水泵水轮机“S”特性与改善研究

水泵水轮机“S”特性与改善研究
水泵水轮机在运行过程之中具有“S”特性，因为在某些程度上水泵水轮机的安全稳定运行因素也存在着制约，所以为了促进我国抽水蓄能技术的发展，需要针对水泵水轮机“S”特性进行分析与研究，从而提出其相应的水泵水轮机“S”特性改善措施，这对于预测水泵水轮机“S”特性具有现实意义，是优化我国水利机械水平的重要体现。

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水泵水轮机“S”特性主要体现在了工况并网启动、转速与定水头预测方法等多个方面，所以在明确其水泵水轮机“S”特性的基础之上，应该利用现有的数学计算模型来对水泵水轮机进行相应的预测，从而加强对于数学的修正，最大程度上降低数值预测方法的实际误差，利用空间曲面活动导叶等多种形式，对于目前水泵水轮机“S”特性进行相应的优化。

一、水泵水轮机“S”特性的具体体现
水泵水轮机“S”特性是指在机组处于或者接近全特性“S”区运行过程之中，机组会存在相应的不稳定现象，所以在不稳定机组进行投产试运行的过程之中，水头较低空载运行时转速来回摆动，并且在一定程度上会出现并网困难、发电并网之后的逆功率不断跳机等现象，所以为了提升空载的稳定性，在机组甩负荷的基础之上而能够实现空载稳定运行的现象，就要针对水泵水轮机“S”特性进行改善。

根据压力原理以及研究表明，水泵水轮机“S”特性是由压力脉动所引起的，而压力脉动则是由于导叶与转轮之间的动静干涉所引起的，所以要在水泵水轮机空载运行时掌握好压力脉动幅值最大的位置，从而预开启导叶与转轮之间，才能够更为明确地探究水泵水轮机“S”特性。

目前所采取的改进方式比如非同步预开装置等[1]，都是利用导叶开度的变化进行优化，但是虽然能够在一定程度上缓解水泵水轮机“S”特性，但是与此同时其水轮机的摆度以及振动幅度也相对增大，噪音音量持续提升，能够帮助水泵水轮机“S”特性短时间的运行改善，所以如何在长期运行的基础之上，针对水泵水轮机“S”特性进行优化是目前水泵水轮机发展过程之中所必须明确的重要问题。

二、水泵水轮机“S”特性的改善措施
（一）建立翼型空间曲面活动导叶数值计算模型
因为水泵水轮机工况小流量区域是处在“S”区附近，所以可以利用良种翼型空间曲面活动导叶数值来建立计算模型从而实现计算结果的对比以及分析，从而判断空间曲面的活动导叶翼型对于水泵水轮机“S”特性的实际影响。

而采取两种空间曲面活动导叶结构的状况，就能够加强不同条件的对比比较，从而探究出水泵水轮机在不同的来流条件下，其单位转速的变化以及单位流量的变化。

叶翼型NACA_1、导叶翼型NACA_2，这两种导叶翼型“S”特性类型应用在计算修正比较曲线之中能够有利于发现规律，即空间曲面活动导叶2按照水轮工况转轮转动方向计算的“S”性特征远远要深于常规活动导叶条件1下的计算修正结果，所以根据建立计算模型与比较数值可以得出，空间曲面活动导叶对于改善水泵水轮机“S”特性具有积极作用，既能够削弱翼型NACA_1的“S”特性，又能夠加深导叶翼型NACA_2“S”特性，所以在这一过程之中可以加强对于空间曲面活动导叶的应用，合理应用翼型结构的水泵水轮机空间曲面活动导叶[2]，能够有效改善水泵水轮机低水头的实际工况，大大提升了水泵水轮机的发展性能，促进水泵水轮机的良好发展。

