带阻尼井的变顶高尾水系统水力过渡过程数值预测及其特性研究

机组及输水系统在暂态过程中性能参数的控制对电站的安全稳定运行具有重要影响。基于瞬变流数学模型和Priessmann假设,对三峡地下电站采用的带阻尼井的变顶高尾水隧洞进行了过渡过程数值预测,并将计算结果与电站现场试验值进行了对比验证,总结了带阻尼井的明满交替流等复杂水力过程的数值预测模型。基于计算结果分析了在大小波动等暂态过程中变顶高尾水系统明满交替流及阻尼井的水力特性,并从水力学和系统稳定性的角度解释了三峡地下电站采用变顶高尾水洞并设置阻尼井能够代替调压室的原因。     

太平驿水电站水力过渡过程计算与实测

太平驿水电站引水系统为长隧洞、差动式调压室、２管４机，尾水隧洞按无压明流设计。本文介绍了电站水力系统的特点、水力过渡过程计算的数学模型要点、计算结果及分析，且引述了１、２号机组同时甩负荷试验调压室涌浪和机组转速、蜗壳压力的实测结果与计算结果的对比。     

彭水水电站地下电站建筑物布置设计

彭水水电站水头较低,单机引用流量大,水位变幅大,且地质条件复杂,根据这些特点,对引水发电系统的布置设计方案进行了分析比较,采用了主厂房轴线与岩层走向平行的厂房布置方案和新型变顶高尾水隧洞型式,满足了洞室群的围岩稳定和机组稳定运行的要求。     

彭水工程厂房屋水隧洞新型结构选择

彭水水利枢纽电站的输水系统颇长。按规范规定，尾水隧洞段设调压井，调压井规模巨大，地质条件不允许开挖如此巨大规模的地下洞室群。为此，取消调压井，改用变顶高的尾水隧洞。阐述了变顶高尾水隧洞方案的提出，变顶高尾水隧洞的设计思想，介绍了数值分析和水工模型试验的进行情况，研究结果表明，变顶高尾水隧洞适应彭水电站的特点，取能代尾水调压井的作用。     

基于VOF方法的尾水隧洞过渡过程明满流水力特性研究

针对尾水隧洞结合导流隧洞布置时过渡过程中的明满流问题,采用VOF气液两相流模型对尾水系统的三维流场进行计算和分析。计算了尾水隧洞过渡过程中满流至明流和明流至满流两种典型工况,通过模型试验中尾水隧洞监测点的数据验证了数值模拟的可靠性和准确性。在此基础上,对明满流的水力特性进行了深入的分析和研究。结果表明:尾水隧洞发生明满流时,洞底监测点的压力变化幅度较大且持续时间较长;尾水隧洞通气孔的风速正负和水位的升降有关,甩负荷和增负荷两种工况下,出气风速均大于进气风速。利用VOF方法捕捉到了尾水隧洞的自由液面变化过程,验证了通气孔对减缓明满流的作用,并通过对不同直径的通气孔作用效果进行比较,证明选择直径2 m的通气孔较为合适。     

彭水工程厂房尾水隧洞新型结构选择

彭水水利枢纽电站的输水系统颇长。按规范规定，尾水隧洞须设调压井。调压井规模巨大，地质条件不允许开挖如此巨大规模的地下洞室群。为此，取消调压井，改用变顶高的尾水隧洞。阐述了变顶高尾水隧洞方案的提出、变顶高尾水隧洞的设计思想、主要技术问题和设计原则；介绍了数值分析和水工模型试验的进行情况。研究结果表明，变顶高尾水隧洞适应彭水电站的特点，能取代尾水调压井的作用。     

白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰稳定性分析

由于白鹤滩水电站单机容量巨大,机组运行水头变幅大,且尾水隧洞流态复杂多样,因而水力干扰过渡过程的分析与控制是保障系统安全稳定运行的重要前提。基于有压输水系统特征线法,引入明渠水流分析的特征隐式格式,推导得到尾水隧洞明满流计算分析模型,同时考虑调速器频率调节模式,构建了输水发电系统稳定性分析和调控模型,对白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰稳定性进行了分析。结果表明:考虑尾水系统多流态特性的白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰过渡过程是稳定的；随着机组运行水头的增大,尾水系统由全线有压状态过渡到明满流和明流流态,有压段长度缩短,尾水调压室水位和尾水系统动态过程的衰减加速,有利于改善受扰机组的调节品质；两种不同的机组型号均能满足输水发电系统水力干扰稳定性要求,且受扰机组调节品质基本一致。     

白鹤滩水电站尾水洞明满流段优化试验研究

白鹤滩水电站尾水隧洞末端部分洞段由导流洞改建而成,尾水位较低时,存在明满流现象,对输水系统安全有重要影响。本文采用模型试验方法,对明满流段的流态及体型优化进行研究。结果表明:过渡过程中,尾水洞内正反向水流相叠加,产生水面涌波,触顶后形成眀满流,并伴随压力脉动现象。脉动压力的极值远小于隧洞衬砌压力的设计值73.5 m,对尾水隧洞衬砌段结构影响较小。结构优化研究表明在尾水隧洞出口设置逆坡堰及优化衔接段坡度,可有效改善明满流流态。     

机组运行方式对尾水调压井的影响

前言 具有较长尾水隧洞的镜泊湖新厂,尾水系统水流惯性较大。为防止大波动过渡过程尾水隧洞内产生过高的水击压力和机组遭受尾水断流引起的反水锤破坏,设置了尾水调压井。经过十几年的运行实践证明,尾调涌浪的高度同机组的运行方式有着密切的关系。虽然新厂尾调是按常规设计方法进行设计的,但是,不适当的运行方式会使得尾调的涌     

