混流式水泵水輪機(jī)全特性曲線的預(yù)測(cè)模型

《混流式水泵水輪機(jī)全特性曲線的預(yù)測(cè)模型》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院第13屆青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文文章編號(hào)：混流式水泵水輪機(jī)全特性曲線的預(yù)測(cè)模型1,2112311黃偉，楊開(kāi)林，郭新蕾，馬吉明，許要武，郭永鑫，李甲振(1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.水利水電工程系清華大學(xué)，北京100084；3.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京100161)摘要：為了解決在抽水蓄能電站初步設(shè)計(jì)階段，缺乏水泵水輪機(jī)全特性曲線或套用相近比轉(zhuǎn)速的全特性曲線誤差較大等問(wèn)題，提出一種水泵水輪機(jī)全特性曲線的預(yù)測(cè)模型。依據(jù)多

2、套不同比轉(zhuǎn)速的混流式水泵水輪機(jī)的實(shí)測(cè)全特性曲線，利用最小二乘法建立了各特征工況點(diǎn)集的單位參數(shù)與比轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉開(kāi)度的顯性函數(shù)關(guān)系，結(jié)合修正的內(nèi)特性解析理論，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需插值即可理論預(yù)測(cè)任意比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)的全特性曲線。基于算例表明，理論預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)繪制的機(jī)組全特性曲線吻合程度較高，且在小開(kāi)度時(shí)也保持了較高的一致性；在已知各特征點(diǎn)單位參數(shù)的情況下，理論預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)的最優(yōu)等開(kāi)度線基本吻合，單位流量最大相對(duì)誤差不超過(guò)6%，單位轉(zhuǎn)矩最大相對(duì)誤差不超過(guò)9%，驗(yàn)證了該理論預(yù)測(cè)機(jī)組全特性曲線的實(shí)用性與準(zhǔn)確性。該預(yù)測(cè)模型

3、可有效提高初步設(shè)計(jì)階段機(jī)組還未選定前水力過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算精度，為抽水蓄能電站的初步設(shè)計(jì)提供重要參考。關(guān)鍵詞：比轉(zhuǎn)速；混流式水泵水輪機(jī)；水力過(guò)渡過(guò)程；全特性曲線；內(nèi)特性中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1研究背景[1-4]抽水蓄能電站具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用及黑啟動(dòng)等功能，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定、提高供電質(zhì)量及優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)等方面的作用無(wú)可替代。因而，受到世界各國(guó)的普遍重視。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的負(fù)[5-6]載變化，往往需要抽水蓄能電站頻繁地轉(zhuǎn)換工況，由此引發(fā)一系列的水力過(guò)渡過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)將給電站的安全與穩(wěn)定帶

4、來(lái)不利影響。故應(yīng)在電站設(shè)計(jì)之初即充分考慮過(guò)渡過(guò)程對(duì)系統(tǒng)安全的影響。水泵水輪機(jī)全特性曲線是進(jìn)行水力過(guò)渡過(guò)程數(shù)值模擬的關(guān)鍵要素，但在電站可行性研究及初步設(shè)計(jì)階段，由于模型試驗(yàn)未開(kāi)展或真機(jī)未選定，往往缺乏相應(yīng)的全特性曲線，而套用比轉(zhuǎn)速相近機(jī)組的全特性曲[7-8]線，誤差較大。因此，如何在機(jī)組選定前較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)全特性曲線成為了重要的研究方向?；炝魇剿盟啓C(jī)由于其適用水頭范圍廣，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的一種水泵水輪機(jī)[9-10]。針對(duì)其[11]全特性曲線的預(yù)測(cè)研究已取得了一些成果。克里夫琴科研究將試驗(yàn)測(cè)量

5、的水輪機(jī)和水泵最優(yōu)工況區(qū)部分特性曲線補(bǔ)畫(huà)成全特性曲線，并統(tǒng)計(jì)分析了最優(yōu)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等開(kāi)度線（以下簡(jiǎn)稱為“最優(yōu)等開(kāi)度線”）[12上特征點(diǎn)參數(shù)間的關(guān)系。格連柯等]研究了混流式可逆機(jī)組水輪機(jī)最優(yōu)工況單位參數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系。[13-14]Martin給出了部分特殊工況下機(jī)組全特性曲線的變換型式及部分特征工況點(diǎn)的相對(duì)參數(shù)與導(dǎo)葉相對(duì)開(kāi)度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。劉潔穎[15]和曾威等[16]分別統(tǒng)計(jì)了不同比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)全特性曲線上特征工況點(diǎn)的[17][18][19]單位參數(shù)，給出了最優(yōu)工況比轉(zhuǎn)速與特征點(diǎn)單位參數(shù)間的擬合

6、關(guān)系。劉光臨、朱滿林和胡曉陽(yáng)研究[20-21]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)預(yù)測(cè)水泵的全特性曲線。紀(jì)興英提出了一種基于CFD的水泵水輪機(jī)“S”形特性區(qū)[22][23]的預(yù)測(cè)方法。Giovanna和LIJ.W.等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了全特性曲線中的“S”形特性區(qū)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。然而，上述研究多針對(duì)全特性曲線上的最優(yōu)工況或部分運(yùn)行區(qū)域下的特征工況點(diǎn)參數(shù)之間的關(guān)系，并不能[24-25]完整預(yù)測(cè)水泵水輪機(jī)的全特性曲線。常近時(shí)從水泵水輪機(jī)的內(nèi)在特性出發(fā)，建立了描述水泵水輪機(jī)全[26]特性曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為預(yù)測(cè)全特性曲線

7、提供了理論基礎(chǔ)。朱艷萍等根據(jù)統(tǒng)計(jì)的綜合特性曲線數(shù)據(jù)，分析內(nèi)特性解析方程中的基本參數(shù)在特性曲線上收稿日期：2016.09.28論文未公開(kāi)發(fā)表過(guò)?；痦?xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0401800）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51109230，51609265）作者簡(jiǎn)介：黃偉（1990-），男，江西高安，博士生，主要從事瞬變流方面研究。E_mail:hwmy0214@163.com[27-28]的規(guī)律。ZengW等將特性曲線分區(qū)進(jìn)行空間變換，通過(guò)三元插值及逆變換實(shí)現(xiàn)構(gòu)造任意比轉(zhuǎn)速機(jī)組的50全特性曲

8、線，但空間變換型式復(fù)雜，對(duì)于某一類(lèi)全特性曲線無(wú)法給出變換后邊界線的構(gòu)造函數(shù)。為此，本文以多套不同比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)的全特性曲線為研究對(duì)象，機(jī)組額定水頭在100m～700m之間，涵蓋高、中、低落差，建立各特征工況點(diǎn)集的單位參數(shù)與比轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉開(kāi)度的顯性函數(shù)關(guān)系，繼而利用修正的內(nèi)特性解析理論，實(shí)現(xiàn)理論預(yù)測(cè)水泵水輪機(jī)的全特性曲線，以模擬分析抽水蓄能電站中的各種水力過(guò)渡過(guò)程，為管道參數(shù)的確定、輸水系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)等提供重要的技術(shù)參考。2數(shù)學(xué)模型根據(jù)動(dòng)量矩定理，可推得水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的力矩MT和