气垫式调压室压缩空气热力学分析研究

为了解气垫式调压室气室内温度和压力变化过程,在水位波动方程和能量守恒方程基础上,提出了考虑传热影响的调压室内压缩空气温度和压力的计算方法,并进行了合理性验证.研究结果表明,调压室在运行工况条件下,气室内气体温度可能出现大幅度的变化,并且气室内压缩空气有可能出现负温现象;气室初始高度、初始压强、气体初始温度和水体温度对气...     

制气式调压室在带有长尾水隧洞的水电站中的应用

制气式调压室与常规开敞式调压室相比在不影响其削减水锤压力能力的同时，能有效地减缓调压室内的水位波动。为研究制气式调压室的运行机制，运用空气动力学原理，结合管道水锤方程、调压室波动方程，建立了制气式调压室的仿真数学模型。以西南地区带有尾水调压室的某大型水电站为例进行制气式和常规开敞式两种调压室方案的比较计算，计算结果表明，采用制气式调压室可使蜗壳出口最低负压并没有显著变化的同时提高调压室的最低水位，从而减小工程量，节约投资。并由于采用制气式调压室后调压室内水位波动衰减加快，对系统的稳定运行更为有利。     

一种气垫式调压室防漏新方法

气垫式调压室具有良好的水击波反射功能,能有效降低水电站负荷急剧变化时压力管道的水击压力,但运行过程中的漏气现象制约了气垫式调压室的推广应用。提出了一种防止气垫式调压室漏气的新方法,即在传统气垫式调压室内放置橡胶芯袋作为盛气装置,实现调压室盛气和结构承载功能的分离,利用橡胶材料柔软、弹性模量小、密封性好等特点,从根本上解决了盛气密封薄壳容易开裂渗漏的问题。根据力学平衡原理、材料的应力应变关系和调压室结构的变形协调条件,结合流体力学理论和调压室内水位波动的变化规律,构建了橡胶芯袋变形与受力本构关系,并分别推导出了单个、多个橡胶芯袋预灌气压的计算式,为调压室结构设计与工程控制提供了理论依据。     

用质量波动方程和水击波方程相结合的方法求解水轮机和调压室的过渡过程

本文介绍了水电站的调节保证计算与调压室的水力设计相结合的电算数学模型,即先用特征线方程加上连续方程、机组惯性方程和综合特性曲线(或全特性曲线)数据,求解机组过渡过程,然后以压力钢管内的流量变化过程为时间的已知函数,用质量波方程加连续方程求调压室内的水位波动。以此编制的计算机程序用IBM微机就可方便地对导叶关闭(或开启)规律和调压室型式、尺寸等进行优化设计。计算精度和速度远高于传统的调保计算方法和调压室的图解法。     

水体惯性对调压室波动的影响分析

本文通过对调压室内和上游引水管道内的控制体进行受力分析,考虑水体惯性对调压室水位波动的影响,推导出调压室的动力方程和连续方程;本文用四阶龙格库塔法编程,通过对实例的计算分析,得出水体惯性对调压室波动的影响。     

预测气垫式调压室运行中漏气量的数学模型

针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向黏土夹层渗漏的水-气二相渗流过程,建立了基于多相流理论的水-气二相流模型。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况,结果表明,当该比值增大时,漏气量将迅速减少,验证了设置水幕防漏措施的有效性。所建立的水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件,水幕的压力,气室气压及围岩性质等因素的影响,为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了依据。     

气垫式调压室内气体温度变化预测分析

在水电站水力过渡过程中,气垫式调压室封闭气室内的高压气体因调压室底部压力变化而发生压缩或膨胀,特别是某些突发情况使气体体积改变迅速时,会引起危害性高温或低温.为了解室内气体温度在各种工况下的变化范围及可能的危害,通过建立模型,进行数值模拟计算,详细分析预测了气垫式调压室内气体温度变化情况和危害特征.结果表明,室内气体存...     

