抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析
谈电站中水泵水轮机安装技术分析处理
修 配凑 合节前 ， 将球 阀基础螺栓 松开 ， 利用 下游延伸 段与 球阀的预留伸缩间隙 ， 将球阀 向下游平移 ５ ８ ～ ｍｍ， 安装上游延 伸段 并与球 阀的法兰螺栓 把合后 ， 位安装凑合节 ， 定 回退 球阀 施焊凑合 节环缝。上游延 伸段管节 材质 ￥ ５ Ｑ，凑 合节材质 ５０
土不密实 ， 曾造 成 座 环 整体 下 沉 ， 经 调 整 后 ， 承 环 下 部 用 微 后 支 膨 胀 水泥 填 实 ， 重新 紧 固地 脚 螺栓 。蜗 壳 水压 试 验 ， 验 过 程 并 试 中检测座环 和蜗壳在内水压力作用下 的径 向和轴 向变位 ， 检查 母材和 焊缝 的质量 ，试验 水温不超过 ２ ℃ ，试验最 大压力值 Ｏ ５８ ＭＰ ， 压 ３ ｍ ＿Ｉ 后 降 至 ３９ Ｐ ， 压 ３ ｍｉ， 后 降 ．５ ａ 保 Ｏ ｎ然 ．Ｍ ａ 保 ０ ｎ最 至 １ ５ Ｐ ， 体 保压浇注蜗 壳混凝 土 ， 凝土 强度达 到 ２ ｄ ． Ｍ ａ整 ９ 混 ８ 强度 后 紧 固地 脚 螺 栓 剩 余 １３合 力 。 ／
一
度 ２８ ６ ， 端 与 蜗 壳 进 口法 兰 螺 栓 把 合 ， 一 端 为 自由 端 在 ．１ ｍ 一 另 球 阀压 兰 内 伸 缩 ： 阀 上 游 设 上 延 伸 段 ， 径 巾３１ ｍ， 度 球 直 ．５ 长 ２３ ６ 一端与球 阀法兰螺栓把合 ， ．１ ｍ， 另一端与钢管凑合节焊接 ， 该缝为温度缝 ， 焊接该缝时注意监测下 游延伸段 与球阀的轴 向 间 隙 及 与压 兰 的径 向 间 隙 。
１ 简 介
某 抽水蓄能 电站装机 ４台 ２ ０ ５ ＭＷ 混 流 可 逆 式 水 泵 水 轮 机 ，立 式 ，额 定 水 头 ／ 程 ２ ０ （ 电 ／ 水 ） 扬 ５ｍ 发 抽 ，额 定 流 量 １ ９１ ６ ／（ 电 ／ 水 ）额 定 出 力 ／ 率 ２ ５ ２ ／Ｏ ｍ３ 发 ｓ 抽 ， 功 ２ ＭＷ （ 电 ／ 发 抽 水） ，额 定 转 速 ３ Ｏ ｍｉ， 飞 逸 转 速 ４ Ｏ ｍｉ，吸 出 高 度 Ｏ ｍ／ ｎ ６ ｍ／ ｎ ６ ｍ ， 向水 推 力 不 超 过 ５ ０ ，２个 单 导 叶 接 力 器 ， 机 调 速 ４ 轴 ７ ｔ２ 微
水泵水轮机在抽水蓄能电站应用中的水力设计与机械设计分析
水泵水轮机在抽水蓄能电站应用中的水力设计与机械设计分析摘要：在抽水蓄能电站当中，水泵水轮机是其机组设备的重要组成部分，其在我国抽水蓄能电站当中的应用非常广泛，针对其中的水力设计以及机械设计的相关技术特点进行分析，能够使设备系统的概念化程度以及集成化程度得到很大的提升，对系统现场调试能力的提高也具有积极的作用，因此，本文就抽水蓄能泵站当中应用的水泵水轮机进行讨论，对其应用过程中的水力设计以及机械设计进行具体分析，希望能够为水泵水轮机的优化设计提供参考，以此来推动抽水蓄能电站的发展。
关键词：水泵水轮机；抽水蓄能电站；水力设计；机械设计对于抽水蓄能电站而言，其水泵水轮机的具体设计涉及很多参数内容，具体包括水头、流量、转速、功率、吸出高度以及旋转方向等等，而从机组运行工况角度来看，则可以将其分为发电运行、调相运行以及抽水运行，其中，抽水工况在启动方面一般是以变频启动为主。
从水力设计以及机械设计的角度对水泵水轮机的应用进行具体分析，能够使机组参数得到进一步的优化，对抽水蓄能电站的发展具有一定的推动作用，因此，针对相关内容加强研究是很有必要的。
一、水力设计分析1.转轮数值计算在针对转轮数值展开计算分析的过程中，通常要对水泵以及水轮机工况进行综合的考虑，要确保两者能够在工况合理的情况下进行有效协调，使其性能能够得到充分的发挥。
而转轮数值方面的计算分析以及相关设计步骤具体如下：第一，确定水泵水轮机组运行的主要参数，准确界定水泵及水轮机的相关运行工况，然后对两者的工况参数展开分析和计算，选出能够确保两种功能充分发挥的转轮程度，并对相关参数进行具体设计；第二，通常情况下，会将泵运行工况作为出发点对转轮参数进行设计，将泵运行工况参数作为水力设计的重要基础，在完成设计以后的核准工作需要以水轮机运行过程中的工况参数为基准，并根据工况运行的实际情况，运用CFD分析结果在一定范围内对该设计进行适当的调整；第三，在明确所有参数以后，应用专用设计软件进行转轮设计，如叶片翼型设计以及转轮轴面部分的流线设计等等；第四，应用CFX-Turbogrid针对叶片进行单周期结构化网格划分，并使用CFX-TASCflow完成处理计算，从而得出相关参数，如功率、扬程、力矩以及效率等等。
抽水蓄能电站输水系统设计
抽水蓄能电站输水系统设计抽水蓄能电站（Pumped Storage Hydropower Plant，PSH）是一种能量存储和调度的重要手段，其输水系统设计对于整个电站的运行效率和稳定性至关重要。
本文将从输水系统的设计理念、主要组成部分、设计要点和未来发展等方面进行详细介绍。
一、设计理念抽水蓄能电站的输水系统设计一般遵循以下几个理念：1. 高效能量转换：输水系统的设计旨在实现水的高效能量转换，通过将水从下池抽升至上池，并在需要时释放水流，实现电能和水能之间的高效转换。
2. 稳定性和可靠性：输水系统的设计需具备良好的稳定性和可靠性，确保在各种工况下均能安全稳定地运行，实现电站的持续发电和运行。
3. 灵活性和调度性：输水系统应具有一定的灵活性和调度性，能够根据电网负荷和市场需求进行快速的调度和响应，保障电站的经济效益和运行灵活性。
二、主要组成部分抽水蓄能电站输水系统主要由水库、上池、下池、水泵、水轮机、输水管道和控制系统等组成。
1. 水库：水库是输水系统的水源，通常选择海拔高、水量丰富的山区水库作为上下池，用于存储和供给输水系统所需的水量。
2. 上池和下池：上池和下池是输水系统的储水区域，上池用于存储抽升水，下池用于存储释放水，通过两者之间的高度差实现水能的储存和释放。
3. 水泵和水轮机：水泵和水轮机是输水系统的能量转换装置，水泵负责将水从下池抽升至上池，水轮机负责将上池的水流通过发电机转化为电能。
4. 输水管道：输水管道连接上下池、水泵和水轮机，是输送水流的主要通道，其设计和布置对水的输送效率和能量转换效率起着至关重要的作用。
5. 控制系统：控制系统是输水系统的大脑，负责监测和控制水流、水位、水压等参数，实现对输水系统的自动化、集中化控制和调度。
以上组成部分共同构成了抽水蓄能电站输水系统，其设计和运行对于电站的效率和稳定性具有至关重要的作用。
三、设计要点1. 输水系统的计算和优化：根据电站的装机容量、市场需求等因素，对输水系统进行合理的水能储存和释放计算，实现电站的最佳经济效益和运行方式。
抽水蓄能电站设计和建设研究
抽水蓄能电站设计和建设研究一、引言抽水蓄能电站是一种新能源电站，能够有效地利用水力能源，提高电能利用率，为电力系统提供可靠的调峰能力。
近年来，随着国内新能源发展的迅速推进，抽水蓄能电站建设也正在逐步加速。
本文旨在对抽水蓄能电站的设计和建设进行研究，以期为抽水蓄能电站构建提供参考。
二、抽水蓄能电站的概述抽水蓄能电站（Pumped Storage Power Station）是指通过水泵把低位水库水抽入高位水库，高峰负荷时再通过水轮发电机将水贮存在高位水库内，形成一种水力蓄电池的装置。
因此，抽水蓄能电站具有储能高、调节能力强、响应速度快、稳定性好等特点，是一种系统调度和规划的重要手段。
