專利名稱：低水頭發(fā)電機(jī)s形特征的湍流模型構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抽水蓄能機(jī)組的水力設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種低水頭發(fā)電機(jī)“S”形特征的湍流模型構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
抽水蓄能機(jī)組發(fā)展至今經(jīng)歷了近140年，其在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮出的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全作用逐漸被人們認(rèn)識(shí)，主要包括調(diào)峰填谷、調(diào)頻和快速跟蹤負(fù)荷、事故備用、調(diào)相以及黑啟動(dòng)。隨著國(guó)家“十二五”能源規(guī)劃的出臺(tái)，水電、核電、風(fēng)電等可再生能源再次步入 高速發(fā)展的黃金時(shí)期。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)投運(yùn)抽水蓄能電站5300萬千瓦左右，今后十年我國(guó)抽水蓄能電站新建裝機(jī)規(guī)模將達(dá)3000萬千瓦左右,建設(shè)前景十分廣闊,建設(shè)任務(wù)十分艱巨。眾多文獻(xiàn)顯示，目前國(guó)際上抽水蓄能機(jī)組的水力設(shè)計(jì)仍存在三大難題①水輪機(jī)模式下的“S”形特性或不穩(wěn)定“S”區(qū)水泵模式下的駝峰區(qū)；③兩種模式下的無葉區(qū)動(dòng)靜干涉(壓力脈動(dòng))。其中，水輪機(jī)模式下的“S”形特性除導(dǎo)致機(jī)組不能成功并網(wǎng)外，還影響機(jī)組的調(diào)相和緊急停機(jī)等操作，對(duì)機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。對(duì)于原型機(jī)組，這種特性的表現(xiàn)形式一般為機(jī)組空載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)超出并網(wǎng)要求，機(jī)組部件振動(dòng)和大軸擺度加劇。我國(guó)的某抽水蓄能電站為600m水頭段的高水頭電站，在I號(hào)機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)試過程中，由于機(jī)組在空載并網(wǎng)過程中進(jìn)入反水泵區(qū)，出現(xiàn)了低水頭空載運(yùn)行不穩(wěn)定、無法成功并網(wǎng)的現(xiàn)象，引起了國(guó)內(nèi)專家的廣泛關(guān)注和熱烈討論。近年來，這種現(xiàn)象在我國(guó)已建成投產(chǎn)的抽水蓄能電站中也已顯現(xiàn)出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供了一種新的低水頭發(fā)電機(jī)“S”形特征的湍流模型構(gòu)建方法。技術(shù)方案一種低水頭發(fā)電機(jī)“S”形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)對(duì)一臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；
(2)對(duì)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行的流體進(jìn)行三維CFD計(jì)算，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定形成的機(jī)理進(jìn)行分析；
(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和流態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定進(jìn)行綜合分析，提出解決抽水蓄能電站此問題的建議方案。步驟(2)中，同時(shí)對(duì)加裝導(dǎo)葉不同步預(yù)開裝置(MGV)后的水流流態(tài)進(jìn)行三維分析。步驟(I)包括以下測(cè)試
a、擺度測(cè)量，采用電渦流傳感器它是一種位移傳感器，依靠探頭線圈產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)在被測(cè)表面感應(yīng)出電渦流和由此引起的線圈阻抗的變化來反映探頭與被測(cè)表面之間的距離。與其他類型的位移傳感器相比，電渦流傳感器具有非接觸測(cè)量、靈敏度高、線性范圍大、頻率范圍寬、結(jié)構(gòu)尺寸小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適合于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)、軸向位移監(jiān)測(cè)以及軸心軌跡監(jiān)測(cè)等。b、設(shè)置鍵相傳感器由于量程較大,鍵相傳感器屬于非標(biāo)產(chǎn)品，需要定制。C、振動(dòng)測(cè)量，采用速度傳感器在對(duì)機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)測(cè)試中，速度傳感器應(yīng)用十分廣泛，它主要用于測(cè)量殼體的振動(dòng)。常用的速度傳感器為具有彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的磁電式傳感器，它測(cè)量的是部件相對(duì)于地面的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此又稱為慣性式傳感器。d、壓力脈動(dòng)傳感器壓力測(cè)量是利用某些材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。從理論上講，同一只傳感器其輸出的平均值為壓力，交流值為脈動(dòng)。但從分析診斷的角度而 言，用于測(cè)量壓力和脈動(dòng)的傳感器是不一樣的。壓力脈動(dòng)傳感器要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不大于lms，能夠分析200Hz以上的脈動(dòng)頻率。此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量壓力脈動(dòng)采用的是AK-4型壓力脈動(dòng)傳感器。
有益效果本發(fā)明通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與CFD計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)蓄能機(jī)組水輪機(jī)低水頭空載運(yùn)行穩(wěn)定性展開研究，具有重要的工程意義和應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本電站樞紐由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面500kV開關(guān)站組成。輸水系統(tǒng)中引水隧洞按兩洞四機(jī)布置,兩條輸水道的中心間距為41. 35m,洞徑
6.5m，鋼筋混凝土岔管將主管分為二條支管，支管直徑3. 5m-2. 3m，分岔后4條高壓鋼支管長(zhǎng)約 98. 79m-121. 37m。尾水系統(tǒng)按兩機(jī)合一洞布置，機(jī)組中心線下游145. 757m處布置2個(gè)鋼筋混凝土岔管，將4條尾水支管匯合成2條尾水隧洞，尾水支管內(nèi)徑4. 4m，尾水隧洞內(nèi)徑8. 2m。低水頭發(fā)電機(jī)“S”形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟
