气垫式调压室水电站大波动过渡过程水力特性研究

发布时间：2017-12-17 14:12

本文关键词：气垫式调压室水电站大波动过渡过程水力特性研究

【摘要】：我国现有设气垫式调压室水电站均为高水头、小流量电站,气垫式调压室对各种类型水电站的适应的研究还在探索阶段。由于气垫式调压室设置了高压气垫以气体动特性抑制水位波动,在大波动过度过程中与常规调压室存在差异。本文从气垫式调压室大波动过渡过程调压室内涌浪与压力的变化入手,结合分析了气垫式调压室波动特点,提出气垫式调压室内压力应为涌浪压力与气体压力之和。结合常规调压室进行对比,分析了气垫式与常规调压室在水电站过渡过程中对调压室内压力与水位控制要求的适应性。本文的主要研究内容,包含以下几部分:(1)从单管单机布置的上游气垫式调压室简单工况过渡过程入手,以调压室基本方程及气体状态方程为基础推导出任意时刻、任意管道参数下,机组增、甩负荷工况时上游气垫式调压室内涌浪水位与气体压力显式表达式。对比常规调压室与气垫式调压室涌浪波动周期的差异,甩负荷工况下气垫式调压室波动周期小于常规调压室,增负荷工况下气垫式调压室波动周期大于常规调压室。采用涌浪极值近似时刻,分别计算了两种调压室最大、最小极值压力解析解,分析了两种调压室对最大、最小压力的控制效果,结论为:对调压室最大压力的控制,常规调压室优于气垫式调压室;对调压室最小压力的控制,气垫式调压室优于常规调压室。建立实际电站数值模型,验证了以上结论。(2)实际电站中,长引水隧洞往往为一管多机布置方式,组合工况下发生调压室质量波叠加可能性较高,极值涌浪的控制比采用单管单机布置方案复杂得多。研究了采用单管双机布置形式上游气垫式调压室,组合工况下极值涌浪与极值压力的控制,对实际电站的安全运行提出建议。具体分析方法为:选用四种典型组合工况,运用非线性渐进法,求解出上游气垫式调压室内发生波动叠加情况下,最不利叠加时刻的求解方法以及初始工况、叠加工况调压室内涌浪与气体压力的显式表达式。另外,分析了不同调压室阻抗系数对调压室涌浪极值的影响,提出了随着阻抗系数增加,控制工况的变化为:上游最高涌浪与最大压力控制工况始终为先增加负荷后甩负荷工况,并没有发生控制工况转变,但先增负荷后甩负荷与相继甩负荷工况极值压力逐渐接近;随着阻抗系数的增加,最低涌浪与最小压力控制工况由先甩后增工况转变为相继增负荷工况。同时,建立了实际电站数值模型,将解析解结果与模型数值计算结果对比,验证解析公式与结论的正确性。(3)创新性的提出了一种极端的调压室涌浪极值情况:初始时刻涌浪为调压室极值涌浪。从简单工况入手,以前文所推导波峰(波谷)涌浪水位解析解与初始时刻涌浪水位比较,分析了出现此种情况的原因与控制参数及控制参数表达式,分析出各参数对极值涌浪出现时刻的影响。同时,提出了可以将常规调压室看做特殊的气垫式调压室,将气垫式调压室解析解与常规调压室的解析解类比统一。此外,在简单工况的基础上,对组合工况下可能出现初始时刻涌浪为极值水位涌浪进行了数值模拟,验证了随着控制参数的变化,在先甩负荷后增加负荷工况,调压室最低涌浪为初始时刻涌浪这一极端情况确实出现。在比较气垫式调压室与常规调压室解析解与数值解计算结果时,出现初始时刻涌浪为最低涌浪的情况,气垫式调压室可能性小于常规调压室;出现初始时刻涌浪为最高涌浪情况,气垫式调压室可能性大于常规调压室。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV135

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 张洋;杨建东;郭文成;;设气垫式调压室的超长引水隧洞水电站大波动过渡过程探讨[J];大电机技术;2016年04期

2 陈捷平;杨建东;郭文成;滕毅;;超长引水隧洞水电站调压室水力设计的探讨[J];武汉大学学报(工学版);2016年02期

3 王炳豹;杨建东;张新春;曾威;;抽水蓄能电站上游调压室最高涌浪控制工况研究[J];水力发电学报;2015年05期

4 KIM Sang-Gyun;LEE Kye-Bock;KIM Kyung-Yup;;Water hammer in the pump-rising pipeline system with an air chamber[J];Journal of Hydrodynamics;2014年06期

5 郭文成;杨建东;陈一明;单新健;;考虑压力管道水流惯性和调速器特性的调压室临界稳定断面研究[J];水力发电学报;2014年03期

6 卢仁端;;钢罩式气垫室在阴坪水电站的应用与施工工法[J];中国高新技术企业;2013年29期

7 张罗彬;欧传奇;刘德有;陈五一;周领;;水电站气垫式调压室的体型设计[J];水电能源科学;2012年11期

8 楼力律;傅强;李龙华;;气垫式调压室测压管道模型试验系统及其数据采集[J];南水北调与水利科技;2012年05期

9 刘德有;张罗彬;陈五一;王丰;;圆管型与廊道型气垫式调压室水力性能比较[J];河海大学学报(自然科学版);2012年05期

10 陈绍英;陈子海;;亚洲第一个地下气垫式调压室的应用[J];四川水力发电;2011年03期