长距离高水头输水系统水力过渡过程分析与设计

结合麻阳溪引调水工程长距离输水系统布置,分析计算阀门(闸阀)在短时间内关闭时管道(隧洞)内水头压力响应特性、水锤压力响应特性、调压井响应特性及取水前池响应特性,然后根据调保过程提出合理的调压设置、阀门关闭时间等。图10幅。     

水室与溢流相结合的新型调压井水力学计算研究

目前对水室与溢流相结合的新型调压井研究较少,水室和溢流相结合的新型调压井通过溢流堰溢流和水室补水,能有效降低调压井高度,因此有必要对水室和溢流相结合的新型调压井进行研究。水室和溢流相结合的新型调压井结构复杂,调压井水力学计算是该新型调压井研究的重要课题。以腊寨水电站水室与溢流相结合的新型调压井为例,通过水电站引水系统建立数学模型,完整地考虑了系统各环节非线性因素的影响以及上游水库、分叉管路、调压井、水轮机等边界条件,利用特征线方法进行管道水击计算,托马公式进行调压井稳定断面计算。结果表明:机组负荷突然发生变化时,机组转速随之变化,调压井水位上下波动不断衰减,最终水位稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力满足规范要求,达到了经济、安全、可靠的目的,机组的调节最大偏差小、时间短、振荡次数少,动态品质指标较好。调压井最低涌波水位高于调压井底板高程,最高涌波水位低于调压井顶高程,满足调压井不掺气和不漫顶的要求,因此调压井体型设计合理,水电站运行安全。     

水电站混合型调压井水力特性数值模拟研究

混合型调压井水流流态复杂,常规解析法和图解法均不能精确求出混合型调压井涌浪水位波动、压力差变化、调节保证变化等。基于数学模型进行混合型调压井水力特性数值模拟,并通过模型试验验证数值模拟成果可靠性,论证混合型调压井可行性。结果表明:数值模拟和模型试验基本吻合,数值模拟成果是可行的。调压井最高涌波水位低于调压井顶高程,最低涌浪水位大于需要最小淹没水深,调压井底板受到的向上最大压力差较小,水位波动经过上下往返运动,波动不断减少,最后稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力均在合理的范围内,因此调压井底板高程和顶高程、阻抗孔口大小、稳定断面设计是合理的。     

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。     

不同类型阀门水锤特性计算比较

采用水锤计算方法,计算分析了不同结构类型阀门的水锤特性。得出阀门关闭时间较短时,管路系统最大水锤压力与阀门类型有关,但最大水锤压力出现的时刻基本相同,与阀门类型关系不大。阀门关闭时间较长时,最大水锤压力与阀门类型关联性不大。对于工程上可能需要快速关闭的重要阀门,其流量系数会影响管路系统的最大水锤压力值,应对阀门进行专门的流量系数测定,选择阀门时应考虑其对管路水锤特性的影响。     

连接管对调压室涌波水位和水锤压力的影响

在传统大波动过渡过程计算中,调压室底部连接管的影响往往是作为阻抗孔来考虑,在连接管较长的情况下,采用阻抗孔处理时而忽略了连接管的水体弹性,因而容易造成较大误差。通过建立考虑了连接管及不考虑连接管时的调压室节点数学模型,采用Gardel公式来处理调压室的阻抗系数,将调压室的阻抗系数变为负荷实际情况的动态阻抗系数,并结合具体工程实例来分析连接管的长度及管径的变化对调压室涌浪、蜗壳进口压力以及机组转速所产生的影响。研究结果表明,对于连接管较长的情况,应考虑到连接管的作用,为了能充分反射水锤,连接管的面积不宜过小。     

浅谈水电站调压室的设置

调压室是一种修建在水电站压力引水隧洞与高压水道之前或长的压力引水管道之间的建筑物。根据其布置形式,可以分为调压井或调压塔,调压井为利用地形从山中开挖出的井筒式,调压塔为在地面上修建的塔式。当水轮发电机突然增加或丢弃负荷时,水轮机的导叶将会关闭,在此时压力水道中将产生水锤,水锤波在压力水道中往返传播,引起压力的升降,在正水锤时,由于水锤波引起水压力增加,此时就需要加强整个压力引水道的结构和水轮机的强度,在负水锤时,为了防止产生真空,可能要求降低引水道的高程,从而加大设计水压力。过大的水锤压力不仅增加水工建筑物和水轮发电机组的造价,同时也给电力系统的稳定产生影响,因此需要修建调压室来改善水锤压力波。     

