水泵抽水

水泵抽水（精选4篇）

水泵抽水 篇1

引言

随着应用市场对泵的需求越来越多,电子技术的广泛应用和测试仪器仪表、自动控制技术的飞跃发展,泵的类型和性能等都日趋完善。近年来,随着各个行业对泵的需求逐渐增长,如:火箭燃料供给、农田灌溉、机械制造、动力工业、冶金工业、石油化工、造船工业等,都很大程度上促进了泵技术的发展。泵的类别很多,并逐渐向高速和大型化方向发展起来。人类环保意识的增强、质量意识的提高等将很大程度上推动泵业技术发展,泵业革命的到来随着新材料技术、新能源技术和互联网技术的迅速萌芽。

1 抽水泵的概述

泵是指具备一进一出的抽气嘴、排气嘴各一个,并且在进口处能够持续形成真空或负压输送液体或使液体增压的机械。在国民经济各个部门中,泵是一种不可缺少的设备,它是通过原动机的机械能或其他外部能量使液体能量增加。通过电机的圆周运动,使泵内部的隔膜做往复式运动,从而对一定体积的泵腔内的空气拉伸、压缩而形成负压,在外界大气压与泵抽气口处将会有一定的压力差,由于压力差的影响,将气体吸入泵腔之内,再从排气口排出就是泵的工作原理。

泵可输送的液体有很多种类,大致包括油、水、乳化液、悬乳液、和液态金属等,也可输送含悬浮固体物的液体以及气液混合物。介质温度高达800℃,低至-260℃。其流量范围从每小时几十毫升到每小时几十万立方米且维修周期较长。另外,泵是一种大众使用机械,应用十分广泛,而且随着现代社会的各种新兴领域的发展,新型泵也在不断出现。例如:油气混输泵、心脏泵、计算机冷却泵、导热油泵、烟气脱硫泵、空调泵、水推进泵等。

2 国内外抽水泵的发展现状

与国外发达国家泵行业相比,国内的水泵行业起步较晚,发达国家为占据泵行业全球经济一体化中的领先地位,都加强了其科学研究方面的投入。随着高精度、高自动化程度、多功能化以及泵内部特性测试的泵测试技术的研究和发展,国外作为传统产业的泵技术不断进步。

中国泵行业的发展起来是在新中国成立以后,特别是在1978年以后,泵行业有了高速的发展。去除极少量的特殊环境使用的泵类产品,我国自主研制和开发的泵类产品基本能满足国民经济各部门的需要。近年来,我国通过引进吸收、改革创新各行业尤其是石油、流程、建筑等工业的高速发展,我国泵类产品的技术水平有了很大的提升,中国的泵行业逐渐繁荣起来。改革开放以后,国内研究单位对泵行业投入了大量的人力、物力和财力,随着计算机和自动控制系统的发展,科研单位开发的水泵测试装置为水泵质量的提高和水泵性能的完善起到了决定性的作用。但是,国内产品的总体技术水平与国外相比依然存在一定的距离,一些生产落后的、面广量大的通用泵类产品依然被很多公司使用。

同国外泵业相比,中国泵业在很多方面还是存在一些问题,尤其是设计能力、技术创新能力和性能等方面。水泵的发展与很多行业不可分离如:模具制造、材料加工、机电行业等都会对泵的类别、结构形式、制造质量和产品更新速度有很大的影响,目前而言,国内泵产品大多不能达到世界先进水平。究其原因,主要是由于国内泵行业研究时间短,基础比较薄弱,且受到经济形式、试验方法等条件的局限。