三、抽水蓄能电站的设计原理抽水蓄能电站的设计原理是基于水力发电技术，其基本原理是借助重力要素和水力能转化的特点，用水泵将低位水库的水提升至高位水库，形成储水能，然后在高峰负荷时通过水轮发电机将水再放回低位水库，释放储水能，完成发电过程。
因此，抽水蓄能电站设计可以分为以下几个方面：1.水电厂的总体布置水电站通常由坝体结构、进水口、引水机组、水尾、发电机组、变压器和电力系统组成，这些部分需要完整的系统调节。
2.水轮机组的设计水轮机是转化水能为机械能的关键设备，它需要保证在满足系统调节要求的前提下，运行效率高、性能稳定。
3.水泵机组的设计水泵机组是将低位水库的水提升至高位水库的设施，需要在满足运行效率和性能稳定的前提下，兼顾经济性。
4.电机和变压器的设计电机和变压器是将机械能转化为电能的关键设备，在满足需求功能的基础上，需要兼顾经济性和环保性。
五、抽水蓄能电站的建设抽水蓄能电站的建设分为几个阶段，如前期储备、工程设计、建设和运行管理等。
在建设阶段，需要特别注意以下几个方面：1.水电站的选址和选型水电站的选址和选型需要充分考虑地质、水文、环保等条件，尽可能兼顾经济性和社会环境。
2.建设管理和监督建设管理和监督需要严格按照国家法律和规定，保证工程建设过程的合规性和工程质量。
抽水蓄能电站水泵水轮机组选型思考
抽水蓄能电站水泵水轮机组选型思考发表时间：2019-11-29T09:45:42.000Z 来源：《防护工程》2019年15期作者：王娟娟[导读] 抽水蓄能电站机组具有启动灵活、调节速度快的优势，是技术成熟、运行可靠且较为经济的调峰电源与储能电源。
江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司江苏 213334摘要：水泵水轮机组选型对抽水蓄能电站而言发挥着极为重要的作用。
水泵水轮机兼具水轮机和水泵两个功能，但是其属性还是受水轮机比转速和水泵比转数的影响。
前期选型方案的制定，设计院的经验很重要，业主方从整体工程的角度考虑对机组参数方案的制定进行决策。
关键词：抽水蓄能电站；水泵；水轮机组选型引言抽水蓄能电站机组具有启动灵活、调节速度快的优势，是技术成熟、运行可靠且较为经济的调峰电源与储能电源，在系统中主要承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用任务。
在特高压电网与新能源快速发展的新时期，抽水蓄能电站也被赋予了更重要的任务，是电力系统重要调节工具，可以为特高压电网大范围优化配置资源、促进清洁能源消纳提供有力支撑。
同时，特高压电网发展也为抽水蓄能电站功能发挥提供了更优质平台、更丰富渠道和更广阔空间。
“十三五”期间，抽水蓄能产业建设发展规模日益加快。
作为抽水蓄能电站的机组，可逆式水泵水轮机的稳定运行越来越受到重视。
1储能技术概述储能技术已经成为电力系统运行环节中的重要组成部分，在其中起着重要的作用。
它可以消除可再生能源的随机性和间歇性，提高电力系统的稳定性；可以替代部分火电机组的工作，达到系统节能减排的目的；可以更好地实现需求侧管理，减少昼夜之间的峰谷差异，提高电能的转换效率，节约电力系统传输的成本消耗，加强系统抵御风险的能力。
储能技术的研究发展给电力行业带来了积极的影响。
按照电能存储形式的区别，可以将其划分为物理储能、生物储能等，将储能的种类进行综合比较分析，发现抽水储能电站的方式是最具性价比的，它的运行方式灵活，在目前的电力系统中应用广泛，为电力系统的稳定运行提供了可靠地保证，越来越受到各国重视。
抽水蓄能电站发电电动机的特点及选型设计分析
抽水蓄能电站发电电动机的特点及选型设计分析摘要：本文已抽水蓄能电站发电电动机相关内容概述，抽水蓄能电站发电电动机的主要特点，推力轴承解析以及抽水蓄能电站发电电动机选型设计参数分析。
关键词：抽水蓄能；电站发电电动机；特点；选型设计引言随着近年来我国经济的快速发展，各行各业对于电力的需求也日益增加。
基于我国水力资源的分布以及相应气候、地理条件的特点，抽水蓄能电站因其运行方式灵活多样、工况环境转换多、响应速度快等特定而得到较快的发展，其对于确保我国工业和居民的用电需求起到了重要的保障作用。
而发电电动机的正确选型设计对于确保抽水蓄能电站的正常运行也起到了十分关键的作用。
1抽水蓄能电站发电电动机相关内容概述（1）抽水蓄能电站的工作原理是指其利用电力负荷低谷时的电能将水抽至上水库，而在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的方式。
其提高了电网的综合利用效率，同时对于电网系统的稳压和周波起到了重要的作用，是一种新型的电站运行模式。
抽水蓄能电站是目前电力系统中经济效益最高、使用寿命周期最长、装机容量大、运行稳定可靠的储能装置。
它对于我国智能电网的发展水平也起到了关键的支撑作用。
（2）抽水蓄能电站类型多样，目前已由以往侧重于用电负荷中心的初级阶段发展到综合能源基地、送出和落地端多方协同发展的新局面。
常见的抽水蓄能电站按照有无天然径流可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站；按照水库调节性能可分为季、周、日调节抽水蓄能电站。
（3）作为抽水蓄能电站中的核心设备之一，发电电动机起到了关键性的作用，其既可当作发电机使用，又能当作电动机使用。
常见的发电电动机按照其主轴位置可分为立式和卧式两种。
（4）发电电动机的选型设计主要考虑三个方面的因素：其一，电力系统条件。
主要评估参数有电抗、启动功率、电压降、稳定性、工况转换次数、符合频率控制等；其二，电机设计要求。
主要评估参数有电压等级、绝缘等级、允许温升、设计尺寸限制等；其三，水力机械条件。
镇安抽水蓄能电站水泵水轮机主要参数选择及关键技术研究
镇安抽⽔蓄能电站⽔泵⽔轮机主要参数选择及关键技术研究赵妍(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)要：镇安抽⽔蓄能电站总装机1 400 MW，具备⽇调节性能，电站建成后将主要承担陕西省电⽹的调峰、填⾕、紧急事故备⽤和调频、调相、⿊摘要：启动任务。
⽂章对该电站可⾏性研究阶段⽔泵⽔轮机主要参数的优化选择及关键技术进⾏研究，为下阶段⼯作奠定了坚实基础。
关键词：镇安抽⽔蓄能电;⽔泵⽔轮机;参数选择;调节保证;泥沙；拆卸关键词1 电站技术参数镇安抽⽔蓄能电站位于陕西省商洛市镇安县⽉河乡东阳村。
地处西北电⽹负荷中⼼区域附近。
电站总装机1 400 MW，具备⽇调节性能，电站建成后将主要承担陕西省电⽹的调峰、填⾕、紧急事故备⽤和调频、调相、⿊启动任务[1-3]。
电站主要布置有上、下⽔库、上游阻抗式调压井、地下⼚房等建筑物。
引⽔系统、尾⽔系统均为1洞2机布置，共设置2条引⽔主洞、4条引⽔⽀管和4条尾⽔⽀管、2条尾⽔隧洞。
(1) ⽔位上库正常蓄⽔位： 1 392.00 m上库死⽔位： 1 367.00 m下库正常蓄⽔位： 945.00 m下库死⽔位： 910.00 m(2) ⽔头最⼤⽑⽔头： 482.0 m平均⽑⽔头： 452.0 m最⼩⽑⽔头： 422.0 m加权平均净⽔头: 440.0 m本电站⽑⽔头为422.0～482.0 m，根据规范及对国内外抽⽔蓄能电站的统计分析，本电站选择单级混流式⽔泵⽔轮机[4-5]。
通过单机容量与机组台数⽐较，确定本电站装设4台350 MW机组，额定⽔头为440.0 m。
