郑家湾水电站带上室的阻抗式调压室设计研究

带上室的阻抗式调压室是在常规的阻抗式调压室上部增设一扩大水池构成的调压室,兼有常规阻抗式调压室和水室式调压室的双重作用,所需的调压室高度比阻抗式小,结构又比双室式调压室简单.文章介绍了郑家湾水电站带上室的阻抗式调压室结构布置及涌波计算的方法.     

调压室对水电站输水系统小波动过渡过程的影响

为了减小水电站输水系统过渡过程中产生的水锤压力,常常会在输水系统中设置调压室。通过基于不考虑水体弹性的理论推导以及考虑水体弹性的数值模拟,对无调压室及有调压室两种方案下输水系统小波动的过渡过程进行比较分析,以便较为全面地对设置调压室或不设置调压室是否会对水电站输水系统小波动的过渡过程产生影响展开研究。研究结果表明：在相同布置条件下,无调压室及有调压室两种方案的输水系统的小波动过渡过程均是稳定的;设置有调压室的输水系统小波动的过渡过程要优于未设置调压室的输水系统小波动的过渡过程。从研究结果来看,设置调压室对水电站输水系统的小波动过渡过程具有改善作用。     

两种新型调压室的设计及试验论证

调压室是保证水力发电运行稳定性及供电质量的常用解决方案。以差动式及阻抗式调压室为对比对象,设计了瓣膜隔离强冲击式及涌波发电掺气耗能式两种水能自耗式调压室,侧重优化了传统调压室的消能方式,一方面通过减小调压室水位波动振幅而降低其工程造价,另一方面通过加速调压室水位波动衰减而更好地保证水电站的供电质量。通过一系列的模型试验对两种调压室的技术可行性进行了论证。结果表明：瓣膜隔离强冲击式调压室在技术上可行,各方面性能较好,可像差动式调压室一样适用于中高水头的水电站;涌波发电掺气耗能式调压室在控制涌波高度及波动衰减时长上有一定的效果,可作为传统阻抗式调压室的技术改进方案。     

活塞消能式调压室可行性研究

在简单式调压室与阻抗式调压室的结构基础上,提出一种新型调压室——活塞消能式调压室,通过论述活塞消能式调压室的结构特点及工作原理,采取理论分析与模型试验相结合的方式,对活塞消能式调压室的消能效果进行了论证。试验结果显示,活塞式消能调压室消能效果与活塞阻抗板质量相关,质量越大消能效果越好;相较于简单式调压室,加入活塞的调压室,其水位波动时间短、振幅小,引水道-调压室稳定效果好。     

上游串联双调压室系统小波动稳定性计算分析

具有较长引水隧洞的中低水头水电站,需要设置较大断面面积的调压室,受工程地形地质因素影响,建造单一大尺寸的调压室时施工较为困难,采用间隔一定距离的上游串联双调压室系统来代替单一大尺寸的调压室更为合适。结合工程实例,用瞬变流特征线计算方法,研究了串联双调压室系统小波动稳定性的主要影响因素。结果表明:两调压室之间的距离越远,系统需要的总稳定断面面积越大,靠近机组的调压室断面面积对系统小波动稳定性的作用大于远离机组的另一个调压室。     

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。     

圣巴勃罗水电站调压室设置研究

近年来,随着海外电站的大规模兴建,业主为节省投资,且对水电站工程了解不多,常常要求优化引水系统而取消调压室,或需要设计单位对引水系统是否设置调压室作出合理解释。由于国内外对于调压室设置的理解和标准均存在差异,有必要对设置调压室的条件进行研究。依托哥斯达黎加圣巴勃罗水电站工程的设计,从调压室设置的原理入手,论述了国内早期和目前对于调压室设置方面的要求,并结合国外对于调压室的设置条件以及控制标准,充分论述了该工程设置调压室的必要性。     

基于ABAQUS的断层破碎带对调压室轴线布置影响分析

为研究断层破碎带对调压室轴线布置的影响，以金沙江昌波水电站调压室工程为例，开展了基于ABAQUS的有限元模拟计算，分析了两条断层破碎带对调压室洞室变形、应力、屈服破坏及稳定性的影响，以及随调压室轴线布置的变化，该地质弱带对调压室的影响情况；基于断层破碎带的影响变化规律，提出了受其影响小的调压室轴线布置方案。结果表明：位于该电站1号调压室下游边墙外侧的断层破碎带FC4对该调压室变形、应力、屈服和稳定性等指标的影响较大；位于调压室右端墙外的断层破碎带FC5力学参数值较高，对调压室影响很小；敏感性计算结果显示，靠近断层破碎带的调压室变形、应力、屈服和稳定性对断层破碎带的力学参数变化较敏感。随调压室轴线方位角变化，断层破碎带对调压室的影响相应变化，沿N86°E轴线布置的方案受断层破碎带影响最小。研究成果可为调压室轴线布置方案优选提供参考。     