1-电机、2-减速器、2.1-主动轮、3-从动轮、4-支架5-转轮6-调节块、7-滑块8-连杆、9-接头、10-主轴、11-缸体、12-底座

10.1-活塞、10.2-单向阀甲11.1-单向阀乙、11.2-排水

3 传统抽水机的劣势

现在的抽水机大多用钢材加工,特别是一些大型的抽水机设备。但抽水机的工作环境比较恶劣,容易出现金属腐蚀的现象。抽水机的活塞长时间工作下,易造成磨损,而且一般都浸泡在液体介质中,也很容易发生一些腐蚀。一般活塞式抽水机都是通过使用杠杆原理,通过人力压手柄,带动活塞运动,费时费力。离心式抽水泵的叶片是其核心部件,但是叶片长时间在水压冲击下,容易发生疲劳断裂。特别是一些腐蚀介质存在的情况下,其疲劳寿命会大大缩减。另外,多级离心水泵平衡盘泄漏3%~5%的额定流量所引起水泵效率降低及能量消耗。传统水泵采用填料密封常产生泄漏、磨轴、更换维护检修困难的缺陷。影响水泵寿命和其系统用电量的因素主要有系统各环节的效率、流量、运行时间与扬程。所以,在满足各项生产指标的前提下,采取有效措施提高效率,降低流量和扬程,缩短水泵的运行时间,就能有效减少水泵用电量。

4 自行设计的新型抽水泵

抽水机在工农业生产中有着广泛的应用。在一些特殊行业,往往需要简易高压抽水设备。本实用新型设计了一种新型移动式活塞抽水机,结构简单,方便安装和移动,利用转轮带动活塞往复运动,可实现临时场所的简易高压抽水。本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足,提供了一种新型移动式活塞抽水机,结构简单,方便安装和移动,利用转轮带动活塞往复运动,可实现临时场所的简易高压抽水。

其技术方案是:主要由电机、减速器、从动轮、支架、转轮、调节块、滑块、连杆、接头、主轴、缸体和底座组成,所述电机、减速器、支架、缸体安装在底座上,所述电机输出轴与减速器输入轴连接,减速器输出轴上的主动轮和从动轮依靠皮带连接,所述从动轮与安装在支架上的转轮同轴连接,所述调节块安装在转轮上,所述滑块利用销钉固定在调节块上,所述连杆一端安装在滑块上,连杆另一端安装在接头上,所述主轴一端安装有接头,主轴另一端设有与缸体同轴配合的活塞,活塞上设有单向阀甲,所述缸体设有单向阀乙和排水口。抽水机工作时,电机通过减速器减速,减速器通过主动轮带动从动轮转动,从动轮带动转轮转动,转轮依靠调节块和滑块带动连杆运动,连杆通过接头和主轴带动活塞在缸体内部伸缩。当吸水时,活塞向左移动,设在活塞上的单向阀甲关闭,设在缸体底部的单向阀乙打开,水从单向阀乙进入缸体内部;排水时,活塞向右移动,单向阀甲打开,单向阀乙关闭,水流经过单向阀甲由排水口排出。通过改变滑块在调节块上的位置,可实现活塞伸缩行程的调节。

结合附图1-2对本实用新型作进一步描述。

本发明的有益效果是:结构简单,方便安装和移动,利用转轮带动活塞往复运动,可实现临时场所的简易高压抽水。新型抽水机可以选则一些耐腐蚀的材料如铝合金等,活塞可以用一些耐磨,耐腐蚀的橡胶,如硅橡胶等。

5 抽水机的发展趋势

水泵在国内拥有广阔的应用市场,各行各业对水泵的高性能、高质量要求越来越高。泵产品主要在食品工业用泵、城市供水、环保与污水处理用泵和危险介质用泵等才可具有最佳增长机会,并沿着减少污染、控制泄漏、降低制造成本和能耗的方向发展。

未来几年,中国水泵的需求点依然集中于电力、化工、水利、供水等行业,但是国家政策的导向也会使水泵需求领域进一步扩展,其中节能减排将会成为推动中国水泵制造业的持续发展的又一触点,因此水泵需求利用好因素将会持续作用于水泵行业。

水泵抽水 篇2

2001年8月21日哈尔滨电机厂有限责任公司与河南省电力公司南阳回龙抽水蓄能发电分公司正式签订了260MW高水头水泵水轮机及高转速发电电动机供货合同。该项目是该公司第一个引进关键技术独立设计制造的抽水蓄能机组, 它标志着我公司的抽水蓄能技术从科研阶段走向了生产实施阶段。

