水电站调压室涌浪最不利叠加时刻的研究

在计算长引水隧洞水电站和抽水蓄能电站的调压室涌浪水位时须考虑叠加工况已是共识，但最不利叠加时刻应如何确定，一直没人作过认真探讨。本文从调压室基本方程出发，根据能量转换的观点，分析论证了最不利叠加的物理实质和发生位置，指出最不利叠加时刻应选在初始工况和叠加工况的调压室水位-隧洞流量关系曲线的相切点。通过调压室基本方程的数值解和具体抽水蓄能电站涌浪叠架的计算分析，进一步验证了该结论。     

水电站输水系统相继甩负荷下调压室涌浪叠加研究

水电站调压室高度取决于调压室内的涌浪极值,其大小与计算工况密切相关,相对于同时甩负荷产生的涌浪极值,人们往往忽略了相继甩负荷事故工况。本文从调压室基本方程出发,通过理论分析,推导并得到了反映相继甩负荷危险时间间隔点特征的理论计算公式,进行了水电站输水系统相继甩负荷工况下的调压室涌浪叠加特性研究。结果表明:对于简单式调压室,同时甩负荷产生的涌浪极值必然大于相继甩负荷;而对于阻抗式调压室,同一水力单元机组发生相继甩负荷事故时,存在一个最危险的间隔时刻点,该时刻较同时甩负荷产生的调压室涌浪极值更危险。结合具体电站进行的相继甩负荷实例计算验证了理论分析的正确性,且进一步的分析表明,调压室底部阻抗越大,二者差别越明显。如不慎重考虑,将为工程运行带来极大的安全隐患。     

城市供水泵站启停机对前池涌浪的影响

在调压室理论基础上,分析了泵站前池涌浪的波动周期和规律,并据此得出了单泵和多泵运行工况下,水泵不同时间间隔启停机的涌浪叠加效果。研究表明,数值计算结果与理论分析的规律一致,前池最不利的涌浪叠加时刻为上游管道流量的最大（小）时刻,该时刻对应前池水位变化梯度最大的时刻。在单台水泵进行启停机操作时,泵站其他正常运行机组的台数越多,越有利于平抑因该台水泵启停机而产生的前池涌浪叠加幅值。     

组合工况下阻抗式调压室涌浪计算的显式公式

对组合工况下的调压室内水体涌波进行理论分析,采用非线性微分方程的渐近法求解组合工况条件下阻抗式调压室涌波非线性常微分方程,分别推导出先弃荷后增荷和先增荷后弃荷两种组合工况下调压室质体大波动最低和最高涌浪水位的分析公式,对理论分析公式所获得的涌浪与数值计算结果进行了比较,从而验证了理论分析公式。该公式可以方便地应用到带有调压室引水发电站的工程设计中去。     

电算程序信息报导

一、各类调压室涌浪计算程序适用机型:IBM-PC 程序语言:BASIC 程序功能:可对上下游简式、双室式、差动式、阻抗式、双室阻抗式调压室在电站甩负荷或增负荷时,计算调压式中的水位波动过程,计算成果和水位波动曲线可在打印机上输出,水位波动过程曲线也可由绘图机绘出。     

抽水蓄能电站调压室涌浪计算

采用解水流连续性方程和动量方程的方法,求出抽水蓄能电站八种工况下调压室的水位波动曲线,通过Math-CAD解常微分方程组,得出调压室的最高和最低涌浪,进而确定调压室的建设规模,这种涌浪计算方法和结果可供应用和参考。     

水轮机导叶开启和关闭规律探讨

为了使各项参数满足水电站水力过渡过程中调节保证计算的要求,选择合理的水轮机导叶启闭规律至关重要,合理的启闭规律不仅能使水电站安全稳定地运行,而且也更加经济可靠。结合某水电站工程实例,采用特征线计算方法,借助于过渡过程计算软件,对水锤的压力波动和调压室的涌浪波动进行联合计算。计算结果表明,开启时间选择临界值30 s,关闭规律选择两段折线关闭时,能有效地使蜗壳末端压力、机组转速升高率以及调压室的涌浪水位等参数满足控制标准。该结果可为合理地选择导叶启闭规律提供重要的依据。     

水电站长引水道系统导叶折线关闭规律的优化

在长引水道系统中,由于水流惯性大,调压室水位波动周期长、衰减慢且振幅大,导致蜗壳进口最大压力受水锤压力与调压室涌浪压力两方面控制,后者主要受调压室体型控制,故水电站长引水道系统应结合调压室体型优化进行机组导叶关闭规律的优化.对水电站长引水道系统进行机组导叶关闭规律优化时,考虑到调压室涌浪对蜗壳进口最大压力的影响,在选择直线关闭规律时应对涌入调压室的流量及通过机组导叶的流量进行合理分配,在此基础上进行两段折线关闭规律的优化,根据两种关闭规律下通过机组导叶的流量相等可计算出第2段折线的斜率,这样只需对折点及第1段折线的斜率进行试算,减小了试算工作量.     

