第一章绪论
1.1问题旳提出
水是一种再生性能源，水力发电主要靠水。水力发电把水的机械能转换成电能。水力发电的优点多，包括成本低、可连续再生、无污染。缺点是由于受水文、气候、地貌等自然条件的限制大从来影响分布位置。地形、气候等多方面的因素也能对发电效率产生影响。水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电⑴。水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。水力是可以再生的能源，能年复一年地循环使用，而煤炭、石油、天然气都是消耗性的能源，逐年开釆，剩余的越来越少，甚至完全枯竭。水能用的是不花钱的燃料，发电成本低，积累多，投资回收快，大中型水电站一般3-5年就可收回全部投资。水能没有污染，是一种干净的能源。水电站一般都有防洪启溉、航运、养殖、美化环境、旅游等综合经济效益。水电投资跟火电投资差不多，施工工期也并不长，属于短期近利工程，操作、管理人员少，一般不到火电的三分之一人员就足够了，运营成本低，效率高。同时还可以控制洪水泛滥，提供灌溉用水，改善河流航运。有关工程也可以改善地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。水力资源也有不利方面：水能分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大；水容易受到污染，也容易被地形，气候等多方面的因素所影响。
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1.2国内外研究现状及分析
性能良好的水泵可以作为水轮机运行，目前国内外对高水头的抽水蓄能电站研究较多，而对低扬程轴流粟站反转发电的研究还很少，特别是反转发电运行方式的选择还没有进行专门的研究。魏强林[6]等对江都粟站机组反向发电方式选择与效益进行了分析比较，根据对三种反向发电的经济和效率比较，通过实测数据分析，同转速发电投资少，收益也低；变极发电一次性投资高，收益较高，但综合收益低，而且对抽水运行影响大；变频发电投资较高，收益高，对抽水运行无影响。因此，在发电水头较低的情况下，变频发电是最理想的选择。莫岳平[7]等对轴流粟站反向发电运行方式选择的研究中通过泗阳二站年发电量与运行方式选择的关系及投资与运行方式选择的关系来选择正确的运行方式。还通过对江都三站发电工况原始数据的分析及对各种运行方式的计算，得出江都三站反向发电运行时宜选用同转速运行方式。亦可考虑釆用部分变极电机或变频运行的运行方式，因为这两种运行方式亦比较经济。根据不同的实际情况，如何选择最合适的运行方式还是现在所需要解决的问题。莫岳平等在轴流栗水轮机特性的初步研究指出利用水泵的反转不但为工程管理单位增加经济收入，也能为社会提供急需的电能。但国内对可逆式水泵的研究集中在混流式栗水轮机和离心式泵水轮机，对轴流式水轮机的研究不多。同时因为菜的出厂只是作为水粟的性能制造的，在发电时出力和发电效率明显偏低，所以对菜特别是轴流粟的水轮机特性研究非常有必要。目前在抽水蓄能电站中最常见的是使用可逆式水粟水轮机，机组里的转轮通过向一个方向旋转抽水，称做水栗工况，而向另一方向旋转发电，称做水轮机工况，跟粟站反向发电类似，可以通过对可逆式水泵水轮机的研究中找一些对录站反向发电有帮助的结论[12]。
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第二章轴流泵水能利用技术理论
2.1水泵的全工况性能全工况性能
曲线又称全性能曲线，四个象限内都有分布。正常运转时的性能曲线为第一象限中的性能曲线。根据水果的扬程、流量出现负的情况，水泵的性能曲线就会延伸到二、三、四象限中，得到包括所有正常与反常情况下的水果全工况性能曲线[18]。当功率由发动机传向水粟时，功率为正，水体经过水栗之后能量增加，这种工况称之为水栗工况：当功率由水粟传给发动机，即功率为负的，水体经过水栗之后能量是减少的，这种工况称之为水轮机工况；凡功率由发动机传给水菜，功率变正或功率变零，而水体流过水菜后能量减少或不增加的，这种工况就是制动工况。为了区分功率输入水菜，还是由水菜输出，水体流过水菜后，其能量是增加了还是减少了，可以把水粟和发动机区分，用作用在水栗上的力矩替发表动机。如果力矩和转速同向，即力矩与转速的乘积为正值时，功率是从电动机输入水菜，则功率为正。若力矩与转速反向，力矩与转速之乘积为负值时，功率由水粟输出到发动机，则功率为负值。若水粟流量是正的，扬程也是正的，则流量与扬程的乘积为正值，水体流过水录后能量增加。同理，凡流量与扬程的乘积为负值，则水体流过水粟后能量减少。这样就能迅速判别出各种工况。