1 电站主要参数

1.1 水位。

上库正常蓄水位:899.0m;上库正常低水位:885.0m;下库正常蓄水位:502.0m;下库正常低水位:487.0m。

1.2 库容。

上库总库容:118.4万立方米;上库发电库容:104.5万立方米;下库总库容:129.0万立方米;下库发电库容:99.0万立方米;日发电历时:约5~6h;日抽水历时:约6~7h。

1.3 水头。最大毛水头:416.0m;最小毛水头:374.4m;水轮机额定净水头:379.0m。

1.4 泥沙特性。汛期多年平均过机含沙量:0.023kg/m3;多年平均过机含沙量0.006kg/m3。

1.5 安装高程。导叶中心线高程:438.0m。

2 水泵水轮机主要参数的选择

2.1 比转速与比速系数。

从对国内外大中型混流式水泵水轮机水泵工况比转速随水泵扬程变化的关系可以得出, 对回水电站其水泵工况的比转速应在28~35m·m3/s之间, 相应的比速系数在540~720之间。

2.2 额定转速的选取。

对于回龙电站可选的额定转速为600r/min和750r/min, 对应的水轮机工况比转速分别为88.96m·kw、111.2m·kw。比速系数分别为1732.2、2165.0。

综合比较最终选用750r/min, 这样对回龙电站既先进又安全可靠。

2.3 吸出高度与空化系数。

通常以水泵工况的空化特性来选定可逆式水泵水轮机的吸出高度。随着水泵工况的比转速提高, 要求机组有更大的淹没深度。根据对已建的抽水蓄能电站的统计曲线可得出, 对于回龙电站, 在水轮机工况的比转速为100~125m·kw之间时, 电站的装置空化系数约为0.095~0.14之间。回龙电站模型试验表明, 在水泵的扬程范围内, 临界空化系数在0.063~0.111之间, 相应的K值为1.7左右, 空化性能有足够的余量。

2.4 水泵水轮机主要参数。

型号:HLN111-LJ-220;转轮直径:2205mm;额定转速:750r/min;水轮机工况旋转方向:俯视顺时针;比转速;水轮机工况最优比转速 (相应的净水头489.5m) :88.2m·k W;水泵工况最优比转速 (相应的净扬程400m) :31.8m·m3/s;水轮机工况额定水头:379.0m;水轮机额定出力:61.5MW;水轮机额定流量:17.9m3/s;水轮机额定效率:90.3%;水泵最高扬程:424.4m;水泵最大入力:65.6MW;水泵最高效率:93.46%;水泵最大流量:16.25m3/s;最大飞逸转速:1087.5r/min;稳态飞逸转速:1050.0r/min;最小淹没深度:45.0m。

3 主要结构特征

3.1 总体布置。

回龙抽水蓄能电站水泵水轮机型式为立轴、单级、混流式。水泵水轮机与50周波发电电动机连接。转轮旋转方向为:水轮机工况为俯视顺时针旋转, 水泵工况为俯视逆时针旋转。投入商业运行后可采用中拆方式对水轮机进行检修机组转轮的更换。

3.2 埋入部分的设计

3.2.1 尾水管的设计。

由于正常运行时最高尾水压力达64m, 过渡工况尾水管进口的最大脉动压力达110m, 采用三峡尾水管的强度计算方法解决了回龙尾水管的强度计算问题。

由于管路系统的复杂性及尾水管的压力脉动幅值较高, 管路系统的开孔补强按GB150压力容器标准进行管路开孔的补强设计。

3.2.2 蜗壳座环的设计。

回龙水泵水轮机蜗壳座环的设计压力 (升压) 为580m, 试验压力870m。座环与蜗壳采用整体无舌板结构, 座环环板采用抗撕裂钢板DIN TSTE355-Z35, 蜗壳钢板和固定导叶材料采用JIS NK-HITEN610U制造。蜗壳的所有焊缝包括与座环的连接焊缝都作100%X射线 (RT) 探伤。运用有限元分析对座环在不同运行工况下的受力情况进行刚强度计算分析, 打压工况下, 蜗壳座环最大变形在蜗壳的顶部, 最大变形值为0.51mm, 蜗壳座环最大应力在固定导叶的进口端与上环板的接点处, 最大应力为384.7MPa。蜗壳按60%的升压580m即348m水头进行保压浇注的方式进行。采用部分压力保压浇注, 使整个机组与厂房机墩成为一个整体, 减少机组的振动。

