(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210712871.0 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区八一路 299号 (72)发明人 钱忠东　陆杰　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 黄靖 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) F03B 3/18(2006.01) (54)发明名称 改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方 法和水泵水轮 机 (57)摘要 本发明公开了一种改善水泵水轮机运行稳 定性的导叶设计方法和水泵水轮机， 其特征在 于， 对水泵水轮机的活动导叶进行以下两方面的 优化： 1)通过分析座头鲸鳍状肢截面实测数据， 以EPPLER  1214为基础翼型构建活动导叶， 相比 以传统NA CA翼型为基础构建的活动导叶， 新导叶 能够有效改善水泵水轮机的反S特性； 2)参照座 头鲸鳍状肢前缘突起结构， 在以EPPLER  1214翼 型为基础生成的仿生导叶前缘处设置2 ‑3个突 起， 前缘突起能够有效减 轻水泵水轮机无叶区低 频压力脉动。 本发明能够有效改善水泵水轮机的 反S形特性， 提高运行稳定性。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115081138 A 2022.09.20 CN 115081138 A 1.一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在于： 采用与座头鲸鳍状 肢截面形状相似的翼型作为活动导叶的基础翼型生成仿生导叶， 参照座头鲸鳍状肢前缘突 起结构， 仿生 导叶前缘设置突 起。 2.根据权利要求1所述的一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在 于： 1)用EPPLER  1214翼型替代原始活动导叶的基础翼型， 将EPPLER  1214翼型等比例缩放 使其弦长与原 始活动导叶的弦长一 致； 2)在以EPPLER  1214翼型为基础生成的仿生导叶前缘设置突起： 其中所述突起形状与 正弦波相近， 则仿生 导叶前缘满足如下公式： 式中， s为活动导叶展向长度； n为导叶前缘上突起的个数， 设流向为X轴方向， 活动导叶 的展向方向为Z轴方向， 坐标原 点为活动导叶前缘边的中点， x为活动导叶前缘在X轴上的坐 标值， z为活动导叶前缘在Z轴方向上的坐标值， λ为波长 。 3.根据权利要求2所述的一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在 于： 振幅A＝0.02 94c～0.0 343c， 波长 λ＝0.23 03c～0.3161c， 其中c为翼型弦长 。 4.根据权利要求2所述的一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在 于： 所述导叶前缘上突 起的个数n ＝2或3。 5.一种水泵水轮机， 其特 征在于： 具有参考座头鲸鳍状肢形状结构设计的仿生活动导叶。 6.根据权利要求5所述的一种水泵水轮机， 其特 征在于： 1)用EPPLER  1214翼型替代原始活动导叶的基础翼型， 将EPPLER  1214翼型等比例缩放 使其弦长与原 始活动导叶的弦长一 致； 2)在以EPPLER  1214翼型为基础生成的仿生导叶前缘设置突起： 其中所述突起形状与 正弦波相近， 则仿生 导叶前缘满足如下公式： 式中， s为活动导叶展向长度； n为导叶前缘上突起的个数， 设流向为X轴方向， 活动导叶 的展向方向为Z轴方向， 坐标原 点为活动导叶前缘边的中点， x为活动导叶前缘在X轴上的坐 标值， z为活动导叶前缘在Z轴方向上的坐标值， λ为波长 。 7.根据权利要求6所述的一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在 于： 振幅A＝0.02 94c～0.0 343c， 波长 λ＝0.23 03c～0.3161c， 其中c为翼型弦长 。 8.根据权利要求6所述的一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在 于； 所述导叶前缘上突 起的个数n ＝2或3。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115081138 A 2改善水泵水轮机 运行稳定性的 导叶设计方 法和水泵水轮机 技术领域 [0001]本发明属于流体机械及工程设备技术领域， 具体涉及改善水泵水轮机运行稳定性 的导叶设计方法和水泵水轮机 。 背景技术 [0002]抽水蓄能作为电力系统中可灵活调节的绿色清洁能源， 在与风电、 光伏等配合、 保 障电网安全稳定运行中起到至关重要的作用。 在实现 “双碳”目标的大背景下， 我国在规划 中明确了加速发展抽水蓄能的目标。 抽水蓄能电站的核心设备是水泵水轮机， 其安全稳定 运行便显得尤为重要， 而目前的水泵 水轮机性能曲线存在着 较明显的反S区， 这意味着水泵 水轮机在变工况运行过程中稳定性较差， 并引发强烈的压力脉动， 会 妨碍机组并网， 严重时 造成机组结构损伤破坏。 我国的抽水蓄能电站已发生多起 安全事故。 [0003]水泵水轮机的内部流场十分复杂， 其反S形特征形成的机理尚未完全得到解释。 一 些工程措施例如采用非同步导叶可以改善反S特性， 但导叶非同步开启会导致水轮机入流 的不平衡， 导致局部压力脉动增大， 噪声和振动等问题加剧， 降低了机组的疲劳强度， 同时， 单独的控制系统增 加了机组的运行、 维护成本 。 发明内容 [0004]本发明是为了解决上述问题而进行的， 目的在于提供一种改善水泵水轮机在反S 区运行稳定性的活动导叶设计方法和导叶结构。 该方法是通过对水泵水轮机运行在反S区 的流动机理的详细分析后提出的， 采用该方法的水泵 水轮机能够有效 改善其反S形特性， 提 高运行稳定性。 [0005]本发明的上述目的主 要是通过以下技 术方案得以解决的： [0006]一种改善水泵水轮机运行稳定性的导叶设计方法， 其特征在于， 采用与座头鲸鳍 状肢截面形状相似的翼型作为活动导叶的基础翼型生成仿生导叶， 参照座头鲸鳍状肢 前缘 突起结构， 在仿生 导叶前缘设置突 起。 [0007]进一步地， 前缘设有突 起的仿生 导叶具有以下 特征， 具体包括： [0008]1)用EPPLER  1214翼型替代原始活动导叶的基础翼型， 将EPPLER  1214 翼型等比 例缩放使其弦长与原 始活动导叶的弦长一 致； [0009]2)在以EPPLER  1214翼型为基础生成的仿生导叶前缘设置突起： 其中所述突起形 状与正弦波相近， 则仿生 导叶前缘满足如下公式： [0010] [0011]式中， s为活动导叶展向长度； n为导叶前缘上突起 的个数， 设流向为X  轴方向， 活 动导叶的展向方向为Z轴 方向， 坐标原点为活动导叶前缘边的中点，  x为活动导叶前缘在X说　明　书 1/4 页 3 CN 115081138 A 3