水电站引水-尾水管道系统水力过渡过程模型试验与计算

本文针对拉西瓦水电站引/尾水管道系统，修建了一个大比尺（1/50）且部分正态、部分变态的物理模型，并通过调频电机改变导叶启闭时间，观测了机组增甩负荷时压力管道内的水流流态、水头损失、调压室涌浪及涡壳进口处的水锤压力过程线。利用模型试验实测资料，率定出调压室阻抗孔局部阻力系数的计算公式，使数值计算得到的调压室涌浪、引，尾水管道水锤压力及其过程线与模型试验吻合良好。再用数值计算弥补物理模型不能回答尾水管进口最大真空度以及模拟非线性关闭的缺陷，提出了物理模型设计可放弃弹性相似准则的结论。使模型材料不受限制。计算在缺乏水轮机特性曲线的条件下，数值求解转动方程也可得到机组最大转速及其过程线。     

气垫式调压室水位和气室压力波动及状态方程多方指数影响计算研究

气垫式调压室水位和气室压力波动是规划和设计气垫式调压室所关心的问题。笔者使用四阶龙格—库塔法计算了气垫式调压室水位波动过程以及气室压力变化过程,分析了气体状态方程多方指数对调压室涌浪水位和气室压力的影响。指出在水力计算中以控制气垫式调压室最高和最低涌浪水位为计算目的,气体状态方程多方指数宜取1.0,以控制气室最高和最低压力为计算目的,多方指数宜取1.4。     

水电站尾水调压室断面面积敏感性分析研究

基于瞬变流理论,采用弹性水锤特征线法,建立合理的边界条件,对有较长尾水隧洞的水电站调压室断面面积变化敏感性进行数值模拟分析,重点研究尾水调压室的断面面积对大波动工况下的调压室水位波动、机组最大转速升高率、蜗壳末端压力变化和水力干扰工况下对水电站机组出力摆动的影响。对同一特征工况,在大波动下,调压室断面直径为28 m,即断面面积为615.752 m2时,调压室最低涌浪水位达到2 218.97 m,蜗壳末端最大压力达到269.17 m(压力升高24.48%),机组转速最大上升率达到42.19%,满足调节保证计算要求。水力干扰工况下,并入同一电网时,随着调压室断面面积增加,机组出力摆动减小,对于大电网而言,出力摆动相对差值变化较小,两台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.08%,一台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.03%。综合考虑计算结果及调压室的工程经济性,推荐本电站调压室断面面积取615.752 m~2。     

调压室位置对调保参数的影响

调压室位置是影响调保参数的主要因素之一。本文针对上、下游调压室及不同调压室型式进行理论分析及数值计算,证明了调压室对调保参数的作用存在最佳临界位置和变化不敏感的范围。该结果有利于地下厂房和调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,蜗壳最大动水压力及尾水管最小压力主要取决于压力管道的水击压力、调压室涌浪水位两者的叠加。由于管道总长度不变,移动调压室位置,两者所起的作用相互消长,所以并非调压室越靠近厂房对调保参数越有利。     

长引水隧洞水电站差动式调压井最不利工况研究

以我国西南某大型水电站引水调压井中用作升管的闸门井坍塌事故作为例子，通过计算分析，说明在这一类调压井的设计中，不能沿用单一的甩（或增）荷工况作为控制工况，应考虑连续增甩负荷可能会造成调压井内涌浪的不利叠加，此外还应考虑在各种不利工况叠加下升管与大井之间的水位差．     

长引水隧洞水电站差动式调压井最水利工况研究

以我国西南某大型水电站水调压井中用作升管的闸门井坍塌事故作为例子，通过计算分析，说明在这一类调压井的设计中，不能洞用单一的甩（或增）荷工况作为控制工况，应考虑连续增甩负荷可能会造成调压井内涌浪的不利叠加，此外还应考虑在各种不利工况叠加下升管与大井之间的水位差。     