3.3 导水机构。

利用自己开发的计算程序, 对发电工况、抽水工况、水轮机工况甩负荷、水泵造压四种不同的工况进行了水轮机主要部件承压压力的计算。

运用有限元分析, 根据上述程序对承压部件的压力的分析结果对顶盖在不同运行工况下的受力情况进行刚强度计算分析, 抽水工况下顶盖最大峰值应力60.9MPa, 最大变形为0.394mm;发电工况下顶盖最大峰值应力59.5MPa, 最大变形0.385mm;发电工况甩负荷时顶盖应力最大峰值应力88.5MPa, 最大变形0.581mm;造压启动工况下顶盖最大峰值应力99.8MPa, 最大变形0.657mm。造压启动工况下活动导叶的运行工况最为恶劣, 在该工况下活动导叶瓣体最大拉应力值为196.7MPa。活动导叶最大综合应力发生瓣体下端面与下环板的接点处, 最大应力为288.163MPa, 活动导叶最大弯振频率为515HZ, 活动导叶一阶最大扭转频率为362HZ, 活动导叶二阶最大扭转频率为638HZ。为满足机组管路布置的需要, 取消外围板, 保证了机坑内管路的布置。从电站的实际试运行的结果看, 顶盖的径向振动和垂直振动均在允许的范围内。

3.4 转动部分

3.4.1 主轴密封的设计。

由于机组的各向尺寸较小, 主轴密封采用分段径向式密封, 结构紧凑, 有检修和维护方便的优点。主轴密封处安装有可更换的轴套, 避免了大轴的磨损。主轴密封的密封材料采用加拿大高分子塞龙 (Tordon SXL) 材料, 具有低摩擦系数, 高耐磨性, 高弹性。从电站试运行结果看, 主轴密封的漏水量较小, 顶盖内的潜水电泵始终没有启动。主轴密封的现场运行结果达到了预期的目的和效果。

3.4.2 主轴检修密封。

虽然尾水压力较高, 但仍采用空气围带式主轴检修密封, 因哈电在此方面有较丰富的加工制造经验, 并保证在该部件出厂前在1.1~1.3MPa下进行气压试验和动作试验进行。从电站试运行的结果说明在较高尾水位的情况下该主轴检修密封也具有较高的可靠性。

3.4.3 水轮机大轴及键的设计。

由于机组在造压启动工况和过渡过程工况两种情况下水力不平衡力矩对轴系的冲击将无法按理论计算精确给出。回龙水泵水轮机轴与转轮的连接方式确定为键传递。键传递的方式更能确保机组运行的安全可靠性。

3.4.4 水导轴承的设计。

轴瓦支顶采用对称中心支顶方式。由于机组小、转速高、又是可逆机组, 分块瓦轴承的油循环和常规的分块瓦轴承油循环不同。水导轴承的冷却器和油泵采用外冷方式, 轴承设计负荷为50KN。瓦长:150mm, 瓦宽:150mm, 采用L-TSA30润滑油。

回龙抽水蓄能电站的2×60MW机组动平衡试验在1#机进行了2次, 2#机进行了1次后, 机组在发电和抽水工况下, 在水导轴承处的摆度单边均不超过0.2mm。由于机组转速很高, 水导轴承分块瓦瓦温偏高, 但在正常范围内。由此说明此水导轴承设计是合理的, 外循环的冷却效果良好, 能够满足机组的要求。