双机共用尾水调压室阻力系数试验研究

主要对水流在流入和流出调压室时,其流量比、阻抗孔面积和运行机组数目的变化对调压室阻力系数的影响开展了研究,并对双机共用尾水调压室的物理模型进行了水工试验。试验结果表明,调压室的阻力系数会随着流量比的增大和阻抗孔面积的减小而增大。其中,在分流工况时,双机运行的调压室阻力系数比单机运行的调压室阻力系数要大;在合流工况时,单机运行的调压室阻力系数与双机运行时的相差无几。试验结果可为类似型式的尾水调压室的设计与研究提供借鉴及参考。     

设有气垫式调压室的水电站引水道非恒定流计算方法

在有压引水式水电站的调压井设计中,需要采取措施尽量抑制调压室水位波动幅度和减小调压室的容积。采用阻抗式调压室和差动式调压室虽可达到此目的,但有时这两种调压井的布置受到地形限制,调压井若距厂房较远,压力钢管则较长。欲使调压室靠近厂房布置,需要压低调压室的运行水面(例如,要使其大大低于上游水库水位),这时就需要考虑采用气垫式调压室。气垫式调压室的运行水面取决于室中空气的初始压力,因此可根据实际地形选择调压室的布置高程,此种调压室因距发电厂房较近,故其下游的压力钢管承受较少的水锤压力,管道长度也相应缩短。但是应当指出,这种调压室的涌浪压力比较大。因此,采用它时,调压室上游引水洞承受的内水压增大。     

复杂结构差动式调压室阻力系数试验研究

建造了结构复杂的差动式调压室大比尺正态模型,实测了水流进出调压室时的阻力系数值。试验研究结果表明,在电站引用流量下,水流进入调压室和流出调压室时的阻力系数不同,各自基本为恒定值,符合水流阻力平方区局部损失系数是定值的规律,得到了水流进出结构复杂的差动式调压室时的局部阻力系数值和流量系数值,试验量测精度能够满足水电站调压室水力计算要求,对类似电站的调压室设计和研究有一定的参考价值。     

上置阻抗式调压室性能分析

针对简单圆筒式调压室不能很好地抑制调压室水位波动的缺点及常规阻抗式调压室因下部阻抗孔面积很小而不能充分反射水击波的缺点,提出上置阻抗式调压室形式,并利用特征线法计算不同阻抗孔口形式对水库-调压室-阀门引水系统的影响情况,通过实例进行对比计算,说明了上置阻抗式调压室既能有效抑制调压室内的水位波动,又能达到简单圆筒式调压室的反射效果.     

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。     

大型长廊式调压室围岩稳定性及结构特性三维有限元比较分析

结合三个长廊式调压室的不同地形地质条件,运用三维有限元方法,研究长廊式调压室开挖过程中围岩稳定性及运行工况和检修工况下长廊式调压室的结构特性,揭示了长廊式调压室结构的变形与应力分布规律,并对长廊式调压室的结构特性进行了系统总结.     

阻抗式调压室阻抗孔面积影响水力计算研究

采用非恒定流数值模拟计算方法,对某水电站工程的压力引水系统进行了仿真模拟计算研究。通过改变阻抗孔口面积与调压室底部引水管道面积的比值,探究蜗壳末端最大水锤压力、调压室涌波水位、调压室水位波动振幅和衰减度的变化规律,验证了水电站调压室设计规范要求阻抗孔口面积与调压室底部引水道面积之比不应小于15%的合理性。在满足设计规范的情况下,得出此工程阻抗孔口面积与调压室底部引水管道面积的合理比值为0.4～0.45。     

调压室涌波叠加计算研究

进行调压室涌波叠加计算是新《水电站调压室设计规范》提出的要求。本文介绍了调压室涌波叠加工况的计算方法,并给出了大桥水电站差动式调压室叠加工况涌波计算实例。     

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。     

差动式调压室甩荷时水位波动以及大井面积和有效阻抗孔面积的计算方法

该文从差动式调压室的基本方程出发，推求了差动式调压室理想设计时水位波动的计算公式。研究了调压室大井面积和阻抗孔面积的确定方法。利用这种方法可以方便的设计差动式调压室的尺寸，确定最高涌波水位和第二振幅，计算调压室水位的波动过程。     

引水式水电站上下游调压室设置条件探讨

引水式水电站在设计过程中往往遇到因调压室尺寸较大从而造价较高或地质条件不良,需要考虑不设置上下游调压室的问题。而规范中对于设置上下游调压室的条件过于简化。结合最新推导的上下游调压室设置条件,以乐昌峡水利枢纽工程为例,探讨了超规范不设置电站上下游调压室的论证方法。可为今后规范的修订及水电站输水系统合理设计提供参考依据。     

新型调压室差动孔尺寸变化对水力过渡过程的影响

结合新型组合调压室阻抗式、溢流式和差动式的特点,建立了的基本方程及边界条件,结合算例对新型组合式调压室差动孔尺寸变化对隧道末端压力、调压室涌浪水位、蜗壳末端压力的影响进行了分析。结果表明:差动孔尺寸变化对新型组合式调压室水力过渡过程具有一定的影响,其结论对进一步研究新型组合式调压室过渡过程有良好的指导作用,对推进新型组合式调压室在水电站中的应用有很大帮助。