2 ⽔泵⽔轮机主要参数选择2.1 ⽐转速和⽐速系数的选择(1) 国内外与镇安抽⽔蓄能电站⽔头相近的电站参数统计根据对世界上与镇安抽⽔蓄能电站⽔头相近且已投⼊运⾏的抽⽔蓄能电站的统计分析，20世纪90年代⽔泵⼯况下的⽐转速nsp值约在33～37 m·m3/s，相应⽐速系数Kp值达3 400～3 850之间。
白山抽水蓄能电站水泵水轮机设计
研 Ｒ ｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈ ｙｄｗｐｏｗ￣ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ ３９ Ｎ ｏ．６
维普资讯
戴 然∥白山抽水蓄能 电站水泵水轮机设计
３．２ 埋入 部分 的设计 ３．２．１ 尾 水 管（锥 管 、肘 管和 中墩护 头 ）的设计
机组正 常尾 水 背 压 ２５ ｍ，极 端 情 况 背压 ４５ ｍ， 尾水 管 内可能 出 现 的最 高压 力 为 ６０ ｍ，最 低 压力 为 一 ５ ｍ，对水泵 水 轮机 来 讲 ，白山 机组 的尾 水 管受 力 情况是比较好 的。 白山蓄 能机组 尾水 管设计 有 ３个 特 点 ：（１）尾水 锥管采 用 了全 不 锈 钢材 料 ，以提 高抗 气 蚀 和磨 损能 力 ；（２）尾 水 管 安 装 完 毕 后 除 尾 水 廊 道 处 ，其余 部分 均埋 在混 凝 土 中 ；（３）尾 水管 按 压力 容 器 标准 设计 。考虑 管路 系统 的复 杂性 及尾水 管 的压力 脉动 幅值较 高 ，为防止 管路 接 口可能 的爆 裂 ，管 路 系 统 的开 孑Ｌ补 强按 ＧＢ１５０压 力 容器 标 准进 行 设计 计 算 。 水泵 水 轮机 剖面 图略 。 ３．２．２ 蜗 壳和座 环 的设 计
Ｓｒｉｓａｉｌａｍ 转 轮 的 基 础 上 进 行 了反 复 的 ＣＦＤ优 化 分 析 ， 白山 蓄 能 电 站 模 型 转 轮 的 开 发 试 验 在 哈 电 的 高水 头试 验 台 上 完 成 ，并 在 该 试 验 台 上 进 行 了最 终 验 收 试 验 。
白山 蓄能 机 组 原 型 转 轮 的 设 计 是 日立 公 司 完 成 的 ，由哈 电根据 机组 总体 结构 设计 的要求 会签 。该 转 轮 的设 计制 造有 三点 值得 关 注 ：（１）转轮 上 冠 、下 环 和 叶片 全部 采 用 ＶＯＤ 精 炼 铸 造 ；（２）转 轮 止 漏 环 间 隙单边 ３ ｍｍ，较 常 规 机 组 略 大 ，减小 了机 组 振 动 的 可 能性 ；（３）因转轮 叶 片 尺寸 长 曲率变 化 大 ，无 法铸 造 ，在制 造 时将 叶片分 为两 半 。
水轮机结构及其设计方法浅析
１水轮机的应用 水 轮机在我 周主要应用在水 电站 ， 用来 驱动发 电机发 电。 我 国最早使用 的水 电站是 由抽水 蓄能机组组成 的 ， 其 主要 由发 电 电动 机 、水轮机 和水泵 串联 组成 的整体 结构 ， 其 中水轮机 和水泵 的设计 是分开 的 ， 从 而使这 两个部分 能各 自拥有较 高的工作效 率 ， 它的
缺点是造价高、 电站投资大。 ５ Ｏ 年代以来 ， 抽 水 蓄能 机组 在世 界各 国受 到普遍 重视并 获 得迅速发展 ， 水 轮机主要被 应用于抽水 蓄能 电站 。在 电力 系统负 荷不 能达到 基本 负荷 时， 水 轮机被 用作 水泵 ， 从下 游水域 抽水 到 上游 水库 以储存位能能量 。 现在 我国的水电 机组 主要向高参 数和大容量方 向发展 。 随着 电力 系统 中火 电容 量 的增加 和核 电的发展 ， 为解决合理调峰问题 ， 世界各国除在主要水 系 大力开发或扩建 大型 电站外 ， 正在积极兴 建抽 水 蓄能 电站 ，水 轮机 因而 得到迅 速发
机的主轴装置成水平或倾斜 ，不设蜗壳， 水 流直接流人转轮 ， 水流由管道进 Ｉ ： １ 到尾水管 出口都是轴向的， 所以其工作效率较高， 水 流通过的能力大 ， 基于以上特点适用于低水
抽水蓄能电站建设的关键技术分析
抽水蓄能电站建设的关键技术分析抽水蓄能电站是一种重要的能源储存方式，其建设涉及多项关键技术。
本文将对抽水蓄能电站建设中的关键技术进行深入分析，探讨其在能源行业中的重要性和发展前景。
原理介绍抽水蓄能电站利用水资源的高位和低位之间的高度差，通过在高峰时段将水抽升至高位蓄能，在需求高峰时释放水流驱动涡轮发电，实现能源的储存和调峰。
其具有储能效率高、调峰能力强等优点，在电力系统中发挥着重要作用。
关键技术分析1.地质勘察技术在选址阶段，需要进行地质勘察，确定水库、厂房等建设位置。
地质勘察技术的准确性和全面性直接影响后续工程的顺利进行。
2.工程建设技术抽水蓄能电站的建设涉及大型水利水电工程，包括水电站建设、水库建设、水轮机安装等。
工程建设技术应确保工程质量和安全。
3.水轮机技术水轮机是抽水蓄能电站的核心设备，其性能直接影响发电效率和稳定性。
水轮机技术包括设计制造、调试等环节。
4.调峰控制技术抽水蓄能电站具有调峰能力，调峰控制技术包括储能阶段的水泵启停控制和发电阶段的水轮机启停控制，能够根据电网需求进行灵活调整。
5.环保技术抽水蓄能电站建设需考虑环保要求，包括生态保护、水资源管理等方面。
环保技术在减少对环境影响的确保电站的可持续发展。
技术抽水蓄能电站建设中的关键技术是保障项目顺利进行和高效运行的基础。
地质勘察、工程建设、水轮机、调峰控制和环保技术的综合运用，能够提升抽水蓄能电站的建设质量和运行效率，推动清洁能源发展，促进能源结构的优化调整。
抽水蓄能电站作为一种重要的储能技术，其建设中的关键技术是确保项目成功的关键。
不断优化提升相关技术水平，将对清洁能源的发展和电力系统的稳定运行产生积极影响。
抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析
抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析王泉龙（哈尔滨电机厂有限责任公司 哈尔滨 150040）[摘 要] 本文根据哈尔滨电机厂有限责任公司近年来抽水蓄能技术引进和技术创新以及在多个项目工程实践经验，简要分析了水泵水轮机与常规水轮机相比从水力设计到机械设计等方面的技术特点。
[关键词] 水泵水轮机水力设计机械设计1 前言目前国外投入运行的单级混流式水泵水轮机的最大扬程已经达到778m（日本葛野川），最大单机容量已经达到470MW（日本神流川）。
可变速的抽水蓄能机组单机最大容量已经达到412MW（日本葛野川）。
我国发电设备制造行业对抽水蓄能技术的开发起步较晚，已陆续建成的300MW级大型抽水蓄能机组全部为进口设备。
为弥补这方面的空白，哈电自1977年起就与清华大学等单位合作进行了部分水头段水泵水轮机的水力研究，取得了一些较好的试验成果。
2000年哈电获得了2台60MW 回龙抽水蓄能机组的供货合同，2002年又获得了2台150MW白山抽水蓄能机组的供货合同。
2002年哈电作为GE公司的分包方承接了2台300MW韩国青松水泵水轮机、进水阀门及其辅助设备(BOP)机械部分的制造任务，两台机组中除转轮和主轴密封外，其余部分均由哈电供货，设计方面GE公司只提供概念设计，哈电完成施工设计。
2003年国家发改委又以惠州、宝泉和白莲河抽水蓄能机组为依托工程，以哈电和东方电机股份有限公司作为技术受让方引进了法国阿尔斯通公司在抽水蓄能机组设计制造方面的关键技术。