3.4.5 转轮。回龙电站两台转轮均由日本日立公司设计制造。

3.5 油水汽系统

3.5.1 充气压水系统。

为满足转轮室压水用气等条件, 机组设有充气压水装置的全套中压空气系统压缩设备。空压机为多级、水冷、活塞往复式。每台空压机均配有气水分离器等。

空压机起动和停机除由压力信号器自动控制外, 还配有手动操作系统。转轮室的充排气, 按自动控制方式执行, 并配有手动操作补气装置。调速器与进水阀压力油罐补气和停止补气通过油位信号器和压力信号器自动控制, 也能手动操作。

每台水泵水轮机配置压水用的贮气罐, 按空压机不补气情况下, 能够完成2次压低水面操作设计的。贮气罐底部的污水排放管和阀门用以排除贮气罐底部的污水。每台水泵水轮机的调速系统与进水阀操作系统补气装置配置1个1m3气罐。

充气压水装置的研究和设计不仅填补了公司在蓄能机组气系统管路方面的空白, 而且同时丰富了在高水头水轮机组气系统设计方面的经验。

3.5.2 水管路。

水泵抽水 篇3

以前我国不能生产大型的抽水蓄能发电机组。近年来哈电机公司通过与国外厂家合作设计制造了一些项目的抽水蓄能发电机组, 如回龙、白山、青松、宝泉等电站项目, 掌握了真机设计及加工制造技术, 并逐步了解国外厂家技术发展的路线和水平。但是, 作为机组的核心技术包括水力性能的研究开发等, 依然严加保密、拒绝高价转让。

最近几年, 国家“发改委”确定由响水涧电站作为我国抽水蓄能电站的第一个国产化项目, 并明确指出:电站机组设备完全由国内厂家自主开发、设计和制造。

抽水蓄能发电机组国产化的关键是水泵水轮机的国产化, 其核心技术就是水泵水轮机水力性能的自主开发。因此, “发电设备国家工程研究中心”特设立为重点攻关课题。

通过技术引进、消化、吸收和再创新, 几年来取得了许多重大科研成果, 其中包括:自主开发的这种可逆转的大型水泵水轮机的各项水力性能, 已经完全达到了世界先进水平。

1 开发的难度

(1) 在水力性能开发的过程中, 既要兼顾水轮机运行工况和水泵运行工况两者的匹配关系, 又要保证两者都具有优良的水力性能。这是一项两难的课题。

(2) 由于考虑到电站要求具有备用库容发电的能力, 必须加大电站水头的变化幅度:国产机组 (响水涧电站) 毛扬程的最大值与最小值之比高达1.2546, 比法国的比值1.1604 (白莲河电站) 大很多, 这在保证水泵水轮机的能量、空化指标和压力脉动水平方面, 都增加了难度。

2 优化的创新

在开发过程中, 完成了参数论证选择、通流部件水力设计与优化、模型装置研制, 以及A958、A971、A979等3个转轮的水力性能开发和模型试验研究;应用综合性能良好的A971水泵水轮机转轮参与项目投标取得成功;优化设计了A999转轮, 并完成详细的性能对比试验。

优化的结果表明:A999转轮的综合性能优于A971, 最终确定A999为模型验收转轮。A999转轮通过了业主的模型验收, 各项性能指标完全满足合同要求。

在优化过程中, 还采用了下述两种经过创新的优化手段:

2.1 两种运行工况的匹配

在优化过程中, 对水泵水轮机转轮参数优化方向的选择进行了创新:兼顾了水轮机和水泵两种运行工况时的目标性能要求。并在满足水泵运行工况的目标性能要求的同时, 应用水轮机运行工况的结果进行参数校核。

2.2 运行稳定性的改善

为了探索水泵运行工况时转轮出水边处的叶片几何形状, 对无叶片区域 (是指:转轮叶片与“导叶”之间的空隙区域) 稳定性的影响, 采用了创新的设计思想:使转轮叶片出水边处 (靠近上冠位置) 向后倾斜, 并使叶片的出水边与“导叶”的“进水边”之间的空间呈现交错状态、而不是像常规那样的平行状态。

