废弃矿井抽水蓄能电站“大落差、小空间、水质差”的特点决定了废弃矿井抽水蓄能电站水泵水轮机需要满足“超高水头、小体积、高耐蚀”的要求。目前适用于废弃矿井抽水蓄能电站的水泵水轮机的研究还不够全面，以矿井水为工作介质的水泵水轮机腐蚀-磨损-空蚀耦合机理还不够系统，针对新能源消纳的水泵水轮机频繁切换工况过渡过程还不够明确，需要进一步开发水泵水轮机水力实物模型设计优化技术，研发水泵水轮机频繁切换工况过渡过程安全稳定运行技术，研究矿井水条件下水泵水轮机腐蚀-泥沙磨损-空蚀耦合机理及协同控制技术。
Underground pumped storage station (UPSS) using abandoned mine is a newly emerging technology, which has great significance to adjust the energy industrial structure of China in the future. Pump-turbine is the key equipment of UPSS. The characteristics of large drop, small space and poor water quality of UPSS requires the pump-turbine to be of ultra-high head, small volume and high corrosion resistance. Through the analysis of domestic and foreign research status, it is found that the research on pump-turbine in UPSS using abandoned mine is not comprehensive, the study on the corrosion mechanism of pumpturbine with mine water as working medium is not systematic, nor the transition process of pump-turbine frequently switching working conditions for new energy consumption is clear. Therefore, it is suggested to further develop a hydraulic model design optimization technology, research safe and stable operation technology in the transition process in frequent switching conditions, and study the coupling mechanism of corrosion-sediment wear-cavitation erosion and collaborative control technology.
[1] 古德生, 周科平. 现代金属矿业的发展主题[J]. 金属矿山, 2012(7):1-8.
[2] 程云山. 水泵水轮机"S" 特性区危害及解决对策[J]. 水力发电, 2008, 34(6):70-73.
[3] 刘德民, 姚李超. 超高水头抽水蓄能电站水泵水轮机水力特性研究[C]//中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会会议论文集. 北京:中国水力发电工程学会, 2015:183-188.
[4] 孙跃昆. 低比转速水泵水轮机驼峰稳定性及其影响因素研究[D]. 北京:清华大学, 2016.
[5] 阳春树. 超高水头抽水蓄能机组选型与水力稳定性研究[D]. 西安:西安理工大学, 2017.
[6] 陈金霞. 水泵水轮机驼峰区和S区迟滞效应试验研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2017.
[7] 阮辉. 考虑流体可压缩性的高水头水泵水轮机性能研究与优化[D]. 西安:西安理工大学, 2018.
[8] 宫让勤, 高欣. 回龙抽水蓄能电站水泵水轮机[J]. 大电机技术, 2011(6):43-46.
[9] 毛拥政. 三河口水利枢纽主要技术问题和设计方案[J]. 中国水利, 2015(14):86-88.
[10] 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.
[11] 刘旸, 宋翔, 熊建平. 清远抽水蓄能电站水泵水轮机主轴密封设计探讨[J]. 水电与抽水蓄能, 2018, 4(1):67-71.
[12] 李军. 洪屏抽水蓄能电站300 MW机组主要结构及技术特点[J]. 水电站机电技术, 2017, 40(5):48-52.
[13] 李琪飞, 龙世灿, 周峰. 导叶不同开度下水泵水轮机内流特性分析[J]. 排灌机械工程学报, 2020(1):32-37.
[14] Nicolet C, Ruchonnet N, Alligne S, et al. Hydroacoustic simulation of rotor-stator interaction in resonance conditions in Francis pump-turbine[C]//25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. Romanian:IOP, 2010, doi:10.1088/1755-1315/12/1/012005.
[15] Botero F, Hasmatuchi V, Roth S, et al. Non-intrusive detection of rotating stall in pump-turbines[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2014, 48:162-173.
[16] Jung A. Development of a reliable very high-head pump turbine considering challenging hydrodynamics[C]//26th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. Beijing:IOP, 2012:115-123.
[17] Anciger D, Jung A, Aschenbrenner T. Prediction of rotating stall and cavitation inception in pump turbines[C]//25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. Romanian:IOP, 2010:261-270.
[18] 陈乃祥, 容伟洪, 梅祖彦, 等. 装有可逆式水泵水轮机的高水头抽水蓄能电站过渡过程计算与研究[J]. 大电机技术, 1988(6):45-56.
[19] 常近时, 白朝平. 高水头抽水蓄能电站复杂水力装置过渡过程的新计算方法[J]. 水力发电, 1995(2):51-55.
[20] 邵卫云. 带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真及其应用[D]. 杭州:浙江大学, 2004.