上游串联双调压室系统合理尺寸选择的研究

为了研究上游串联双调压室系统(主调压室为阻抗式,副调压室为简单式)合理的主、副调压室尺寸,结合长引水隧洞水电站工程实例,采用水锤计算的特征线法,运用过渡过程软件建立模型,对压力引水系统过渡过程进行计算研究。分析了主、副调压室不同直径组合下的调压室最高涌浪水位、波动衰减率和蜗壳末端最大水锤压力的变化规律。研究表明:对于布置双调压室系统,随着副调压室直径增大,主调压室阻抗孔对水锤压力的影响减弱;阻抗孔直径有一个临界值点,低于该点,副调压室最高涌浪水位随阻抗孔直径的增加而降低,高于该点,则上升;若副调压室直径过大,则主、副调压室水位波动衰减较慢。研究结论对类似工程合理地选择主、副调压室直径有一定参考作用。     

水电站水击与调压室涌浪随机分析研究进展

综述水电站水击与调压室涌浪随机分析的研究现状、最新进展、需进一步研究的问题与可采用的研究方法。认为水电站水击压力与调压室水位波动过程是以时间为参数的随机过程，对其进行随机分析，对结构可靠度设计尤为重要。目前应对有关影响因素的随机特性进行实地调查与统计分析，并在此基础上建立水击与调压室涌浪随机分析数学模型；针对分项系数极限状态结构设计的要求，采用适宜的随机分析方法（如ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ数值模拟方法）得出水击压力与调压室涌浪极值的概率分布特性，为结构可靠度分析提供荷载概率依据。     

长连接管形式对尾水进口压力和涌浪影响研究

抽水蓄能电站中,根据尾水调压室长连接管管径和阻抗孔孔径是否一致,可将尾水调压室分为两种形式。分别建立了这两种不同长连接管形式的调压室边界条件数学模型。以特征线法为理论基础并结合工程实例,对不同连接管管径和阻抗孔孔径的若干组合方案进行过渡过程的数值模拟,并计算了各组合方案中阻抗孔局部水头损失系数,同时分析不同组合方案中阻抗孔局部水头损失系数的差异及其对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响。结果表明:增大连接管管径或者阻抗孔孔径均会增大尾水进口最小压力水头和尾水调压室最高涌浪水位。连接管与阻抗孔直径相等与连接管管径略大于阻抗孔孔径的方案相比,两者尾水进口最小压力水头相差较小,但后者可以更为明显地降低调压室最高涌浪水位,这一结论可以为工程中连接管和阻抗孔直径的选取提供参考。     

不同体型调压室的瞬态水力特性对比分析

由于地形特征和调压室断面积的不同,水电站调压室体型也多种多样,从而使水电站过渡过程具有不同的瞬态特性。本文采用基于特征线法的一维计算及基于CFD方法和VOF模型的三维计算,比较了T型截面调压室和π型截面调压室过渡过程中的瞬态水力特性。一维计算结果表明,两种体型的调压室涌浪及调保参数随时间的变化规律相同,且调保参数均在控制范围以内。一维与三维的结果基本一致,但三维计算可反映液面的真实波动,即T型调压室在机组甩负荷工况下产生较大的涌浪波动,启动工况下产生立轴旋涡,并迅速蔓延到升管内,可能会影响水电站的安全运行。而π型调压室中的水流流态较平稳,未产生吸气旋涡。因此,采用π型截面的调压室更符合工程需要。     

阻抗式调压室底板压差的影响因素分析

底板压差是阻抗式调压室结构设计中一项重要参数。增大阻抗孔面积是减小压差最直接有效的方法。当增大阻抗孔大小无法满足设计要求时,研究了调压室水位波动周期和导叶关闭规律对底板压差的影响,阐明改变调压室水位波动周期和优化导叶关闭规律对降低压差间接起到积极作用。     

双尾水调压室抽水蓄能电站过渡过程研究

为了研究双调压室布置的尾水系统在过渡过程中的特点,基于一维瞬变流理论对该布置形式下尾水管最小压力的影响进行理论分析,结合此类型抽水蓄能电站实际尾水布置,建立了过渡过程计算模型,对电站可能出现的多种过渡过程工况进行模拟计算。将多台机组分为两组分别布置在调压室且室后交汇,结论表明:双调压室布置能够更好地控制调压室涌浪,减少工程量;在甩负荷工况中,双调压室布置调压室流出流量变化率大于单调压室布置方案,在机组流量变化率一致时能够极大地改善尾水管最小压力;双调压室间对不同甩负荷方案的防护效果不同,多台甩负荷机组受不同调压室调节时,两调压室都能够达到较大的流出流量变化率,起到了防护作用,多台甩负荷机组受同一调压室调节时,直接调节的调压室可以起到更好的防护作用。双调压室布置为一洞多机抽水蓄能电站提供了更加灵活的甩负荷机组选择方案,对尾水系统设计与实际运行有参考价值。