3 主要性能指标

根据验收试验结果, 开发的水泵水轮机转轮的主要性能指标如下:

3.1 在水泵工况下。

水泵水轮机转轮的最高效率为91.29% (模型值) 和93.31% (原型值) ;加权平均效率为91.10% (模型值) 和93.14% (原型值) ;临界空化系数σ-0.2为0.225;最大压力“脉动值”为23.5%。

3.2 在水轮机工况下 (运行区) 。

水泵水轮机转轮的最高效率为91.83% (模型值) 和94.16% (原型值) ;加权平均效率为88.94% (模型值) 和91.21% (原型值) ;临界空化系数σ-0.2为0.134;最大压力“脉动值”为6.43%。

验收试验的结论是:在水泵和水轮机两种运行工况下, 开发的转轮都具有优良的能量指标、空化指标和压力脉动性能;其综合特性也完全满足合同要求。

4 国内外效率对比

在兼顾抽水和发电两种运行工况时, 对水泵和水轮机的效率所追求的目标是都应该达到最优值。国内外水泵水轮机的效率水平对比 (表1) 证明:我国自行开发的响水涧电站的水泵水轮机效率指标基本上达到了世界先进水平。

5 压力脉动水平

5.1 水泵工况。

测点的位置安排在:蜗壳进口、“导叶”后部/转轮前部、顶盖与转轮之间、锥管上游、锥管下游、肘管内侧、肘管外侧等处。测量结果表明:在“导叶”后部和转轮前部之间的位置的压力脉动值, 国内外均为最大值。但是国内 (响水涧) 为3.5%, 优于国外 (法国生产的白莲河机组为8%) 。

5.2 水轮机工况 (正常运行区。

测点位置在蜗壳进口、“导叶”后/转轮前、顶盖与转轮之间、锥管上游、锥管下游、肘管内侧、肘管外侧等处。测量结果表明:最大压力脉动幅值处在锥管的上游部位, 国内为6.43% (响水涧) , 国外为5.7% (白莲河) 。国内外相差不大。

5.3 水轮机工况 (空载。

测量结果表明:在水轮机空载运行工况下, 在“导叶”的后部和转轮前部区域的压力脉动幅值为最大。对比结果表明:国内外的水平相当。

5.4 对比结果。

压力脉动水平的对比结果表明:国产的水泵水轮机 (响水涧) 在水泵工况运行区域的最大压力脉动幅值要比国外 (白莲河) 的小;在水轮机工况运行区域的压力脉动水平国内外两者相差不多。

6 结论

(1) 大型抽水蓄能电站水泵水轮机的国产化, 填补了国内空白, 达到了世界先进水平。完全可以取代进口产品。

(2) 由于自行研制开发, 具备了完全自主的知识产权, 在激烈的国际市场竞争中, 已经中标取胜:成功地签订了4台 (套) 机组、总额达陆亿叁仟陆佰柒拾壹万元的合同。

水泵抽水 篇4

黑麋峰电站位于湖南省长沙市望城区桥驿镇境内, 是湖南省第一座抽水蓄能电站。电站安装4×300MW单级立轴混流可逆式机组, 总装机容量1200MW, 设计年发电量16.06亿k Wh, 年抽水耗用低谷电量21.41亿k Wh, 年发电利用小时数1338h, 年抽水利用小时数1732h, 主要担负着湖南及华中电网的调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。黑麋峰电站机组基本参数见表1。

2 水泵水轮机S特性解决方案

黑麋峰电站于2007年1月在法国ALSTOM公司完成水泵水轮机模型验收试验, 结果表明在能量性能、空化性能、压力脉动、水泵工况驼峰裕量等方面均满足合同保证值要求, 在能量性能方面较为突出。但在全特性试验中, 水轮机空载区域出现了较明显的S特性。

