原型可逆式水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性的试验研究及分析

摘要

可逆式水泵水轮机集合了水泵与水轮机两种功能，并广泛应用于抽水蓄能电站。由于水泵水轮机启停迅速和工况变换灵活等优点使得抽水蓄能电站能快速反应与追踪电网负荷变化，并对其进行高效率的削峰填谷，进而维持电力系统稳定运行。近些年随着大容量、高水头水泵水轮机的出现，机组启停事故、厂房振动、并网困难、噪声、叶片纹裂等一系列问题频发。根据文献调研发现在诸多问题起因中，压力脉动是主要原因之一。因此有必要对可逆式机组过流通道内的压力脉动的传播机制和幅频特性进行深入的分析研究，为水泵水轮机的安全运行和水力设计提供可靠参考。
　　为了研究国内某抽水蓄能电站水泵水轮机组的水力特性和厂房的振动规律，对该电站原型机组在水轮机工况下进行了两次变负荷试验。其中，第一次试验平均毛水头为326.01m，第二次试验平均毛水头为316.23m。试验过程中在过流通道内的蜗壳进口（1个）、顶盖（2个）和无叶区（2个）三个位置安置了四个压力脉动测点，并用压力传感器搜集了机组运行过程中产生的压力脉动信号。本文以压力脉动信号分析为主，内容如下。
　　首先，对第一次试验中的压力信号进行时域分析，着重对比了不同测点位置压力脉动的强弱及其随负荷的变化情况。分析结果如下:无叶区测点处的压力脉动幅值最大，压力信号沿着流道向上游传播，并且延伸距离越远，幅值越小;随着机组负荷的提升，各个测点的压力脉动幅值呈现先减小后增大的趋势，且无量纲负荷为0.8时达到最小值，此时流态相对最好，运行最为安全稳定。
　　第二，对第一次试验中的压力信号利用进行FFT变换，并分析压力脉动的频域特性。分析结果如下:压力脉动信号中9倍叶轮转频和18倍叶轮转频成分占主导，且均产生于无叶区，同时这两个特征频率下的压力脉动是造成厂房振动的主要原因;随着负荷的提升，以上两中成分的压力脉动呈现出不同的变化规律，9倍叶轮转频下的压力脉动幅值随着负荷的提升逐渐减小，而18倍叶轮转频下的压力脉动幅值随着负荷的提升先减小后增大。
　　第三，对第二次试验中的压力脉动信号进行如上幅频特性分析，并与第一次试验数据进行对比，探讨压力脉动与机组运行水头的关系。分析结果如下:在高水头工况下，蜗壳进口和顶盖区域的压力脉动幅值相对较小，内部流动相对较稳定;在低水头工况下，无叶区2个测点处的压力脉动幅值相对较小，内部流动相对较稳定;值得注意的是，压力信号的频率不会因为水头的变动而产生变化。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义及背景

1．2 压力脉动研究方法

1．3 压力脉动研究进展

1．4 原型机组试验研究实例

1．5 论文的主要工作

第2章 原型可逆式水泵水轮机试验概述

2．1 机组参数

2．1．2 试验内容和工况

2．1．3 检测仪器

2．1．4 测点分布

2．2 快速傅里叶变换分析

2．3 压力脉动混频双峰峰值分析

2．4 无量纲参数汇总

第3章 不同负荷下水泵水轮机压力脉动特性分析

3．1 混频双峰峰值

3．2 压力脉动传播特性

3．3 压力脉动分频特性

3．4 本章小结

第4章 水头对压力脉动的影响分析

4．1 水头对压力脉动混频双峰峰值的影响

4．2 水头对压力脉动幅频特性的影响

4．3 水头的变化对分频压力脉动的影响

4．4 本章小结

5．1 研究成果

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