基于L-F狭缝法的变顶高尾水洞过渡过程计算

水电站变顶高尾水洞常出现明满流交替的复杂流态。为研究变顶高尾水系统的过渡过程,提出了L-F狭缝计算方法,即通过狭缝模型,将明满两种流态采用同一方程组表示,再采用L-F格式离散建立差分方程组,结合边界、初始条件,即可用于明满流的计算。以某大型水电站为实例进行数值模拟,并与实测数据进行比较。结果表明,计算模拟值与实测数据误差较小,证明该方法可模拟变顶高尾水洞的过渡过程,能较准确地反映系统的暂态特性。     

白鹤滩尾水隧洞明满流对水电站稳定性的影响

白鹤滩水电站单机容量为1 000 MW,规模居世界第二。对于水电站而言,引水发电系统的稳定性尤为重要,而该水电站的尾水隧洞存在着明满流现象,严重影响到了引水发电系统的稳定性。为此,采用特征隐格式下的虚拟狭缝法,分析了尾水隧洞内不同流态对机组稳定性及尾水调压室水位波动的影响。分析结果表明：当明满流段流态为明流时,可以加速调压室水位波动收敛,有利于输水系统的稳定;当流态为明满过渡流时,其压力脉动现象会导致机组调节品质变差,不利于输水系统的稳定。此外,明满流段的长度对机组调节品质影响很小,长度的选取不受输水系统稳定性限制。研究成果可为类似输水系统设计和研究提供参考。     

土的最大干密度和最优含水率快速测定法

对快速击实试验研究成果进行了总结,并介绍了应用快速击实试验研究成果的经验.不论是重型击实还是轻型击实,也不论击实试验所给定的击实功能多大,应用"一点法"或"快速法"击实试验原理,对土料都有一定要求."一点法"击实试验与快速击实试验所用土体的比重在2.67～2.73之间,当被测土样的比重超越此范围时,在绘制击实曲线时可适当偏离ρdmax计算值的点,但这个误差是很小的,通常ρdmax的影响在±0.01 g/cm3以内,而对ωop的影响在±0.5%以内.结合工程实例,对击实试验成果的简化校正作了详细介绍.     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

思林水电站长尾水隧洞取消尾调水力过渡过程分析

思林水电站引水系统为“一洞一管一机＋尾水隧洞”布置型式,压力引水管道长335m,压力尾水隧洞长210m,压力水道水流惯性时间常数Tw=4．13s,尾水反水锤问题十分突出。主要论述了思林水电站取消常规的尾水调压井设计,通过优化流道系统、机组参数、调节系统参数等,有效地解决了长尾水隧洞的反水锤问题,水力过渡过程的稳定性满足规范要求,保证了整个工程安全、经济运行。     

水布垭工程泄洪波浪对电站机组运行影响研究

清江水布垭水利枢纽是清江干流梯级开发最上一级水电枢纽工程。对电站尾水洞比较了直尾水洞和弯尾水洞两种布置形式。直尾水洞方案出口处水位波动较大,通过模拟计算、三维流仿真计算、水工模型试验,深入研究了泄洪波浪对机组和电网的稳定运行、机组出力和转速波动的影响,以及泄洪波浪引起的压力波动在尾水洞中的传递规律。     

特殊工况下抽水蓄能电站系统参数过渡过程分析

在抽水蓄能电站水力过渡过程数值模拟中,由于水泵-水轮机全特性曲线所具有的特殊性,使得尾水管进口最小压力在机组相继甩负荷工况下会大幅度降低,且时常会成为控制值。以一维刚性水锤及弹性水锤的特征线方法(MOC)为理论基础,结合某"一洞两机"布置形式的抽水蓄能电站工程实例,对该电站相继甩负荷工况下引水隧洞洞径及尾水岔管相对位置对过渡过程的影响进行了数值模拟。结果表明:在设置尾水调压室的情况下,拟通过改变引水隧洞洞径来调节尾水进口最小压力的措施是不经济的,引水隧洞的面积只需使其中的水流能够保持经济流速即可;在满足工程布置的前提下,应尽量减小尾水支管的长度,以保证输水发电系统的安全运行。     

水电站坝下尾水渠集鱼流场模拟研究

为减缓大坝阻隔对鱼类洄游的不利影响,水电工程需要建设有效的过鱼设施疏通其洄游通道。高寒区高坝大库工程过鱼设施建设是一个极其复杂的技术问题,目前国内类似工程尚无成功运用经验。实际过鱼设施内流场条件十分复杂,会产生不利于鱼类上溯的水流形态。基于此原因,对某水电站工程坝下尾水流场进行了数值模拟。研究表明,在机组运行时,电站尾水渠左右两侧发电尾水主流的边缘是明显具有流速梯度分布的区域,符合鱼类聚集的水流特征,具备布置鱼道进口条件。这样可根据尾水位的变化开启两侧不同进口诱鱼,且在机组停运时,可开启左侧进口诱鱼。     

卡邦波水电站水－机联合过渡过程大波动研究

以广东省内某大型水利工程为背景,综述当前国内外混凝土表面主要防护材料在工程中的应用,提出适用于该工程的混凝土防护涂层系统,为工程遴选防护材料提供借鉴和参考。以赞比亚的卡邦波水电站为例,根据引水发电系统的布置,建立包括引水隧洞、水轮机、尾水调压洞、尾水隧洞的数值计算模型,模拟在机组开机、停机、甩负荷等各工况下,整个引水系统建筑物各部位的压力、蜗壳末端最大压力、机组转速上升以及尾水调压洞最高和最低涌浪;同时,论证了将尾水调压洞模拟为尾水调压室计算所得结果的可靠性。通过水机电联合模拟,得到了更可信的调节保证参数计算值。     

电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。