通过技术引进、消化吸收和技术再创新，以及近期几个项目的工程实践，国内设备制造公司已经具备了300MW等级的抽水蓄能机组设计、制造、系统集成和现场调试的能力。
2 水力设计技术水力设计的目的是通过计算机数值分析对水泵水轮机的通流部件进行优化并预估其水力性能。
水泵水轮机设计与常规的水轮机区别较大，除常规的能量、空化和稳定性外，S特性和驼峰区是研究的重点，但均采用CFD方法和相同的流动计算商业软件包。
抽水蓄能电站水泵水轮机工作参数的选择研究
西北农林科技大学硕士学位论文抽水蓄能电站水泵水轮机工作参数的选择研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：水利水电工程指导教师：把多铎20050601抽水蓄能电站水泵水轮机工作参数的选择研究摘要水泵水轮机参数的合理选择，对抽水蓄能电站投资效益和安全高效运行具有决定性意义，而比转速的选择是水泵水轮机参数选择的前提条件。
在初步选定水泵水轮机的比转速参数时，比转速与水头的关系是解决水泵水轮机比转速选择问题的基础，也是水泵水轮机其他主要性能参数选择的前提。
本文统计了国内外４２座已建成的中高水头单级混流可逆式抽水蓄能电站的有关资料，对水泵工况设计扬程与比转速、水轮机工况额定水头与比转速、机组吸出高度与水泵工况的比转速分别进行统计回归和分析计算，取得了以下研究成果：１．在数据统计的基础上，对水泵水轮机在水泵工况下比转速与扬程的数据进行整理，利用Ｍａｔａｌａｂ软件首先对数据进行光滑处理，然后再利用其曲线拟合功能，按四种数学模型进行适配分析，并按不同的误差分析方法进行了处理，得出了参数之间的关系曲线。
根据拟合特征系数ｓｓｇ（ＴｈｅＳＵｍｏｆｓｑｕａｒｅｓｄｕｅｔｏｅｒｒｏｒ）＿０，Ｒ—ｓｑｕａｒｅ（ｓｑｕａｒｅｏｆｔｈｃｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）－－．１，ＲＭＳＥ（ＲｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｄｅｌＴＯＩ）＿Ｏ较优的原则分析比较后。
得出供参数选择应用的数学关系式。
２．对水泵水轮机在水轮机工况下比转速与水头的数据进行整理，利用上述方法和原则，通过对五种数学模型的应用比较，得出较优的数学关系式。
３．对水泵水轮机的吸出高度与比转速的数据进行整理，利用一ｔ－述方法和原则，通过对三种数学模型的应用比较，得出其数学关系式。
４．利用两个工程实例：西龙池、桐柏两座抽水蓄能电站水泵水轮机的参数选择，对所拟合出的水泵水轮机水泵工况比转速与扬程、水轮机工况比转速与水头、吸出高度与比转速的数学公式进行了验证计算，并与以往的经验公式进行了误差分析比较，得出较满意的结论。
水泵水轮机在抽水蓄能电站应用中的水力设计与机械设计分析
力 设 计 和 机 械 设 计 两个 方 面 的技 术特 点进 行 设 计 分析 与介 绍 ， 用 以提 升 设 备 系统 集 成 化 与 概 念 化 程 度 ， 以及 提 升 系统 的 现 场 调 试 能 力 ， 为 今 后 的抽 水 蓄 能 电站 的水 泵 水 轮 机 组 设 计优 化 提 供 经验 借 鉴 。
关键 词 ： 抽水蓄能 电站 ； 水泵水轮机 ； 水力设计 ； 机械设计 在抽水蓄能电站 的水泵水轮机组的设计 中， 主要涉及参数包括水 况与水轮机工况的影响存在差异 ， 这与传统水轮机是不同的。在水泵 头， 扬头、 流量 、 功率 、 转速 、 旋转方 向、 吸出高度等 。 水轮机组运行工况 水轮机组中，尾水管的总高度对水轮机工况能量恢复有较大的影响 ， 则可分为发电运行 、 抽水运行和调相运行 ， 其 中抽水工况起动以变频 但其对水泵工况则没有明显的影响 ； 此外 ， 尾水管直锥段较长时能够 起动为主。研究中的抽水蓄能水轮机组 以高水头单级混流可逆式机型 保证水泵工况下进水 口水流更均匀，而对于水轮机工况则影响不大 。 为例进行设计分析。 因此在水泵水轮机组进行尾水管参数确定和优化设计时， 其断面多采 本研究对象中的高水头单级混流可逆式机型主要 由可拆部分与 用圆形或椭圆形 ， 直锥段相对较长 ， 而且多采用连续扩散型肘管。对尾 埋人部分组成， 其 中埋入部分主要包括蜗壳座环 、 尾水管、 埋入管路 、 导 水管的数值分析需要实体造型、 划分 网 格， 然后再做数值分析。 水机构底环 、 机坑里衬以及各种预埋件等 ， 除此之外均为可拆卸部件 ， ２工况转换及过渡过程计算 主要包括转轮 、 水导轴承 、 主轴及其联结件 、 接力器 、 导水机构 、 主轴密 与传统水轮机相比， 抽水蓄能电站的水泵水轮机具有工况转换较 封部件等 。 多的特点 ， 而且对工况转换要求较高 ， 这就需要对水泵水轮机工况转 １水力设计技术分析 换与过渡过程进行计算分析。 抽水蓄能电站工况运行通常包含 ５ 个基 水力设计的出发点是优化水泵水轮机水力． 陛能 ， 一般是通过计算 本工况， 即静止 、 发电、 发电方向调相 、 抽水 、 抽水方向调相 ， 工况转换则 机数值分析对水轮机 的通流部件进行预估与优化 ， 这会涉及水轮机转 是从这个 ５ 个基本工况之间进行 ， 共分为 １ ２个基本转换 ， 即： 发 电至 轮数值计算 、 蜗壳数值分析 、 尾水管数值分析以及双列叶栅 的水力设 静止 、 静止至发电、 抽水至静止、 静止至抽水 、 发 电方 向调相至静止 、 静 计等关键环节。 止至发电方向调相 、 发 电方向调相至发电、 发 电至发 电方向调相 、 抽水 ｌ ＿ １ 转轮的数值计算。 在对转轮 的 数值进行计算分析时， 一般要考 方 向调相至静止 、 静止至抽水方向调相 、 抽水至抽水方 向调相、 抽水方 虑到水泵和水轮机工况两种功能， 使二者能够在合理的工况环境下协 向调相至抽水 ， 以上工况转换均属于操作过渡工况 。工况转换关 系着 调最优化。 转轮的数值计算分析与设计步骤通常为 ： 第一步， 对水泵水 水泵水轮机运行稳定性 ， 因此需要对机组及调速系统参数 、 抽水 蓄能 轮机组 的主要运行参数进行确定， 将水泵与水轮机两种运行工况 的要 电站参数 、 水轮机 工况负荷参数、 水泵工况负荷参数进行计算分析 。 求进行明确 的界定 ， 然后对二者工况参数进行分析计算 ， 选择 出一个 ３机械 设计 分 析 能够同时满足两种功能最大参数范 围的转轮程度 ， 然后进行相关参数 ３ ． １总体设计。混流式水泵水轮机机械设计 的总体设计 主要包括 设计 ； 第二步 ， 转轮参数设计的过程通常以泵运行 工况为起始点 ， 将泵 四个部分 ： 一是机组 的推力轴承 的布置位置， 常采用悬式和半伞式结 运行工况的参数作为基础进行水力设计 ， 设计完成后用水轮机运行工 构 ， 参考指标与参数包括 电站主房高度、 运行稳定性 、 经济指标 、 维修维 况参数进行核准， 然后结合工况运行的具体隋况通过 Ｃ Ｆ Ｄ分析结果对 护指标等 ； 二是机组的装拆方式 ， 一般有上拆方式、 中拆方式 、 下拆方式 该设计进行一定范围内的修订 ； 第三步 ， 在所有参数明确界定之后 ， 采 三种 ； 三是底环与尾水管的买入方式， 可选择的主要方案有三种 ， 即① 用专业涉及软件对转轮进行设计 ， 包括转轮轴面流线设计 、 叶片翼型 尾水管锥管 、 底环不埋入， 而且锥管设 自由端可滑动 ； ②锥管与底环全 设计等。最后用 Ｃ Ｆ Ｘ — Ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｇ ｒ ｉ ｄ对叶片做单周期结构化网络划分 ， 然 埋入 ； ③锥管与底环不埋入 ， 目 ． 