[发明专利]拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机

说明书

本发明提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机，能够有效改善水泵水轮机的驼峰区的运行稳定性。本发明所提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，其特征在于：将活动导叶的前缘设置成沿着展向方向延伸的波状前缘。本发明所提供的水泵水轮机，其特征在于：具有沿着展向方向延伸的波状前缘的活动导叶。相对于传统水泵水轮机的导叶设计，本发明提出的改进水泵水轮机水泵工况运行稳定性的设计思想，能够使水泵水轮机水泵工况驼峰区向小流量方向移动，并且改善驼峰区时导叶的内部流场，从而有效拓宽水泵水轮机的稳定运行区。

技术领域

本发明涉及一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机。

技术背景

在我国不断优化能源结构的过程中，抽水蓄能技术日益成熟，已经成为大规模存储电力的最高效的方式之一。抽水蓄能电站具有削峰调谷的功能，灵活的调节能力有利于电网的稳定运行，能够实现电网的节能减排，提高电力系统的经济效益，促进对水资源的节约利用和环境保护。但抽水蓄能电站的核心设备——水泵水轮机在水泵工况运行时存在很窄的不稳定驼峰区，在该区运行将产生强烈的压力脉动，同时使得噪声增大，甚至爆音，导致机组效率下降，甚至引发机组外结构破坏等问题，严重影响机组安全稳定运行。

由于水泵水轮机驼峰区形成机理较为复杂，属于世界性难题。对于如何改善驼峰区不稳定性的研究尚不足，改善驼峰区的具体实施方案更是寥寥无几。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机，能够有效改善水泵水轮机的驼峰区的运行稳定性。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<方法>

本发明提供一种拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，其特征在于：将活动导叶的前缘设置成沿着展向方向延伸的波状前缘。

进一步，本发明提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，还可以具有以下特征：

设置成波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：

设流向为X轴方向，活动导叶的展向方向为Z轴方向，坐标原点为原型活动导叶前缘外边的中点，x为原型活动导叶在X轴上的坐标值，x₁为变换后的活动导叶在X轴上的坐标值，z为活动导叶前缘在Z轴方向的坐标，则x₁满足如下公式：

式中，c为活动导叶的弦长；x_LE为活动导叶在Z轴方向上不同截面对应的波状前缘波动幅度在X轴上的坐标值：

式中，s为活动导叶在Z轴方向上的长度；n为活动导叶的波状前缘在Z轴方向上的余弦波的个数，n＝s/λ；A为波幅，

原型活动导叶的横截面为矩形。

优选地，本发明提供的拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法，还可以具有以下特征：活动导叶波状前缘的波幅A＝0.01～0.12c，波长λ＝1/12～1/4s，c为活动导叶的弦长，s为活动导叶在展向方向上的长度。

<水泵水轮机>

本发明提供一种水泵水轮机，其特征在于：具有沿着展向方向延伸的波状前缘的活动导叶。

进一步，本发明提供的水泵水轮机，还可以具有以下特征：

具有波状前缘的活动导叶是由原型活动导叶变换而来：