引水式水电站小幅度调节过渡过程的分析

过去研究水力发电机组调节稳定性及引水系统波动稳定性(如调压井水位波动稳定性)时,通常都是分析小波动稳定的临界条件,导出稳定判别式。实际应用时,在临界值上(如调压井临界稳定断面)乘上一个大于1的系数作为“安全裕量”。这种处理方法是不完善的。分析调节及波动稳定性时,只要求稳定是不够的,而应对调节质量有一定的要求。原文中正确地指出了这一点,而且导出了计算调节过渡过程中机组转速、内水压力等波动过程的解析式,这是很有价值的。     

空中溢流式调压塔在小型电站的应用

在龙潭水电站设计中，采用空中溢流式调压塔，经过几年的运行观察，该溢流式调压塔节省工程投资，缩短了压力水道的长度；在负荷变化中，机组反应迅速及时，更快恢复稳定，改善了机组运行条件；大大减小了其上游引水道的水锤压力，也减轻了下游压力管道中的水锤压力；在事故停机和机组负荷变化时均能稳定运行，确保了机组和压力引水管道的安全运行。图1幅，表1个。     

Analytical study on water hammer pressure in pressurized conduits with a throttled surge chamber for slow closure

This paper presents an analytical investigation of water hammer in a hydraulic pressurized pipe system with a throttled surge chamber located at the junction between a tunnel and a penstock,and a valve positioned at the downstream end of the penstock.Analytical formulas of maximum water hammer pressures at the downstream end of the tunnel and the valve were derived for a system subjected to linear and slow valve closure.The analytical results were then compared with numerical ones obtained using the method of characteristics.There is agreement between them.The formulas can be applied to estimating water hammer pressure at the valve and transmission of water hammer pressure through the surge chamber at the junction for a hydraulic pipe system with a surge chamber.     

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。     

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。     

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。     

Numerical study of flow fluctuation attenuation performance of a surge tank

The surge tank plays an important role in ensuring the stability of a water flow standard device. To study the influence of the structure and the working conditions on the regulator performance of a surge tank, a three-dimensional model, including a surge tank, the pipeline and the water tank is built, and the VOF model in the Fluent software is used to simulate the two-phase pulsatile flow in the surge tank. The inlet flow pulsation is defined by the User Defined Functions （UDF）, and the outlet flow is set to be a free jet. By calculating the flow fluctuation coefficient of the variation uader different flow conditions, the influences of the pulse frequency, the initial water level height and the baffle plate structure on the flow stability are analyzed. It is shown that the surge tank has a good attenuation effect on high-frequency pulsations, there is an optimal initial water level to suppress the fluctuations, the round holes of the baffle should ensure a certain circulation area with the bore diameter small enough to have the necessary damping effect.     

带连通阀的阻抗调压室水锤防护特性研究

在大流量输水工程中,水泵抽水断电后,管线往往会有较强的压力波动,易造成沿线水位压力较低。结合某大流量输水工程,建立了带连通阀的阻抗调压室数学模型,对比分析了简单调压室、阻抗调压室和带连通阀的阻抗调压室的水锤防护特性,验证了带连通阀的阻抗调压室的优越性,并研究了其连通阀关闭规律对调压室水锤防护特性的影响。研究表明：与简单调压室和阻抗调压室相比,带连通阀的阻抗调压室水锤防护效果更佳,可有效提高调压室最低水位和沿线最小压强,减小占地面积;水泵抽水运行断电后,连通阀须尽早关闭,且存在较优关闭速率。     

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．     

供水工程采用调压井初探

厦门供水工程输水高压管道总长39．5km，沿线地形复杂，管道起伏频繁。当泵组运行失电时，为防止负压对管道的破坏，在管道首都设置了调压井。计算表明，调压井可有效地防止负压产生，只要水泵出口阀采用缓慢关闭方式，管道将不会产生较大的正水锤，也不会引起水泵反转速飞逸破坏。     

采用单向调压塔防止长输水管道水柱分离的研究

通过水锤防护的计算分析，提出了用单向调压塔防止“水柱分离”的技术方案，研制了经济实用的调压塔结构并组织了技术实施，取得了良好的水锤防护效果。现场试验结果与理论分析结果非常吻合，证明了本文采用的理论分析方法及提出的水锤防护措施是正确的。