肘管与锥管为刚性连接； 四是蜗壳埋设 后通过 Ｃ Ｆ Ｘ － Ｔ Ａ Ｓ Ｃ ｌ ｆ ｏ ｗ进行后处理计算 ， 得出效率 、 力矩 、 扬程 、 功率等 方式 ， 一般包括垫层埋入法 、 保压埋入法 、 直接埋入法三种 。不同方案 参数。 的选择需要结合实际建设需求 ， 而且需要综合考虑各种涉及因素 。 １ ． ２双列叶栅的水力设计。 相对于常规水轮机 ， 水泵水轮机在不同 ３ ． ２主要部件设计。转轮设计的主要参数包括结构强度 、 刚度、 动 工况运行状态下其翼型有较大差别 ， 因此需要对水泵水轮机 的水力设 态性 能以及上下止漏环的位置 ， 此外还需对转 轮结构进行分析 ； 水导 计分开进行 ， 其 中转轮优化设计 主要针对水泵工况 ， 旨在提升水泵水 轴承和主轴密封设计 中， 水泵水 轮机导轴承为稀油润滑轴承 ， 轴瓦面 力性能 ， 而双列叶栅的设计优化则主要侧重水轮机水力性能 。在初始 上不设斜 向的上油槽 ， 轴瓦采用中心支顶 ； 水泵水轮机 主轴密封要求 翼型设计完成之后 ， 需要结合水轮机工况运行参数对其进行二次设计 良好 的封水性与封 陛， 结构刚度较大 ， 密封副具具有 自补偿陛。导水 优化 ，应用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件进行。首先对转轮高压侧进行高度拉伸与造 机构与常规的混流式水轮机设计相似 ， 但需考虑静水关闭工况、 水轮 型， 生成单周期双列叶栅实体 ， 然后做非结构化周期 网 格划分 ， 之后对 机工况 、 升压甩负荷工况 、 紧急停机工况 、 水泵工况和零流量造压工况 导叶固壁面边界层进行三棱柱 网格加密 ， 生成双列叶栅三维非结构化 等参数。蜗壳座环和尾水管与常规水轮机设计相似， 但需特别足以尾 网格 ， 最终将得到的所有参数导入 Ｃ Ｆ Ｘ ５ 做双列叶栅联合数值分析。 水管承受的水压最大值， 以及水泵水轮机运行工况转换 的 频繁程度等 １ ． ３蜗壳的数值分析。在传统水轮机中， 蜗壳通常采用螺型蜗壳， 参数 。 但在水泵水轮机组 中， 由 于蜗壳需要同时满足水泵工况与水轮机工况 参考文献 两种功能参数 ， 而且这两种工况运行参数存在较大 的差别 ， 这就需要 ［ １ 】 尹俊连． 水泵水轮机“ Ｓ ” 区内流机理及优化设计研究 ． 杭州： 浙江大 对蜗壳进行优化设计。在水泵工况下 ， 蜗壳的作用是收集来 自转轮的 学， ２ ０ １ ２ （ ４ ） ． 水流并将该水流动能转化为压力能 ， 并减少水 流环量 ， 最终减少出水 ［ ２ ］ 戴然， 孔繁 臣． 响水涧抽水蓄能电站水泵水轮ｌ 拟． 结构设计总结叨． 大电 损失； 在水轮机工况下 ， 蜗壳则是将水流导人转轮 ， 并且是水流在进入 机技术。 ２ ０ １ ４ （ ３ ） ． 导水机之前具有合适的环量。为了同时兼顾两种工况参数 ， 需要对蜗 ［ ３ ］ 李存 明． 可逆式水泵水轮机 导叶对性能影 响的数值研 究 ． 兰州 ： 兰 壳与双列叶栅进行联合数值分析 ， 并依照水流面积变化规律来确定蜗 州理工大学， ２ ０ １ ３ （ ４ ） ． 壳的各种基本设计参数 ， 比如断面尺寸等 。 ［ ４ ］ 常喜兵． 黑麋峰 电站 ３ ０ ０ ＭＷ 水泵水轮机 结构设计叨． ， 东方电气评论， １ － ４尾水管的数值分析 。 对于水泵水轮机组而言， 尾水管对水泵工 ２ ０ １ １ （ ３ ） ．
抽水蓄能电站建设及可逆式水泵水轮机的若干技术问题
抽水蓄能电站建设及可逆式水泵水轮机的若干技术问题端润生【摘要】从混流可逆式水泵水轮机的选型问题、水泵水轮机全特性曲线、水轮机工况额定水头的选择、水力-机械过渡过程计算、上水库充水问题和首台机组首次启动方式等7个方面对中国抽水蓄能电站建设及可逆式水泵水轮机的若干技术问题进行了综述和分析,并就问题的解决提出了建议和对策.%Some technical problems of reversible pump turbine and in the construction of pumped-storage power stations in China are summarized and analyzed from seven aspects of the selection of Francis reversible pump turbine, the complete characteristics curve of pump turbine, the selection of rated head at turbine mode, the calculation of hydraulic-mechanical transition process, the water filling of upper reservoir and the first start -up mode of first unit. The suggestions and countermeasures for dealing with above problems are also put forward.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2012(038)012【总页数】5页(P47-50,83)【关键词】水泵水轮机;全特性曲线;选型设计;上水库充水;首机首次起动;抽水蓄能电站【作者】端润生【作者单位】水利部发展研究中心,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】TV7430 概述蓄能机组利用电网低谷时的多余电力将水抽到上水库，以水为介质，将电能储存，高峰负荷时送回电网，大大改善电力系统的运行条件和提高其经济性。
抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析概要
抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析王泉龙（哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨 150040）[摘要] 本文根据哈尔滨电机厂有限责任公司近年来抽水蓄能技术引进和技术创新以及在多个项目工程实践经验，简要分析了水泵水轮机与常规水轮机相比从水力设计到机械设计等方面的技术特点。
[关键词] 水泵水轮机水力设计机械设计1 前言目前国外投入运行的单级混流式水泵水轮机的最大扬程已经达到778m （日本葛野川），最大单机容量已经达到470MW （日本神流川）。
可变速的抽水蓄能机组单机最大容量已经达到412MW （日本葛野川）。
我国发电设备制造行业对抽水蓄能技术的开发起步较晚，已陆续建成的300MW 级大型抽水蓄能机组全部为进口设备。
为弥补这方面的空白，哈电自1977年起就与清华大学等单位合作进行了部分水头段水泵水轮机的水力研究，取得了一些较好的试验成果。
2000年哈电获得了2台60MW 回龙抽水蓄能机组的供货合同，2002年又获得了2台150MW 白山抽水蓄能机组的供货合同。
2002年哈电作为GE 公司的分包方承接了2台300MW 韩国青松水泵水轮机、进水阀门及其辅助设备(BOP机械部分的制造任务，两台机组中除转轮和主轴密封外，其余部分均由哈电供货，设计方面GE 公司只提供概念设计，哈电完成施工设计。
