阻抗式调压室孔口特性研究

摘要

对于长引水隧洞的压力引水系统而言，因其管道较长会引起较大的水锤压力，从而对水电站的运行发电会造成不良影响。为了确保整个水力系统中电站和机械设备的安全稳定运行，需要设置调压室达到减小水锤压力的目的。 本论文根据已有的研究成果和实际工程，通过建立数学模型并完善各种边界条件，研究分析引水发电系统中的水锤压力与水位波动，得到如下结论： (1)大波动工况下，阻抗孔尺寸的选取与引水道断面面积存在一定关系。当二者面积比值区间为28～46%时，调节保证计算参数都能满足实际要求，且存在一定安全裕度。考虑阻抗孔过流特性，当阻抗孔直径与流量系数增大时，均能使机组转速升高率与蜗壳末端水锤相对升压有所下降，但阻抗孔直径相对的影响更大。阻抗孔高度的选择主要从经济性和开挖难度上考虑，对于调保参数几乎没有影响。增大调压室面积，调压室涌浪水位振幅就减小。(2)小波动工况下，随着阻抗孔与引水道断面面积比值不断增加，调节品质变差，不利于小波动稳定。过流特性参数减小时，调节品质变好，并且调压室面积与机组调节品质的变化成正相关。(3)水力干扰工况下，阻抗孔与引水道面积比值不断增加，受扰机组出力摆动随之加大。过流特性参数与出力摆动呈现正相关。调压室面积越大，水位变化就会越小，机组出力调整幅度越小。并网类型对于机组出力摆动影响巨大。无论是何种电网形式，甩负荷机组越多，其对应的工况下机组出力摆动也就越大。机组出力摆动和调压室水位变化最后趋于稳定，调压室涌浪对机组出力摆动影响很大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 水力过渡过程的研究现状

1.2.1 国外研究概况

1.2.2 国内研究概况

1.3 阻抗式调压室的研究进展

1.4 本文的研究工作重点内容

1.5 技术路线图

2 水力过渡过程的基本原理

2.1 水力过渡过程的基本理论

2.2 水力过渡过程方程的建立

2.2.1 运动方程

2.2.2 连续性方程

2.2.3 调压室基本方程

2.3 特征线法

2.4 管道中的水锤波速

2.5 本章小结

3 边界条件的确立

3.1 节点边界条件

3.1.1 上游水库节点

3.1.2 进口节点边界

3.1.3 串联管节点

3.2 阻抗式调压室边界条件

3.3 水轮发电机边界条件

3.3.2 接力器的关闭规律

3.3.3 调速器的工作方式

3.3.4 水轮发电机边界条件

3.4 本章小结

4 水轮机特性选取及管道当量化

4.1 水轮机参数的获取

4.1.1 获取给定数据

4.1.2 未给定数据的获取

4.2 管道当量化

4.2.1 蜗壳当量化

4.2.2 尾水管当量化

4.3 本章小结

5 实例分析

5.1 研究对象概述

5.1.1 基本资料

5.1.2 电站及其机组基本概况

5.1.3 设计依据与限制指标

5.2 水力过渡过程计算分析

5.2.1 基本数据处理

5.2.2 导叶关闭规律的计算及选取

5.3 大波动过渡过程计算分析

5.3.1 计算工况

5.3.2 阻抗孔与引水道面积比值选择的研究分析

5.3.3 阻抗孔过流特性分析

5.3.4 水击穿室因素研究分析

5.3.5 阻抗孔高度变化的研究分析

5.3.6 调压室面积影响因素分析

5.3.7 大波动过渡过程

5.4 小波动过渡过程计算

5.4.1 阻抗孔与引水道面积比值对小波动过渡过程的影响

5.4.2 阻抗孔过流特性参数与小波动过渡过程的关系

5.4.3 调压室断面面积与小波动过渡过程的关系

5.4.4 小波动过渡过程

5.5 水力干扰过渡过程

5.5.1 计算工况的核定

5.5.2 阻抗孔过流特性参数与水力干扰过渡过程的关系

5.5.3 调压室面积与水力干扰过渡过程的关系

5.5.4 阻抗孔与引水道面积占比对水力干扰过渡过程的影响

5.5.5 水力干扰过渡过程

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果