于每一个导叶开度Ai，其中，i＝1,2,…,n，确定机组在该导叶开度下的最大水头Hmax及最小水头Hmin，然后在最小水头Hmin与最大水头Hmax之间选取m-2个水头数值，形成一列等差数列：H1,H2,…,Hm,其中，H1＝Hmin,Hm＝Hmax,m取值为20-25；
每一个(Ai,Hj)确定一个稳态运行工况，其中j＝1,2,…,m；
任意开度及水头确定的稳态运行工况的水推力由插值得到。
6.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于，水泵水轮机转轮的暂态运行工况下水推力的获取，包括以下步骤：
根据水泵水轮机厂家提供的调保计算报告，确定每一个暂态运行工况转速、水头、流量及导叶开度的变化；
确定暂态运行工况持续时间；
选取合适的时间间隔，得到时间序列：T1,T2,…,Tk，其中，k取值为30-40；
获取Ti'时刻下机组的导叶开度Ai'、流量Qi'以及转速Ni'，其中，i'＝1,2,…,k；
每一个(Ti'，Ai'，Qi'，Ni')确定一个暂态运行工况中Ti'时刻下的水推力；
暂态工况下任意时刻的水推力由插值得到。
7.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤S2中，水力性能采用计算流动动力学的方法获得，通过商业的或自行开发的计算代码求得机组的水力性能，继而获得轴向水推力。
8.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤S3中，电站实际运行过程中时刻监测转轮轴向水推力，若转轮轴向水推力处于合理范围内，则阀门开度保持不变；而若其偏离合理范围，则需进行调整，其中，若转轮轴向水推力大于允许的水推力上限，则减小阀门开度；若转轮轴向水推力小于允许的水推力下限，则增大阀门开度。
9.根据权利要求8所述的调节方法，其特征在于，阀门开度调整时，每次增大或减小5％的最大开度，直至水推力恢复到合理范围。
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GR01 Patent grant
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