2003年国家发改委又以惠州、宝泉和白莲河抽水蓄能机组为依托工程，以哈电和东方电机股份有限公司作为技术受让方引进了法国阿尔斯通公司在抽水蓄能机组设计制造方面的关键技术。
通过技术引进、消化吸收和技术再创新，以及近期几个项目的工程实践，国内设备制造公司已经具备了300MW 等级的抽水蓄能机组设计、制造、系统集成和现场调试的能力。
2 水力设计技术水力设计的目的是通过计算机数值分析对水泵水轮机的通流部件进行优化并预估其水力性能。
水泵水轮机设计与常规的水轮机区别较大，除常规的能量、空化和稳定性外，S 特性和驼峰区是研究的重点，但均采用CFD 方法和相同的流动计算商业软件包。
探究大型抽水蓄能机组的设计要点
探究大型抽水蓄能机组的设计要点摘要：大型抽水蓄能电站在智能电网建设中起着至关重要的作用，它不仅要完成调峰填谷和调频调相的工作，还对蓄洪抗旱和事故备用起到重要作用，具有反应迅速、运行方便灵活的特点。
本文主要对水泵水轮机、发电的电动机进行选型设计和参数选择进行总结，为未来大型抽水蓄能机组的发展提供参考。
关键词：抽水蓄电机组；水泵水轮机；参数；发电电动机前言随着我国社会经济的不断发展，抽水蓄能机组在我国电力事业的建设中发挥着越来越重要的作用。
新型材料的运用和计算机技术的发展，也使得抽水蓄能电站机组的设计技术有了很大进步。
通过对一些大型抽水蓄能电站的设计研究，探讨出对机组的能量、可靠性指标及稳定性平衡的方法，为未来电站建设提供一定经验。
1、水泵水轮机的结构选择和参数1.1机型和单机容量的选择水泵水轮机的机型选择通常为三种：单级式、多级式以及组合式机组这三种。
在这些机型中，单级混流式的水泵水轮机的应用范围最为广泛，它的结构简单、造价低、适用范围宽泛，通常100到800米的扬程范围之内都适用，并且技术比较成熟，逐渐成为我国抽水蓄能机组发展的重点内容。
单机容量的选择往往要结合装机的台数来确定，需要考虑的因素有很多，例如：对电力系统的技术要求、电站在电网中起到的作用、枢纽的布置、建设电站的条件、大型设备的运输、机组设计和制造的现实性、电气设备的选择、电气的主接线、施工的周期、整个工程的经济性和调度的灵活性、便利性。
这些问题都是制约单机容量选择的重要因素。
1.2水轮机水头选择水轮机的额定水头选择需要综合考虑的因素也很多：①电站整体运行的条件，例如水头的变化幅度和库容曲线；②根据电站运行的实际条件和实际工作中电网对电站的运行调度的要求来确定水头，进而确定机组的运行范围；③根据电网的要求和设计水平的典型性负荷分析，得出最佳的出力受阻容量值；④要考虑到不同额定的水头下机组的造价和水头受损时带来的影响及水泵水轮机在正常运行范围内的效率问题；⑤水泵水轮机的稳定运行和水泵的工况参数的合理匹配等问题。
水泵水轮机结构设计及制造、安装技术改进的探索
１尾水肘管 的设计与安装
１ ． １ 尾水 肘 管断面 形状 的“ 进 化”
１ ． ４ 强调抽 水蓄 能 电站尾水 肘 管属 于“ 压 力钢 管 ” 范 畴。 重 视焊接 质量 和探 伤检 测手 段
自Ｇ Ｚ —Ｉ 起步至今 ，尾水肘管的断面形状是从 “ Ｎ Ｅ Ｙ Ｒ Ｐ Ｉ Ｃ ” 年代 的椭 圆形断面“ 进化” 到了现在广
不 容置 疑 的。Ａ Ｌ Ｓ Ｔ Ｏ Ｍ 设计 制 造 的惠 蓄 电站 尾 水肘 （ １ ） 整体尺寸相对较小 ； （ ２ ） 刚度好 ， 具有抗翘 管的工地现场焊接焊缝即执行“ 压力钢管” 二类焊缝 曲变形能力 ， 无须设置拉锚 ， 减少了工地焊接工作量 探伤标准 ：超声波抽验 （ 焊缝长度至少 １ ０ ％＋节
泛采 用 的全 圆形 断 面 。 经过 实践验 证 ， 全 圆形断 面尾 水肘 管具有 以下 优点 ：
由于抽水蓄能机组尾水压力均较高，如惠蓄电
站 尾水压 力达 到 ０ ． ８ ８ ＭＰ ａ ，相 当于常规 机组 的蜗壳 压力 ， 应 和引 水 钢管 一 样 同属 于 “ 压 力钢 管 ” 范 畴是
用。 为进 一步 与业 内同行 切磋 以期 共 同提高 ， 列举 其 在 以往多个 电站施工 中 ，均 出现 肘 管工 地组 焊 时 由于管 段接缝 周 长偏差 采取 对管 口纵 向开 口的处 工作 量 。 而 在清 蓄 电站 ， 由于采取 了尾 水肘 管各 管段
续兴建的同类 型电站还是具有一定参 考和指导作 理措施 ， 既增 大施工难度也增 多“ Ｔ形焊缝” 的探伤 中的一部分予以简扼介绍 。 在工厂车间预装工序 ， 无论在施工工期还是施工质
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ７ ３ ０ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ３ ８ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ５ ４ — ０ ４
抽水蓄能电站输水系统设计
抽水蓄能电站输水系统设计抽水蓄能电站（Pumped Storage Power Plant）是一种利用尖峰谷电的剩余能量，通过抽水和蓄水实现储能的电力系统。
其输水系统设计是电站运行的关键之一。
本文将介绍抽水蓄能电站输水系统的设计要点和原理。
首先是输水系统的布局设计。
抽水蓄能电站通常由上水池、下水池和中央泵站组成。
上水池是储存供电时的备用水源，而下水池则用于容纳在供电时抽水回流下的水。
中央泵站是连接上下水池的关键设施，起到抽水和释放水的作用。
为了提高系统运行效率，上水池和下水池的高度差应尽可能大。
其次是选择适当的水泵和水轮机。
水泵是抽水蓄能电站输水系统的核心设备，而水轮机则是发电过程中的关键设备。
在选择水泵和水轮机时，需要考虑其效率、容量和运行特性等因素，以确保系统能够在不同负荷下正常运行并实现高效能量转换。
输水系统还需要合理设计水管网络。
水管的直径、长度和布局都会对系统的性能产生影响。
为了减小水流的损失和阻力，应选择合适的管道材料和布置方式，并采取有效的水力平衡措施，以确保水流的稳定性和流量的控制。
输水系统还需要设计相应的控制系统。
控制系统主要包括水泵和水轮机的启停控制、流量的调节和压力的控制等。
通过合理的控制策略和自动化设备，可以实现电站的安全稳定运行，并提高系统的响应速度和效率。
抽水蓄能电站输水系统设计是实现电站高效储能和发电的关键环节。
通过科学合理地设计输水系统的布局、选择适当的设备和控制系统，可以提高电站的运行效率和响应能力，实现更加可持续和清洁的能源利用。
抽水蓄能电站水泵水轮机组选型思考
图 2 比转速的选择
在同样的条件下，比转速适当选择大一点对水 力设计比较有利，可以作出性能更优异的机组。但 是需要同时兼顾发电机的性能，因此比转速的高低 以适中为原则，兼顾先进性和稳定性。
3 额定水头的确定
通常来说，对于日调节抽水蓄能电站，额定水头 通常按算术平均水头选择，对于周或月调节抽水蓄 能电站，可选择高于平均水头的某个水头。根据最 大水头 Hmax 与最小水头 Hmin 之比及最大水头 Hmax 与额定水头 Hr 之比的统计经验，在 400~700 m 水 头段，Hmax/Hmin 比值变化范围约在 1.10~1.20 之间， Hmax/Hr 比值多在 1.03~1.11 之间。这些统计规律具 有一定的参考意义。
水轮机工况比转速计算公式为：
图 1 比速系数的选择
比速系数和设计水头的关系如公式（3）所示：
收稿日期：2018-06-06 作者简介：刘德民（1982-），男，博士，高级工程师，从事水轮机水力 开发工作。
