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高水头水泵水轮机的淹没深度的认识

高水头水泵水轮机的淹没深度,按水泵水轮机无空蚀和各种过渡过程中尾水管不发生水柱分离确定。抽水蓄能电站水泵水轮机的淹没深度都很大, 因而机组安装高程较低,我国已投运的电站使用的高水头机组如西龙池已用到吸出高度为-75m,国外抽水蓄能电站神流川最高达-104m。

在水泵水轮机甩负荷过程中水锤作用使尾水管断面平均压力大幅下降,伴随着甩负荷过渡过程中转轮转速迅速升高,转轮出口断面外侧出现强烈的旋转水流,使断面中心压力低于外侧压力,即使断面平均压力仍大于水的汽化压力,其中心局部压力可能低于水的汽化压力而出现水柱分离现象。水泵水轮机过渡过程的数值分析中只能给出管道各截面的平均压力,只有通过甩负荷过渡过程全模拟试验才能确定局部压力降低值,以避免尾水管中出现水柱分离的现象。

高水头水泵水轮机的淹没深度,不仅要满足防空蚀要求,还要保证各种过渡过程中尾水管不发生水柱分离现象。超高水头水泵水轮机均采用了较大的淹没深度,以避免过渡过程水柱分离现象,确保电站引水系统和机组的安全,如葛野川最小抽水蓄能电站淹没深度为-98m,神流川抽水蓄能电站最小淹没深度为-104m。国内的绩溪抽水蓄能电站是-85m,敦化是-94m,长龙山是-94m,阳江是-100m.

对于同一水泵水轮机来说, 其偏离最优工况越远, 其受的空蚀强度越大。在高扬程、小流量工况, 大多数流线处为较大的正冲角, 在叶片吸力面的负压区易产生空蚀; 在低扬程、大流量工况, 叶片压力面负冲角较大, 易出现脱流现象, 进而导致叶片压力面的空蚀。一般对于水头变化幅度较大的电站,空化系数也相应较大, 以较低的安装高程才能满足在低扬程及高扬程工况运行时完全不发生空化。

因此, 水头变幅较大, 其吸出高度值也相应加大才能满足条件。如清蓄淹没深度-66m,梅蓄-68m,因为梅蓄水头变幅更大,梅蓄的调保实现更难。

据悉,国外有一些抽水蓄能电站出现过水柱分离的现象。日本高水头水泵水轮机在制造厂进行过渡过程全模拟模型试验,对水柱分离现象进行比较深入的研究以确定水泵水轮机的安装高程。抽蓄电站最难的是系统的安全性问题,既要确保极端工况下蜗壳升压、尾水负压处在安全范围,又要确保水力性能达到一流水平,对于淹没深度的选取有较大的影响。


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