带有气垫式调压室和溢流式调压井的引水系统的水力计算

介绍带有气垫式调压室和溢流式调压井的有压引水系统的数值解法。针对某一实际工程计算了调压井及气压室的水位波动、调压井溢流量、气压室的压力变化及高压管道的水击压力，讨论了气垫式调压室内的初始气体压力及体积对压力及水位波动的影响。结果表明，气压室内初始气压（或水位）的选择对系统的安全运行至关重要。     

气压式调压室水位波动试验与数值模拟

为了满足电站负荷变化,或者由于外界的扰动,调压室系统水体常常发生波动现象。调压室系统水体波动的形态,如波动幅值大小、波动周期、波动衰减率及波动稳定性等,是工程技术人员关注的问题。调压室水位波动性能的研究是调压系统的主要研究课题之一。本文根据气压式调压室水位波动的控制方程,编制了气压式调压室水位波动数值模拟程序,对波动的全过程进行数值摸拟。     

气垫式调压室的运行特性

介绍了气垫式调压室水力过渡过程计算的数学模型，给出了具体水电站的数值计算实例。研究结果表明：随着气体多变指数m值的增加，调压室内的水位波动幅值将减小，气体压力变化幅值将增大；初始水深恒定时，随着初始气压的增加，水位波动幅值将减小，气室内气压变化幅值将增大；初始气压恒定时，随着初始水位的增加，水位波动幅值将减小，气室内气压变化幅值将增大。     

预测气垫式调压室运行中的漏气量的模型研究

在调压室的设计中,预测其在运行中的空气损失量是极为必要,因为漏气量严重影响着调压室的工作性能。调压室运行中气室的超压空气通过围岩裂缝向周围渗漏的过程是涉及气体驱替孔隙水的水－气二相流过程,目前对调压室漏气量的预测大多采用经验公式。作者基于多相流理论,同时考虑水相和气相的流动及相互作用,建立水－气二相流模型,针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向粘土夹层渗漏的水-气二相渗流过程进行了探索性研究。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况,结果表明,当该比值增大时,漏气量将迅速减少,验证了设置水幕的防漏措施的有效性。由于水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件,水幕的压力,气室气压及围岩性质等因素的影响,为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了新的研究思路。     

乌东德水电站右岸地下厂房施工期围岩稳定分析

安全监测是地下洞室围岩稳定安全评价的重要手段。乌东德水电站右岸地下厂房规模巨大,主厂房、主变洞、调压室三大洞室平行布置。为确保施工期围岩的安全稳定,通过使用多点位移计、锚杆应力计、锚索测力计、锚杆测力计、测缝计等监测仪器,对围岩表面和深部的变形进行监测,分析了地下厂房三大洞室第Ⅰ—第Ⅲ层开挖的位移特性与变形规律。监测结果表明:开挖引起的上层围岩变形较小,且主要集中在浅表层;三大洞室岩锚梁高程以上最大变形为16.43 mm,主厂房顶拱、上游侧岩锚梁和尾水调压室上游边墙围岩变形较大;爆破开挖扰动、开挖引起的空间效应以及较差的地质条件是围岩变形增长较快的主要影响因素;通过采用加强支护等措施,能有效控制围岩变形的发展。     

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.     

气垫式调压室及其工程实践

介绍了挪威已建气垫调压室的基本状况，包括平面布置、工程主要参数、运行经验、存在问题及其补救措施．在一定的地形地质条件下，气垫调压室的选择是经济的，它与不衬砌隧洞、地下厂房相结合，具有明显的优越性：避免在山体中开凿深度很大的开敞式调压井或修建地面调压塔，厂址及洞线布置灵活．气垫调压室可用于大、中、小各类电站，已建气垫调压室的电站，装机容量从3．5万～124万kw，水头变化范围从180～1158m．除一个电站之外，其它电站的气垫洞室体积均小于20000m3，室内气压变化较大，从0．3～7．77MPa．运行经验表明，气垫调压室可以满足反射水击波、改善机组运行条件的各项要求．增甩负荷期间，室内压力变化很少达到静水头的10％～15％，波动过程一般延续10个周期，一个周期从1～5min不等．10座调压室中，有4个出现了漏气现象，除一个电站进行灌浆予以补救外，其余均采用高压水幕（其中一个水幕是原设计中就有的），没有发现气垫压力所诱发的围岩稳定问题．     

