水泵水轮机在能源互联网中扮演着实现分布式能源存储和调节的重要角色,是抽水蓄能机组中的核心能量转换设备。而抽水蓄能作为全球目前发展最为成熟的储能技术,是我国优化能源结构的重要手段,但同时也面临着一些挑战。近年来,由于机组运行过程中遇到的一些因导叶工作异常所导致故障诸如导叶拒动等引起的事故时常发生,影响机组的稳定运行,故本文展开对水泵水轮机导叶水力矩特性研究。现有许多研究成果显示预开导叶的装设可以修正甚至消除水泵水轮机的“S”特性,所以本文侧重研究预开导叶开度和布置方式对导叶水力矩的影响,以某抽水蓄能机组为研究对象,借助国内某研究所工程中心水轮机试验台,结合试验结果对模型机进行非定常数值计算,主要围绕预开导叶开度和布置方式对导叶水力矩的影响,探究预开导叶不同开度、不同布置方式下的内流特性、压力脉动变化情况。主要研究内容如下:1.介绍了试验台基本情况及参数、实验方案,通过试验对导叶水力矩进行实测,获得了水轮机工况下,同步导叶和装设预开导叶时的导叶水力矩分布,同步导叶水力矩随着活动导叶开度的增大一致呈现线性减小的趋势,变化规律相同;在有预开导叶参与时,当同步导叶的开度超过25mm,二者的开度差值在8mm左右时,在此范围内装设预开导叶将会使得受力情况得到改善;2.研究预开导叶开度对导叶水力矩特性的影响。利用实验和数值模拟相结合的方法对预开导叶不同开度下的模型机进行实验和模拟的研究,并对预开导叶不同开度下的模型机进行非定常数值计算,探究导叶、转轮区域内部流态和压力分布情况,定量分析了预开导叶开度对导叶水力矩特性和无叶区压力脉动的影响。结果表明由于预开导叶的加入导致了流动状态的紊乱,开度越大,紊乱程度越强,从而对导叶水力矩产生了一定的消极影响,但却有效地改善了活动导叶及周围的受力情况。综合考虑,在4个预开导叶分散等距布置时,预开导叶开度为30mm时最宜;3.确定了合理的预开导叶开度后,探究了预开导叶的不同布置方式及数量对活动导叶的受力影响。对比分析不同布置方式及数量的预开导叶对导叶水力矩和无叶区压力脉动特性的影响。分析得出,在预开导叶个数一定的情况下,相比较于集中布置,对称布置下的预开导叶水力矩值更小,周期性更好。在预开导叶开度相同的情况下,预开导叶的个数由2个增加到4个,力矩值明显减小且变化平缓,幅值也缩小,4个预开导叶等距分散布置也使得转轮内流动呈现较好的轴对称性。