本發(fā)明涉及水力發(fā)電蓄能，尤其涉及一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法。

背景技術：

1、抽水蓄能電站作為成熟可靠的儲能方式，具有調峰、調頻、調相、緊急事故備用、穩(wěn)定電力系統(tǒng)等功能，是水電開發(fā)的重要組成部分。水泵水輪機采用同一個轉輪，實現正轉抽水為水泵工況，反轉發(fā)電為水輪機工況，是抽水蓄能電站中廣泛使用的動力設備。與常規(guī)水泵機組或水輪機機組相比，水泵水輪機工況轉換頻繁，將面臨更為復雜的內部流動特性。

2、發(fā)電工況下，尾水管具有能量回收的作用，使水流穩(wěn)定流出的最后一個過流部件。抽水工況下，尾水管是保證水流順暢進入機組的第一個過流部件。因此，尾水管的內部流動特性對于機組的安全穩(wěn)定性至關重要。水泵水輪機在偏離最佳工況運行時，尾水管內水流的流動變得異常復雜，高速旋渦流經尾水管后，會導致渦流和湍流的產生，漩渦中心位置的壓力很低，可能會發(fā)生空化現象，水流夾帶空化氣泡在離心力的作用下形成尾水管渦帶，并且在周期性的非平衡因素影響下發(fā)生偏心現象，增加了機組內部流動的復雜度和不穩(wěn)定性，尾水管渦帶有時還會撞擊尾水管邊壁，嚴重時造成尾水管管壁的裂縫、錯口、空殼等問題。而且部分負荷工況下的尾水偏心渦引起的壓力脈動。這種壓力脈動可以分解為同步和非同步兩部分，非同步部分是由渦帶的運動引起，會引起強烈的噪音。當同步部分頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時會引起機組共振和結構部件的破壞。

技術實現思路

1、對于尾水管復雜內部流動引起的振動問題，通過在尾水管錐管段布置穩(wěn)流片、阻尼門、導流板等來削減轉輪出口旋轉流動強度，也可以在轉輪泄水錐處進行補氣或者補水減弱尾水管內空化渦帶強度。本發(fā)明的目的是提供一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，利用在尾水管擴散段布置可調的導流隔板，通過導流隔板位置和角度的調整，進行尾水管內部復雜流動的改善，進一步完成漩渦的消除或減弱，同時保證抽水工況下，尾水管作為機組的進口部件時使水流平穩(wěn)進入轉輪的功能，提高水流的流動性能，減少系統(tǒng)能量損失。

2、本發(fā)明提供了如下的技術方案：

3、一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其包括如下步驟：

4、s1:參照水泵水輪機機組資料，尾水管擴散段設置導流隔板，導流隔板位于擴散段中間的位置，比較不同工況下有無導流隔板機組內部流動特性，明確導流隔板漩渦改善的效果；

5、s2:根據不同的工況，依次調整導流隔板的位置和角度，分別進行機組流動特性分析，對應建立機組工況點和導流隔板位置和角度的內在聯系；

6、s3:根據內在聯系的記錄結果，確定最佳的導流隔板位置和角度，以達到在不同工況下均能平衡效率和穩(wěn)定性的設計位置。

7、根據一些實施方式，所述導流隔板兩端的形狀為變半徑尖角，中間為兩端平行自上而下貫穿擴散段的結構；導流隔板的寬度為擴散段的流道寬度的1％。

8、根據一些實施方式，步驟s2包括以下步驟：

9、s21:首先分析導流隔板位于擴散段中心位置時，比較有無導流隔板兩種情況下尾水管的漩渦結構、速度分布和壓力脈動特性，明確導流隔板對水泵水輪機的作用；

10、s22:將導流隔板以尾水管中心線為基準進行平移運動，將導流隔板按照設定的平移量進行調整固定，在每個平移量下，進行機組流動特性分析，建立尾水管漩渦特性和壓力脈動特性與導流隔板平移量的內在聯系，進行漩渦的抑制、破壞和減小的記錄；

11、s23:進行導流隔板的角度調整，將導流隔板按照設定的角度進行調整固定，在每個調整角度下，進行機組流動特性分析，建立尾水管漩渦特性和壓力脈動特性與導流隔板角度的內在聯系，進行漩渦的抑制、破壞和減小的記錄。

12、根據一些實施方式，所述不同工況包括水泵水輪機運行時非設計負荷工況。

13、相比于現有技術，本發(fā)明具備以下有益效果：

14、本發(fā)明提供了一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，無需外部動力輸入的情況下，在尾水管擴散段布置可調的導流隔板，通過調整導流隔板的角度和位置的調整，進行尾水管內部復雜流動的改善，進一步完成漩渦的消除或減弱，同時保證抽水工況下，尾水管作為機組的進口部件時使水流平穩(wěn)進入轉輪的功能，提高水流的流動性能，減少系統(tǒng)能量損失。

15、通過調節(jié)尾水管導流隔板的位置和角度達到復雜漩渦消除或減弱的目的，該方法經濟有效，結構簡單、便于實施、部件易加工和制造、工作過程綠色環(huán)保，適用于各種類型的尾水管結構。

技術特征：

1.一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其特征在于，所述導流隔板兩端的形狀為變半徑尖角，中間為兩端平行自上而下貫穿擴散段的結構；導流隔板的寬度為擴散段的流道寬度的1％。

3.根據權利要求1所述水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其特征在于，步驟s2包括以下步驟：

4.根據權利要求1所述水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其特征在于，所述不同工況包括水泵水輪機運行時非設計負荷工況。

技術總結
本發(fā)明涉及水力發(fā)電蓄能技術領域，其公開了一種水泵水輪機尾水管內部復雜流動的改善方法，其包括如下步驟：S1:參照水泵水輪機機組資料，尾水管擴散段設置導流隔板，導流隔板位于擴散段中間的位置，比較不同工況下有無導流隔板機組內部流動特性；S2:根據不同的工況，依次調整導流隔板的位置和角度，分別進行機組流動特性分析，對應建立機組工況點和導流隔板位置和角度的內在聯系；S3:根據內在聯系的記錄結果，確定最佳的導流隔板位置和角度，以達到在不同工況下均能平衡效率和穩(wěn)定性的設計位置。本發(fā)明通過調節(jié)尾水管導流隔板的位置和角度達到復雜漩渦消除或減弱的目的，該方法經濟有效，結構簡單、便于實施、部件易加工和制造、工作過程綠色環(huán)保。

技術研發(fā)人員：王薇,張惠,徐小蓉,郭苗,張丹,申艷
受保護的技術使用者：華北電力大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19