（二）加装非同步导叶的处理方式
在具体的实施方案与对水泵水轮机“S”特性的分析过程之中，有效利了用加装非同步导叶的形式来提升其水泵水轮机的实际控制效果，先在导叶上到加入接力器，然后选择开启并且控制其开启的角度保持在二十五度的范围内，以预设开度来推动机组的装懂，并且当非同步导叶开启之后，其角度还会不断扩大，机组转速也会不断提升，并且还能够根据电网频率的调度中心进行统一调频调度，作出相应的指令反应。

在改善水泵水轮机“S”特性的方面上，非同步导叶体现在正常停机状态下不再开启，其次在机组抽水与机械故障甩负荷时也有同样的状态。

根据资料报道，机组在进行甩负荷行为之后，其有压力钢管的水压会出现多个高峰其与低谷然后才能够趋于平稳，所以根据实际实验的模型反馈，工况倒流流量自多能够达到每秒十三立方米，所以针对这一问题，应该注重机组甩负荷是的力矩平衡，只有掌握了其力矩平和的点，才能够提升机组的稳定程度，并且可以抑制因为水泵水轮机“S”特性所引起的震荡现象[3]。

（三）掌握导叶的关闭规律
无论是利用什么样的方式，在水泵水轮机“S”特性改善问题上都要以导叶为护理手段，比如在机组甩负荷的过程之中，可以利用导叶分段关闭处理的手段，利用抽水蓄能优势将导叶进行分段关闭，从而减小后期的震荡程度，其次也可以将导叶与球阀进行紧密配合，球阀控制开度，导叶则用来开关，这样能够快速降低流量，并且球阀所引起的流量下降程度会远远小于机组甩负荷的流量下降程度，在球阀将流量下降程度抑制之后，然后再进行慢速开关，也能够在较大程度上缓解水泵水轮机“S”特性。

其次还可以根据活动导叶的运动规律，在机组甩负荷之后直接立即进行关闭，但是于此同时要打开相应的活动导叶，这样在高度提升转速之后在进行关闭动作的操作也能实现水泵水轮机“S”特性的缓解，所以针对这些问题还有很大的有优化空间，可以在掌握导叶的活动与关闭规律的基础之上，加强对于导叶活动规律的有效应用，从而减轻水泵水轮机“S”特性。

（四）尽量消除水泵水轮机“S”型区域
在对于水泵水轮机的设计过程之中，为了最大程度上降低“S”特性对于水泵水轮机机组的实际影响，可以通过预先开启部分导叶的形式来增大过流量法，这种形式能够有效降低其危害性，但是也会提升整体设备的操作难度。

而在水利设计的过程之中，“S”形区域中的流道内的流态是没有办法完全改变的，所以要从水头、导叶开度变化、高度变化处进行着手，从而使得单位转速的水轮水泵机系统能够尽量远离“S”性区域，从而利用选择适当的导叶型号来为水泵水轮机“S”特性的优化与改善奠定基础，并且尽可能利用后期的维护与管理，来为调度行为以及系统控制起到技术支持与保护作用，降低因为控制系统操作复杂化程度而带来的维修与检修工作量[4]。

结语：
在目前的水泵水轮机“S”特性改善工作进行过程之中，还存在着较多的不足，不能够从根本上消除水泵水轮机“S”形区域，所以要在明确水泵水轮机“S”特性的基础之上，利用建立翼型空间曲面活动导叶数值计算模型、加装非同步导叶的处理方式、掌握导叶的关闭规律、尽量消除水泵水轮机“S”型区域等多种方法进行探究，以此对于水泵水轮机进行优化与改善，提升其水泵水轮机的应用性能。

参考文献：
[1]凡家异，文树洁，陈太平，等.水泵水轮机四象限曲线“S”特性量化评判方法的初步研究[J].水电与抽水蓄能，2018（1）：57-62.
[2]吕文娟.MGV布置方式对水泵水轮机“S”特性影响研究[J].价值工程，2016（24）：275-277.
[3]郭彦峰，罗成宗，赵志文.浙江仙居电站水泵水轮机模型验收试验及水力性能分析研究[J].大电机技术，2016（4）：36-41.
[4]熊涛，王康生.洪屏抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验分析[J].水力发电，2016（8）：74-76，86.。