为了避免S特性对水轮机并网的影响, ALSTOM公司采用了非同步导叶预开启方案, 并进行了模型试验。试验时, 将对称分布的2组 (两两相邻) 4个导叶, 5、6和15、16号预先开至250°, 其它导叶开度调整范围为0~60°, 完成了新的全特性试验。在水轮机运行范围内, S形特性已基本消除, 同时ALSTOM根据该模型试验结果进行了模拟分析, 认为在整个运行范围内水轮机启动稳定, 在最低水头, 电网频率50.5Hz下启动也不存在问题。

3 消除S特性的真机解决方案

黑麋峰电站水泵水轮机真机设计中, ALSTOM公司并没有按试验和计算结果采用4个非同步导叶的方案来解决S特性问题, 而是采用了编号为4、5、6和14、15、16的6个非同步导叶, 分2组对称布置。

在真机实际调试过程中, 当水轮机低水头启动, 机组转速上升到270r/min左右时, 转速出现较大波动无法继续上升, 这时机组显然已进入S区, 只有投入非同步导叶进行解决。经过论证, 最终采用非同步导叶开启, 具体如下:水轮机工况低水头起动, 所有导叶同步开启, 机组转速逐步上升, 当达到额定转速的70%时, 4号和14号导叶非同步开启经6秒左右增加100°, 而5、15和6、16号这2组导叶也非同步开启经9秒左右增加220°, 此时机组转速稳步上升并超过100%额定转速, 这时所有导叶在控制环控制下一起略关小, 将转速降至300r/min的水轮机额定转速, 水轮机成功并网。

4 S特性优化方案探讨

4.1 水泵水轮机非同步导叶方案探讨

黑麋峰电站在模型试验时采用4个非同步导叶, 相邻对称布置和各导叶预开开度相同的方式。而在真机操作上却采用了6个非同步导叶, 相邻对称布置, 各导叶预开开度均不相同的方式, 虽解决了并网问题, 但也带来了机组振摆加大的后果, 就实际采用非同步导叶解决S特性问题, 是最为经济的一种方案。根据模型试验结果, 结论如下:

(1) 采用各非同步导叶预开方案均能不同程度上改善S特性, 增加安全余量, 有利于空载工况的稳定和并网。

(2) 对于不同的导叶预开启方案, 非同步导叶均匀布置方案略强于对称布置方案。

(3) 对于任一预开启方案, 非同步导叶预开启角度越大, S特性安全余量越大。

(4) 不同预开导叶方案下尾水管、蜗壳进口的压力脉动幅值基本相当。

(5) 不同预开导叶方案下导叶后转轮前、顶盖的压力脉动幅值有一定的变化, 均比相应的导叶同步条件下要大, 但增加幅度不大。

(6) 预开导叶角度越大, 导叶后转轮前及顶盖的压力脉动相应增加。

4.2 S特性水力优化方案设想

消除S特性的影响, 应当在水力设计上进行优化, 使S特性区推出水轮机运行范围并留有一定的余量。通常认为, 在模型试验全特性曲线上, 飞逸线正好相交在某开度线的正负斜率变化点上 (最大单位转速点) , 则认为该点为S特性稳定区临界点, 以此单位转速计算出相应水头, 其与最小水头差值即为S特性余量。

黑麋峰电站机组已投运, 重新进行全新水力开发难度大, 可以从活动导叶和转轮型线优化设计考虑S特性优化。根据S特性余量计算方法, 其S特性余量约为-32m左右, 即从水力优化上要使S特性提高至少约32m的量才能基本消除运行区内S特性。而大多数观点认为要保证水轮机空载稳定性, 不仅水轮机运行范围内没有S特性, 而且要求留有较大余量, 虽然这一余量值没有统一要求, 但近年一批抽水蓄能电站招标均在20m或40m以上, 如果只优化活动导叶可以提高S特性余量30m左右, 而活动导叶连同转轮一起优化, 大约可以提高40m以上。因此可以认为对黑麋峰电站水泵水轮机S特性进行水力优化, 即便导叶转轮同时更换, 也只可使其S特性余量在约10m左右, 而要达到20m以上, 其难度相当大。

5 结论