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2.2水泉工况与水轮机工况的关系
水轮机工作时的水力损失撞击损失和祸流损失所占比值较大，而撞击损失主要发生在转轮进口处，在某一工况下，在转轮进口速度三角形里，水流相对速度Wi的方向角Pi与转轮叶片进口安放角pel—致，即Pl=Pel时，则水流平行于叶片的骨线紧贴叶片表面进入转轮而不发生撞击和脱流现象，如图2-4 (a)所示，这样使进口水力损失最小，从而也提髙了水轮机的水力效率。如果pi邦el,则水流在转轮进口将发生撞击，造成撞击损失，使水流不能平顺畅流，从而降低了水轮机的水力效率如图2-4 (b)、（C)所示轴流粟生产时主要是以水菜性能出厂的，如果能把水泵和水轮机形状折中，应该能得到大体满意的结果。但是，由于水菜工况和水轮机工况的作用完全相反，同一叶片在性能上很难实现。轴流栗在运行时由于要进行水录工况和水轮机工况的转化，会流失部分能量，但对于利用丰水期的下泄水量反转发电还是有经济效益的[21]。
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第三章轴流泵反转影响因素分析............ 13
3.1转轮内水流速度分析........... 13
3.2反转进口分析........... 13
3.3反转出口分析........... 14
3.4比转速分析........... 15
第四章水泵装置模型试验........... 17
4.1引言 ........... 17
4.2刘老涧二站模型试验........ 17
4.3皂河二站模型试验........... 22
4.4泗阳泵站模型试验........... 25
第五章水泵反向发电运行方式........... 31
5.1反向发电运行方式 ...........31
5.2运行方式的选择........... 32
5.3刘老涧二站运行方式的选择........... 33
5.4阜河二站运行方式的选择........... 37
5.5泗阳泵站运行方式的选择........... 41
5.6本章小结........... 43
第四章水栗反向发电运行方式
5.1反向发电运行方式
这种运行方式主机不需要增加任何投资，辅机设备增加也很少，因此经济实用是这种运行方式的最大优点,现有栗站反向发电运行时首先要考虑的就是这种方式。但是，同转速反向发电运行时的高效区一般出现在水头高于水栗工况时的扬程。而实际栗站的运行情况是：反向发电运行时的水头往往比抽水运行时的额定扬程要小，因此，同转速运行方式对于一般水栗站来说，其运行效率偏低，不能有效利用水资源。对于一些栗站来说，水位落差大，机组转速较高，用同转速方式运行效益比较显著[41]。变极降速运行方式就是采用改变电机定、转子绕组的接法，使电机磁极对数增加一倍，从而使机组运行转速降低一半。一般情况下，水菜站作反向发电运行时，其最优转速比抽水运行时低,如江苏的刘老涧粟站，水粟工况为150r/min，变极发电工况时为75 r/min，最优发电工况时为65 r/min。刘老涧栗站发电工况时的水头较低，变极降速运行时的转速与最优转速较接近，选用变极降速运行能得到较高的运行效率。但是,釆用变极运行时电机需做成变极电机，发电运行时极对数由原来的P对增加为2p对，这样电机的造价将要增加许多；另一方面，电机的直径将增加,从而增加了较大的土建投资。如刘老涧粟站，若采用变极电机，总投资将增加约400万元。因此，是否可取还待进行技术经济比较后才能确定。
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结论
本文在查阅大量相关文献资料的基础上，对相关泵站模型试验数据进行分析比较,对菜站反向发电性能进行了研究。主要是根据模型试验对刘老涧二站、阜河二站、泗阳泵站反向发电运行方式进行了分析比较，得出最优运行方式，并通过计算得出各泵站反向发电的效益。本文的主要成果有以下几个方面：
(1)分析总结了低扬程轴流泵水能利用的重要性，这方面研究对充分利用低水头资源有重要意义，也有显著的经济价值。
(2)通过对刘老涧二站、皂河二站、泗阳泵站水轮机工况下的能量研究数据分析，了解到叶片安装角度、出水流道、转速对发电效率的影响，得出相应转速和叶片角度下最高效率时的水头和输出功率。
(3)在试验数据的基础，进行水能计算，联系泵站对应的水文资料，分析不同运行方式的可行性及实际效益，计算得出刘老涧二站、皂河二站、泗阳泵站的最佳反向运行方式。
(4)对轴流泵水能利用效率进行分析，发现反转时进出口流态对可利用能量的影响较大，同时比转速的选择也对能量的利用有一定的影响。
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参考文献（略）