水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动和转轮受力

周 勤，夏林生，张春泽，3，袁 野，朱 珠

（1.重庆交通大学 西南水运工程科学研究所，重庆 400016；2.中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064；3.武汉大学 水资源与水电科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；4.加州大学 戴维斯分校 文理学院，加利福尼亚 戴维斯 95616）

1 研究背景

现代抽水蓄能电站为了满足电网调节需求，需经历大量的过渡过程，而甩负荷过渡过程是最为剧烈的过渡过程之一［1-2］。水泵水轮机在经历甩负荷过渡过程，因其特殊的“S”特性［3］，流道内流动状况较常规水轮机更加不稳定，压力脉动和转轮受力较常规水轮机更为剧烈，易引起机组异常振动，轴承摆度超标［4-5］，甚至定子与转子碰撞、抬机等极端事故［6-7］，威胁电站运行安全。因此，研究水泵水轮机甩负荷过渡过程中压力脉动转轮受力变化特性及其演变机理，是优化水轮机设计和提出合理的控制措施的基础。

随着抽水蓄能电站的大量建设，国内外对水泵水轮机的甩负荷过渡过程做了大量研究工作。基于水泵水轮机静态特性曲线的一维特征线法是目前的主要研究手段［8-10］，主要分析甩负荷过渡过程中的水击压力和转轮转速变化，进而优化导叶关闭规律。也有学者开展了模型［11-12］和原型试验［13-14］，对压力脉动进行了分析。然而，一维计算和试验均不能得到甩负荷过渡过程中水轮机内的复杂流态演变特性，也难以对流态与压力脉动进行关联性研究，更鲜见对过渡过程中水轮机受力的关注。近些年，部分学者对水泵水轮机的甩负荷过渡过程中的压力脉动和转轮受力开展了三维数值模拟研究［15-17］，分析了流态的影响，但缺少对关键流动结构演变与压力脉动和转轮受力变化特性之间的关联分析。……