[21] 侯才水. 可逆式机组甩负荷水力过渡过程的优化[J]. 南昌水专学报, 2004, 23(2):75-78.
[22] 王林锁. 抽水蓄能电站水力过渡过程调节控制研究[D]. 南京:河海大学, 2005.
[23] 刘星星. 水泵水轮机过渡过程半实物仿真平台的软件设计与实现[D]. 武汉:华中科技大学, 2013.
[24] 郭耀峰. 高水头大容量水泵水轮机过渡过程计算研究[D]. 西安:西安理工大学, 2017.
[25] 张晓曦, 陈秋华. 水泵水轮机甩负荷过渡过程尾水管水柱分离数值模拟[J]. 水动力学研究与进展, 2019, 34(6):749-755.
[26] 沈维义, 林雁庆. 水头变幅大的水电站混流式水轮机额定水头及最优工况水头选择的探讨[J]. 水电站设计, 1998, 14(2):27-32.
[27] 刘锦, 李永贵, 何润兵. 全数字直流调速装置在水力试验中的控制应用[J]. 东方电机, 2002, 30(1):38-41.
[28] 刘胜柱, 罗兴錡, 梁武科. 水头变幅大的混流式水轮机水力设计[J]. 水力发电学报, 2003(4):105-111.
[29] 刘胜柱, 罗兴锜, 郭鹏程, 等. 水头变幅大的混流式水轮机CFD分析与优化[C]//2004年水力发电国际研讨会论文集(下册). 宜昌:中国水力发电工程学会, 2004:39-43.
[30] 何国任, 周思妤. 水头变幅大的水电站采用双速发电机提高水轮机效率的研究[C]//第十九次中国水电设备学术研讨会论文集. 大连:中国动力工程学会, 中国水力发电工程学会, 中国电机工程学会, 2013:366-371.
[31] 陈锐, 田娅娟, 王鑫, 等. 超宽水头变幅水泵水轮机参数选择及优化设计研究[J]. 水利水电技术, 2016, 47(1):85-89.
[32] 毛敏. 三河口电站大容量四象限变频调速方案研究[D]. 西安:西安理工大学, 2018.
[33] H. 霍瑟, 周丽莲. 高水头混流式水轮机转轮和水泵转轮的新技术[J]. 水利水电快报, 2007, 28(13):29-31.
[34] 庞立军, 吕桂萍, 刘晶石, 等. 高水头水泵水轮机转轮的抗振防裂纹设计[J]. 机械工程学报, 2013, 49(4):140-147.
[35] 徐用良. 混流式水泵水轮机转轮应力测试模型试验研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2017.
[36] 何玲艳.水泵水轮机转轮动力特性研究与共振预测[D]. 北京:中国农业大学, 2018.
[37] 滕喜彬. 大型水泵水轮机组转子动力学模型研究[J]. 自动化应用, 2019(7):107-109.
[38] Egusquiza E, Mateos B, Escaler X. Analysis of runner stator interaction in operating pump-turbines[C]//21th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. Lausanne:IOP, 2010:9-12.
[39] Egusquiza E, Valero C, Valentin D, et al. Condition monitoring of pump-turbines. New challenges[J]. Measurement, 2015, 67:151-163.
[40] 丁奇, 王立平, 胡丽天, 等. 织构化类金刚石薄膜的制备及其水润滑行为研究[C]//中国机械工程学会摩擦学分会会议论文集. 北京:中国机械工程学会, 2009:567.
[41] 郝玉喜. 蒙乃尔合金表面激光改性层的制备及空蚀性能研究[D]. 沈阳:沈阳工业大学, 2012.
[42] 方勇. 超音速火焰热喷涂WC抗磨蚀涂层关键技术研究与应用[D]. 杭州:浙江工业大学, 2016.
[43] 文树洁, 熊欣, 张建. 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机关键技术浅析[J]. 水电与抽水蓄能, 2017, 3(5):11-18.
[44] 杨宛利. 高水头混流式水泵水轮机空化特性研究[D]. 西安:西安理工大学, 2017.
[45] Sato K, Shimojo S. Detailed observations on a starting mechanism for shedding of cavitation cloud[C]//Fifth International Symposium on Cavitation. Osaka:Cavitation Symposia, 2003:Cav03-GS-4-009.
[46] Grekula M, Bark G. Experimental study of cavitation in a Kaplan model turbine[R/OL].[2021-05-31]. https://core.ac.uk/download/pdf/9412459.pdf.
[47] Roger E A. Some remarks on hydrofoil cavitation[J]. Journal of Hydrodynamics, 2012, 24(3):305-314.
[48] 杨静, 韩文福, 周喜军. 水泵水轮机比转速与空化系数统计分析[J]. 水利水电技术, 2019(3):117-123.
