白鹤滩水电站地下厂房进风网络计算及风机匹配

摘要

近年来我国的水电站建设事业得到了蓬勃发展，到目前为止水电总装机容量已经突破2.3亿千瓦，居世界第一。随着水电站装机容量的增大，电站的规模也相应增大，洞室群结构更加复杂，各通风路径相互连通，气流参数和风量分布均相互影响，如白鹤滩水电站。白鹤滩水电站装机容量达到了1600万KW，地下洞室群庞大，其左岸地下厂房共设置了9个进风点，规划以进厂交通洞及其延伸洞、2条专用进风洞和一条通风兼安全洞作为进风通道。这些进风通道与室外相通的进风口共有5个（其中进厂交通洞还分出一条进风支洞与室外相通），进风口的高程各不相同，最大相差达到252.75m。各条进风通道还通过围绕地下厂房的多层排水廊道相互连通，形成了一个复杂的进风通道网络。这与地下厂房仅有一条进风通道或各个进风点分别对应着独立的进风道有着很大的不同。表现在：
　　①各个室外进风口的空气温湿度参数不一致，地下厂房进风点与室外进风口不存在简单的一一对应关系，即使各进风点的设计进风量可以通过风机及风阀调节至设定值，但进风网络中存在着复杂的风量分配关系；
　　②进风网络各通道的风量分配不仅受到阻力特性的影响，还受热压的影响，而热压由网络通道结构和气流的温度决定，气流温度又取决于风量和气流与通道围护结构的传热量，因此，风量分配、围护结构传热、气流温度及热压分布这几个物理量之间相互关联、互相耦合；
　　③需要对整个进风网络的风量、热压以及气流与围护结构的热湿交换进行关联计算，才能正确确定地下厂房各进风点获得的空气温湿度值，进而确定空气处理设备和通风机的选型配置与调节方案。
　　本文是国家自然科学基金资助面上项目（51178482）“深埋地下水电站热湿环境形成机理与节能调控”的研究内容之一。针对白鹤滩水电站地下厂房进风网络，对现有的计算模型进行分析与完善，对多个室外进风口的高程差异造成的空气参数不同进行了修正，对全年不同季节、进风点参数各异时进风网络的风量分配和各通道的气流参数变化进行了计算分析，获得了地下厂房各进风点空气参数的动态变化值，为进一步匹配厂房空气处理设备提供了依据；提出了在风量需求全年季节性变化时满足用风区的设计风量要求的风机匹配方案。
　　首先提出了对白鹤滩水电站地下洞室群进行网络图化时将地下厂房用风区风量作为已知的节点流量形式表现，以确保用风区始终满足设计风量要求，减少了计算方程组中分支流量未知数的个数；然后对网络中不同室外进风口的空气温度值按照实际高程进行了修正。采用MATLAB语言编制程序，计算得出了进风网络中逐日平均和不同季节代表日逐时的风量及热压分布情况，以及地下厂房各进风部位的空气温度值。
　　接着结合地下水电站通风网络的结构特点，提出了“零压力节点”的概念，并给出了基于“零压力节点”匹配各气流路径通风机动力的方法。结合白鹤滩水电站实际情况，分析其通风流程设计，明确了白鹤滩水电站通风网络中可设为零压力节点的区域，再根据气流路径依据网络计算模型的解算结果得出的各季节代表日风量及热压值，给出了各进风系统上风机的性能参数。
　　考虑到各用风区的风量需求的变化情况，匹配风机时采用设置多台风机共同作用并采用变频调速方式，通过调节风机启用的台数、风机变频调速以满足不同季节负荷变化情况下风量的分配要求。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状

1.3课题研究内容及意义

2 进风网络计算模型及其解算

2.1将用风区风量视为节点流量的计算模型及其解算

2.2各室外进风口温度不同时网络温度模型的解算

2.3 湿空气状态参数计算方程

3 地下水电站通风网络的风机匹配计算方法

3.1 地下水电站洞室结构及厂房布置特征

3.2 洞室群通风网络风机匹配

3.3复杂进风网络的风机匹配方法

4 白鹤滩水电站进风网络计算分析

4.1 白鹤滩水电站工程概况

4.2白鹤滩水电站进风网络图

4.3通风网络阻抗计算

4.4 进风网络模型解算分析

4.5 本章小结

5 白鹤滩水电站进风网络风机匹配

5.1 1#进风竖井通路的风机匹配

5.2 2#进风竖井通路的风机匹配

5.3 通风兼安全洞通路的风机匹配

5.4 进厂交通洞通路的风机匹配

5.5 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录