双机共用尾水调压室内水体流态数值模拟分析

通过试验观察到机组在运行时调压室内部水体并不是静止的,而是一直与调压室底部流道中的水体发生着物质交换与能量传递。当只稳定运行其中一台机组时,调压室底部产生的水头损失比较大,原因是流态不对称。应用计算流体力学数值模拟方法,对双机共用尾水调压室机组稳定运行工况下调压室内水流流态进行了数值模拟,结合试验观测到的现象发现:单台机组稳定运行工况下流经调压室两个阻抗孔的流量大于两台机组同时稳定运行工况下的流量;单台机组稳定运行工况下,调压室内水体波动较大,调压室水面流速比两台机组同时稳定运行时要大些。     

平江浅埋地下储气实验库力学响应数值分析

根据压气储能电站地下储气库内压缩空气压力和温度的变化特点,采用热-力耦合理论研究了平江浅埋地下储气实验库充放气循环作用下实验库各结构层的温度、应力和变形的空间分布和变化过程,探讨了密封层材料特性对实验库受力特性的影响。结果表明:压缩空气与密封层之间的热交换作用将引起密封层和混凝土内衬温度产生较大变化,而围岩温度变化相对较小;充放气过程中,实验库各结构层应力和位移呈现显著性的周期性变化;密封层材料性能差异对密封层、混凝土衬砌和围岩的受力特性有显著影响,推荐平江浅埋地下储气实验库密封层材料采用玻璃钢。     

气垫式调压室气室常数和多方指数的影响规律分析

本文计算分析了气室常数对气垫式调压室最小室内水深、最大气室压力和水轮机蜗壳最大压力的影响。研究表明,取值工况室内水深越小,气室常数越大,调压室最大气室压力越小,水轮机蜗壳最大压力也越小。计算选取合适的气室常数是气垫式调压室水力设计的关键,过大的气室常数会使机组丢弃负荷后的室内最小水深偏低,过小的气室常数会使气垫式调压室功能失效。状态方程多方指数增大,气垫式调压室内的水位变化幅值减小,压力变化幅值增加。水力计算以控制气垫式调压室最高和最低水位为计算目的,拟取多方指数1.0;以控制连接隧洞和蜗壳压力为计算目的,拟取多方指数1.4。     

水轮机特性对调速器参数整定的影响

刘启釗(华东水利学院): (一)文中讨论的引水系统是具有调压室的,但随后忽略了调压室的影响. 调压室波动的影响是否能够忽略是值得商榷的.调压室的波动引起了机组出力的变化,调速器有维持机组出力恒定的能力,调压室波动的影响不是在任何情况都是可以忽略的. 由于原文主要是讨论水轮机的特性对调速器参数整定的影响的,为了使问题简化,可讨论没有调压     

加固措施对富水断层破碎带隧洞围岩稳定的影响研究

若遭遇节理裂隙发育、孔隙水压力较高、溶蚀破碎带等不良地质条件,现有的加固措施能发挥 多少作用,值得进一步研究。选取处于强透水岩体且夹杂断层破碎带的引水隧洞断面,应用大型商用有 限元程序ＡＢＡＱＵＳ对围岩稳定性进行分析,探究混凝土衬砌和注浆圈两种加固措施的支护效果。分析 表明,衬砌能够显著减小围岩的应力和变形,替围岩承担较大的应力;而注浆圈不仅能够约束围岩、提高 围岩的整体性和自稳能力,而且能够降低衬砌的应力,起到了保护衬砌的重要作用;加固之后围岩应力 和变形的改变与渗流场的变化息息相关。     

调压室位置和面积变化对尾水管压力的影响研究

为了研究尾水调压室位置和面积的变化对尾水管压力值的影响,结合某水电站阻抗式尾水调压室的工程实例,运用通用的水电站过渡过程软件建立模型,并进行数值计算分析,该过程考虑了水轮机组的特性和边界条件、导叶的关闭规律以及弹性水锤的作用。结果表明:并不是尾水调压室与厂房的距离越近,越有利于尾水管压力值,调压室对尾水管最小压力的影响存在着临界位置,调压室面积的改变亦能较大程度地影响尾水管最小压力值。当调压室越过其临界位置向水电站厂房方向靠近时,尾水管最小压力值的变化幅值很小,这并不能使尾水管最小压力得到明显的改善,但是当增大调压室面积时,则会显著改变尾水管最小压力值。该结论对调压室和水电站地下厂房的布置非常有利,并有效缓解了地下洞室围岩稳定与水力过渡过程之间的矛盾。