14
水电站机电技术
第 42 卷
KKt t ==（(-−0.00.000221）1)×∗ H
2 r
下面通过一个例子看一下额定水头的选择对机 组性能的影响。某一电站，初定额定水头为 545 m， 如果该额定水头提高 10 m，定为 555 m。会看到机 组的整个运行范围更接近最优效率点。也就是说机 组的运行范围更接近高效运行区。这样带来的好处 就是，在同一水力模型的基础上，水轮机工况加权平 均效率提高，压力脉动得到改善，特别是最低水头所 在的压力脉动得到很大的改善，对于水轮机 S 形曲 线的安全余量也得到了改善。同时，水泵工况的驼 峰、压力脉动和空化性能也不会受到影响。
溧阳抽水蓄能电站水泵水轮机结构设计
64 溧阳抽水蓄能电站水泵水轮机结构设计2020.№4溧阳抽水蓄能电站水泵水轮机结构设计宫让勤1,2，于鹏飞2，高欣2（1. 水力发电设备国家重点实验室（哈尔滨大电机研究所），哈尔滨150040；2. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）[摘要] 溧阳水泵水轮机运行水头变幅最大达到1.301，设计难度较大，本文详细介绍了溧阳水泵水轮机主要部件结构设计的兲键点。
溧阳水泵水轮机作为国内首个在宽变幅水头下不设置非同步导叶预开启装置的完全国产化水泵水轮机，同时也是国内首个在设计阶段彻底取消消水环排水系统的国产化机组，具有广泛的应用推广价值。
[关键词] 水泵水轮机；结构设计；同步导叶启动；消水环排水[中图分类号] TK734 [文献标志码] A [文章编号] 1000-3983(2020)04-0064-06Structure Desgin for Pump Turbine of Liyang Pump Storage Power StationsGONG Rangqin1,2, YU Pengfei2, GAO Xin2(1. State Key Laboratory of Hydro-power Equipment(Harbin Institute of Large ElectricalMachinery), Harbin 150040, China;2. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)Abstract: The maximum variation of the operating head of Liyang pump turbine is 1.301, which isdifficult to design. This paper introduces the key points of the structural design of the maincomponents of Liyang pump turbine in detail. Liyang water pump turbine is the first fully domesticpump turbine without none-synchronous guide vane preopening device under wide variation waterhead in China. It is also the first domestic pump turbine that completely cancels the water dissipationring drainage system in the design stage, which has a wide application in the future.Key words: pump turbine; structure design; synchronous guide vanes start; water dissipation ring0前言溧阳电站于2008年11月正式获得国家収改委核准同意开工建设，是国内第三个全国产化机组，电站安装6台单机容量为250MW的混流可逆式单级水泵水轮収电机组，在国内已投产抽水蓄能电站排名第四位，在江苏省排在第一位。
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抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析王泉龙（哈尔滨电机厂有限责任公司 哈尔滨 150040）[摘 要] 本文根据哈尔滨电机厂有限责任公司近年来抽水蓄能技术引进和技术创新以及在多个项目工程实践经验，简要分析了水泵水轮机与常规水轮机相比从水力设计到机械设计等方面的技术特点。
[关键词] 水泵水轮机水力设计机械设计1 前言目前国外投入运行的单级混流式水泵水轮机的最大扬程已经达到778m（日本葛野川），最大单机容量已经达到470MW（日本神流川）。
可变速的抽水蓄能机组单机最大容量已经达到412MW（日本葛野川）。
我国发电设备制造行业对抽水蓄能技术的开发起步较晚，已陆续建成的300MW级大型抽水蓄能机组全部为进口设备。
为弥补这方面的空白，哈电自1977年起就与清华大学等单位合作进行了部分水头段水泵水轮机的水力研究，取得了一些较好的试验成果。
2000年哈电获得了2台60MW 回龙抽水蓄能机组的供货合同，2002年又获得了2台150MW白山抽水蓄能机组的供货合同。
2002年哈电作为GE公司的分包方承接了2台300MW韩国青松水泵水轮机、进水阀门及其辅助设备(BOP)机械部分的制造任务，两台机组中除转轮和主轴密封外，其余部分均由哈电供货，设计方面GE公司只提供概念设计，哈电完成施工设计。
2003年国家发改委又以惠州、宝泉和白莲河抽水蓄能机组为依托工程，以哈电和东方电机股份有限公司作为技术受让方引进了法国阿尔斯通公司在抽水蓄能机组设计制造方面的关键技术。
通过技术引进、消化吸收和技术再创新，以及近期几个项目的工程实践，国内设备制造公司已经具备了300MW等级的抽水蓄能机组设计、制造、系统集成和现场调试的能力。
2 水力设计技术水力设计的目的是通过计算机数值分析对水泵水轮机的通流部件进行优化并预估其水力性能。
水泵水轮机设计与常规的水轮机区别较大，除常规的能量、空化和稳定性外，S特性和驼峰区是研究的重点，但均采用CFD方法和相同的流动计算商业软件包。
水泵水轮机通流部件数值分析主要是计算蜗壳、双列叶栅、转轮、尾水管内部的水流流动情况，通过计算出的压力场、速度场、流场等结果对通流部件的水力性能做出评判。
数值分析采取各通流部件单独计算。
在技术转让过程中，阿尔斯通公司对水力设计所涉及的商业软件进行了全面培训，转让了全部的自开发软件。
哈电在引进技术消化吸收基础上，自行开发设计了500m水头段转轮，通过模型试验其性能与引进的转轮性能相当。
自行开发了响水涧蓄能电站水泵水轮机水力模型，并经瑞士洛桑国际中立水力试验台的模型试验验证其性能达到当今世界先进水平。
同时还完成了溧阳、仙居项目的水力设计和模型试验工作，其各项性能指标均达到较高水平。
2.1 转轮的数值计算转轮要兼顾水轮机和水泵工况两种功能，其主要设计步骤为：根据两种运行工况的要求，选定一个可以由一个转轮最大程度满足两种工况要求的设计参数；通常以泵工况为基础进行水力设计，再以水轮机工况的要求来校核，通过CFD分析结果在一定范围内调整修改。