(I)對(duì)一臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。a、擺度測(cè)量，采用電渦流傳感器它是一種位移傳感器，依靠探頭線圈產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)在被測(cè)表面感應(yīng)出電渦流和由此引起的線圈阻抗的變化來反映探頭與被測(cè)表面之間的距離。與其他類型的位移傳感器相比，電渦流傳感器具有非接觸測(cè)量、靈敏度高、線性范圍大、頻率范圍寬、結(jié)構(gòu)尺寸小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適合于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)、軸向位移監(jiān)測(cè)以及軸心軌跡監(jiān)測(cè)等。b、設(shè)置鍵相傳感器由于量程較大,鍵相傳感器屬于非標(biāo)產(chǎn)品，需要定制。C、振動(dòng)測(cè)量，采用速度傳感器在對(duì)機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)測(cè)試中，速度傳感器應(yīng)用十分廣泛，它主要用于測(cè)量殼體的振動(dòng)。常用的速度傳感器為具有彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的磁電式傳感器，它測(cè)量的是部件相對(duì)于地面的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此又稱為慣性式傳感器。d、壓力脈動(dòng)傳感器壓力測(cè)量是利用某些材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。從理論上講，同一只傳感器其輸出的平均值為壓力，交流值為脈動(dòng)。但從分析診斷的角度而言，用于測(cè)量壓力和脈動(dòng)的傳感器是不一樣的。壓力脈動(dòng)傳感器要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不大于lms，能夠分析200Hz以上的脈動(dòng)頻率。此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量壓力脈動(dòng)采用的是中國(guó)航天科工集團(tuán)公司生產(chǎn)的AK-4型壓力脈動(dòng)傳感器，(2)對(duì)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行的流體進(jìn)行三維CFD計(jì)算，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定形成的機(jī)理進(jìn)行分析；同時(shí)對(duì)加裝導(dǎo)葉不同步預(yù)開裝置(MGV)后的水流流態(tài)進(jìn)行三維分析。湍流是隨時(shí)間和空間呈現(xiàn)出的不規(guī)則脈動(dòng)，是由許多大小不同的渦旋組成的。那些大渦旋對(duì)于平均流動(dòng)有比較明顯的影響，而那些小渦旋通過非線性作用對(duì)大尺度運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，大量的質(zhì)量、動(dòng)量、熱量以及能量交換是通過大渦實(shí)現(xiàn)的，小渦的作用表現(xiàn)為耗散。湍流的運(yùn)動(dòng)特性可用連續(xù)性方程和動(dòng)量方程來描述，通過對(duì)它們進(jìn)行聯(lián)立求解，可計(jì)算出各處的流動(dòng)速度和壓力信息。 (3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和流態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定進(jìn)行綜合分析，提出解決抽水蓄能電站此問題的建議方案。
權(quán)利要求
1.一種低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對(duì)一臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試； (2)對(duì)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行的流體進(jìn)行三維CFD計(jì)算，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定形成的機(jī)理進(jìn)行分析； (3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和流態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定進(jìn)行綜合分析，提出解決抽水蓄能電站此問題的建議方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(2)中，同時(shí)對(duì)加裝導(dǎo)葉不同步預(yù)開裝置后的水流流態(tài)進(jìn)行三維分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(I)包括以下測(cè)試a、擺度測(cè)量，采用電渦流傳感器；b、設(shè)置鍵相傳感器；c、振動(dòng)測(cè)量，采用速度傳感器，它主要用于測(cè)量殼體的振動(dòng)；d、壓力脈動(dòng)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，a中所述電渦流傳感器是位移傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，c中所述的速度傳感器為具有彈簧_質(zhì)量系統(tǒng)的磁電式傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，其特征在于，d中所述壓力傳感器為AK-4型壓力脈動(dòng)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低水頭發(fā)電機(jī)S形特征的湍流模型構(gòu)建方法，首先對(duì)一臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，然后對(duì)低水頭發(fā)電空載運(yùn)行的流體進(jìn)行三維CFD計(jì)算，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定形成的機(jī)理進(jìn)行分析；最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和流態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)此工況運(yùn)行不穩(wěn)定進(jìn)行綜合分析，提出解決抽水蓄能電站此問題的建議方案。本發(fā)明通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與CFD計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)蓄能機(jī)組水輪機(jī)低水頭空載運(yùn)行穩(wěn)定性展開研究，具有重要的工程意義和應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01M15/05GK102967468SQ201210459749
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者胡清娟, 楊志鋒, 李金偉, 劉鵬龍 申請(qǐng)人:河南國(guó)網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司