采用专用设计软件进行转轮轴面流线设计、翼型骨线设计和翼型实体设计后生成叶片翼型，应用CFX-Turbogrid对叶片做单周期结构化网格划分（见图1），生成的计算网格文件采用CFX-TASCflow进行数值计算（图2~图4）。
图1 CFX-Turbogrid网格划分 图2 压力面压力分布图3 下环速度分布 图4 流线分布应用CFX-TASCflow自带宏命令可直接对计算网格结果进行后处理计算，求解效率、扬程、力矩、功率等性能参数。
2.2 双列叶栅的水力设计水泵水轮机双列叶栅考虑到两种工况运行其翼型与常规水轮机有所不同，经初始翼型设计后，应用ANSYS 软件按转轮高压侧高度拉伸、造型生成单周期双列叶栅实体，做非结构化周期网格划分，并对导叶固壁面边界层进行三棱柱网格加密，生成双列叶栅三维非结构化网格，导入CFX5做双列叶栅联合数值分析。
以下(图5、图6)是部分水泵水轮机双列叶栅网格划分及数值分析结果。
图5 双列叶栅计算网格 图6 双列叶栅压力分布对于水泵水轮机双列叶栅的优化设计主要侧重水轮机工况的数值分析,主要目的是提高水轮机水力性能，而优化转轮的主要目的是提高水泵水力性能。
2.3 蜗壳的数值分析水轮机工况下，蜗壳使水流能均匀地进入到转轮，并使水流进入导水机构前具有一定的环量；在水泵工况下，蜗壳用来收集从转轮流出的水流，同时把水流动能转换为压力能，减少水流的环量，使出水管道中的水流损失减少。
虽然螺旋形蜗壳在作用上能满足水泵水轮机的蜗壳的要求，但是因为两种工况下的工作参数不同，泵工况下蜗壳还要承担水流动能转化为压力能的任务，所要求的蜗壳断面较水轮机工况下所要求的小，所以水泵水轮机的蜗壳设计有一定的难度。
在双列叶栅的优化设计基础上进行水泵水轮机蜗壳与双列叶栅的联合数值分析。
按面积变化规律确定水泵水轮机蜗壳各断面尺寸，所设计的蜗壳经AutoCAD2002（MDT）三维实体造型，导入ANSYS ICEM CFD 5作网格划分，生成三维非结构化网格，应用CFX5.7进行流动数值分析（图7、图8）。
图7 蜗壳壁面压力分布 图8 蜗壳内部流线分布2.4 尾水管的数值分析尾水管的性能好坏直接影响水泵水轮机能量特性、空化特性和运行稳定性。
但水泵水轮机尾水管对水轮机工况和水泵工况的影响特点是不同的。
主要表现为以下两个方面：（1）尾水管直锥段起最主要作用。
较长的直锥段具有较明显的扩散作用。
对水轮机工况而言，肘管及扩散段的形状及断面变化规律的影响相对较小；对水泵工况来说，较长的直锥段更能保证进口水流的均匀性；（2）尾水管的总高度对水泵工况没有明显的影响，但对水轮机工况的能量恢复有较大影响。
水泵水轮机尾水管与常规水轮机尾水管相比较，有以下三个主要特点：（1）具有相对较长的直锥段；（2）水泵水轮机通常采用连续扩散型肘管；常规水轮机尾水管中，为防止水流在弯段从壁面脱流，广泛使用一种具有“扩散—收缩—扩散”断面规律的肘管，两者面积变化规律参见；（3）大部分水泵水轮机尾水管两端均为圆断面，肘管部分可根据“连续扩散”的面积变化律，采用圆断面或椭圆断面。
水泵水轮机尾水管多为圆（或椭圆）断面。
尾水管的数值计算与蜗壳相近，需要实体造型、划分网格、再做数值分析。
对尾水管的数值分析的进口给定为速度进口条件，将转轮出口速度组成分布加载在尾水管进口，如此计算的尾水管流态较质量进口条件准确（图9、图10）。
图9 CFX5尾水管压力分布 图10 CFX5尾水管流线分布3 模型试验水泵水轮机模型试验和常规水轮机模型试验类似，因为同属大型动力设备的模拟试验，对测试精度要求很高。
除在单位水能和单位流量限定的范围内确定机器的水力性能外，还要重点研究常规运行范围外的覆盖所有运行状态的所有性能。
最广义的运行范围还包括由两个流量方向和两个转速方向的水泵和水泵—水轮机工况（四象限运行），即全特性试验。
其中，对水泵水轮机的S特性和驼峰区水力设计研究主要通过模型试验积累经验。
哈电的水泵水轮机水力研究始于二十世纪七十年代，但真正用于工程的模型试验是在回龙和白山抽水蓄能项目。
在打捆项目的技术引进过程中，以宝泉电站为研究目标进行水泵水轮机模型水力性能复试试验，即完全按照引进的模型装置转轮的图纸和通道单线图制造模型装置在哈电的试验台上进行全部的性能试验，哈电的试验结果与国外的试验吻合。
哈电完全自主研发了响水涧水泵水轮机，2008年10月中旬完成了预试验和国内模型预验收试验；国外最终验收试验也已于2009年6月末在瑞士洛桑国际中立试验台圆满完成。
最终验收试验项目包括：能量、空化、压力脉动、飞逸、四象限特性等全部验收项目的复核试验。
最终模型验收试验结果，水轮机工况模型最优效率92.20%，换算至原型值94.60%；水泵工况模型最优效率91.61%，对应原型最高效率93.71%，同时具有优秀的空化和压力脉动性能。
，经过哈电的模型验收试验和国外中立台的复核试验水泵水轮机水力性能参数水平满足合同要求，其综合性能指标达到世界先进水平。
4 工况转换及过渡过程计算水泵水轮机与常规机组相比，其显著特点是工况转换较多，抽水蓄能电站运行中包含5种基本工况：静止、发电、发电方向调相、抽水、抽水方向调相；12种基本工况转换：静止至发电、发电至静止、静止至发电方向调相、发电方向调相静止、静止至抽水、抽水至静止、静止至抽水方向调相、抽水方向调相至静止、发电至发电方向调相、发电方向调相至发电、抽水至抽水方向调相、抽水方向调相至抽水。
此外，还有两种极端转换方式，即抽水到发电的直接转换和发电到抽水的直接转换，为避免转换过程机组受到较大冲击，一般不建议采纳该方式，上述过渡工况均属于操作过程中的过渡工况，在正常情况下均是有控的，但在事故情况下，则可能出现部分是有控的，如水泵失电，导叶紧急关闭；部分是失控的，如水泵失电，导叶拒动；后两种是需要研究的过渡过程工况，机组和引水系统要靠其自身特性来维持他们的安全。
水泵水轮机的过渡过程是对系统的稳定性及危险工况进行预测，为机组及调速系统参数的选择、导叶关闭规律的优化等提供依据。
是决定抽水蓄能电站机组运行和工况转换安全稳定性的关键因素，在一定程度上将决定抽水蓄能电站的主要参数和规模。
水泵水轮机的过渡过程研究主要有以下几种工况：水轮机工况启动及增负荷、水轮机工况甩负荷、水泵工况启动和水泵工况断电。
5 机械设计单级混流式水泵水轮机与常规的混流式机组的机械设计有较大差别，其主要影响因素是蓄能机组运行工况复杂、启停频繁，引起机组振动的因素较多，刚强度判别准则不同，同时水泵水轮机的水头/扬程和尾水位往往较高。
哈电的水泵水轮机机械设计从回龙项目（最大扬程424.7m）开始，随后设计了白山项目(转轮直径5.134m)，得用国外的概念设计完成了韩国青松（300MW）施工设计，在宝泉、惠州和白莲河项目技术引进之后，完成了300MW级的蒲石河和响水涧项目的设计，其中蒲石河项目得到了国外公司的技术支持。
5.1 总体设计混流式水泵水轮机的应用水头范围较大，目前从30m到700m水头段都有成功运行的机组，不同的水头段其总体布置应研究的侧重点有所不同。
但主要研究的内容为；（1）机组的推力轴承的布置位置立式蓄能机组通常采用悬式和半伞式结构，综合考虑电站主厂房高度、机组技术经济指标和运行稳定性以及检修维护等多方面因素确定结构型式。
推力轴承支架放置在顶盖，可以降低厂房的总高度，节约造价，但机组部件的检修不方便；中高速机组采用悬式结构可以提高机组径向机械稳定性。
（2）机组的装拆方式机组的装拆方式主要有上拆、中拆和下拆，其各方式的特点和应用见表1，也可以将中拆和下拆方式结合起来，使机组的检修和维护更方便。
上拆方式中拆方式下拆方式优点可利用厂房吊车；辅助工具少。