水電站第10章

1、 第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)壓室的功用、要求及設(shè)置調(diào)壓室的條件調(diào)壓室的功用、要求及設(shè)置調(diào)壓室的條件 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)壓室的工作原理和基本方程調(diào)壓室的工作原理和基本方程 第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)壓室的基本類型調(diào)壓室的基本類型 第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算 第五節(jié)第五節(jié) 雙室式、溢流式和差動(dòng)式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算雙室式、溢流式和差動(dòng)式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算 第六節(jié)第六節(jié) “ “引水道引水道-調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 第七節(jié)第七節(jié) 調(diào)壓室水力計(jì)算條件的選擇調(diào)壓室水力計(jì)算條件的選擇P22P22第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)壓室的功用、要求及其設(shè)置條件調(diào)壓室的功

2、用、要求及其設(shè)置條件一、調(diào)壓室的功用一、調(diào)壓室的功用1 1、調(diào)壓室、調(diào)壓室 調(diào)節(jié)有壓引水系統(tǒng)（或有壓尾水系統(tǒng)）水錘壓力的建筑物。調(diào)節(jié)有壓引水系統(tǒng)（或有壓尾水系統(tǒng)）水錘壓力的建筑物。2 2、調(diào)壓室的功用、調(diào)壓室的功用 （）（）反射水錘波反射水錘波, ,基本上避免（或減?。毫艿乐械乃N基本上避免（或減?。毫艿乐械乃N 波進(jìn)入其上游有壓引水道。波進(jìn)入其上游有壓引水道。 （）縮短壓力管道的長(zhǎng)度（）縮短壓力管道的長(zhǎng)度, ,從而從而減小壓力管道及水輪機(jī)過流減小壓力管道及水輪機(jī)過流 部件中的水錘壓力部件中的水錘壓力。 （）改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件及系統(tǒng)供電質(zhì)量。（）改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條

3、件及系統(tǒng)供電質(zhì)量。 （1 1）盡量靠近廠房；）盡量靠近廠房；（2 2）能較充分地反射壓力水管傳來的水錘波；）能較充分地反射壓力水管傳來的水錘波；（3 3）工作穩(wěn)定。負(fù)荷變化時(shí)，引水道及調(diào)壓室水）工作穩(wěn)定。負(fù)荷變化時(shí)，引水道及調(diào)壓室水 體的波動(dòng)應(yīng)迅速衰減，達(dá)到新的恒定狀態(tài)；體的波動(dòng)應(yīng)迅速衰減，達(dá)到新的恒定狀態(tài)；（4 4）水頭損失小，因此其底部與壓力管道的連接）水頭損失小，因此其底部與壓力管道的連接 處應(yīng)具有較小的斷面積；處應(yīng)具有較小的斷面積；（5 5）工作安全可靠，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理。）工作安全可靠，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理。二、水電站對(duì)調(diào)壓室的基本要求二、水電站對(duì)調(diào)壓室的基本要求第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)壓室

4、的功用、要求及其設(shè)置條件調(diào)壓室的功用、要求及其設(shè)置條件1.1.有壓引水道有壓引水道 按按水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T5058-96DL/T5058-96）規(guī)定，）規(guī)定， 用下式作為設(shè)置上游調(diào)壓室的用下式作為設(shè)置上游調(diào)壓室的初步判別條件：初步判別條件： wwTgHvLTpiiT Tw w為有壓引水道中的水流慣性時(shí)間常數(shù)，為有壓引水道中的水流慣性時(shí)間常數(shù)，TTw w 為為T Tw w的允許的允許值值, ,一般為一般為2 2 4s4s。當(dāng)有機(jī)電設(shè)備資料時(shí)，當(dāng)有機(jī)電設(shè)備資料時(shí)，可結(jié)合可結(jié)合機(jī)組加速機(jī)組加速時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T Ta a及及調(diào)速性能調(diào)速性能最終判斷是否需設(shè)置上游調(diào)壓室

5、。最終判斷是否需設(shè)置上游調(diào)壓室。三、設(shè)置調(diào)壓室的條件三、設(shè)置調(diào)壓室的條件第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)壓室的功用、要求及其設(shè)置條件調(diào)壓室的功用、要求及其設(shè)置條件2.2.有壓尾水道有壓尾水道 規(guī)范規(guī)定以下式作為設(shè)置下游調(diào)壓室的規(guī)范規(guī)定以下式作為設(shè)置下游調(diào)壓室的初步判別條件：初步判別條件： )29008(5L2sdswHgVVTL最終應(yīng)通過調(diào)節(jié)保證計(jì)算，以使機(jī)組丟棄全負(fù)荷后尾水管最終應(yīng)通過調(diào)節(jié)保證計(jì)算，以使機(jī)組丟棄全負(fù)荷后尾水管進(jìn)口的最大真空度不大于進(jìn)口的最大真空度不大于8m8m水柱為原則，判斷是否需設(shè)置水柱為原則，判斷是否需設(shè)置下游調(diào)壓室。下游調(diào)壓室。第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)壓室的功用、要求及其設(shè)置條件調(diào)壓室的功用、

6、要求及其設(shè)置條件三、設(shè)置調(diào)壓室的條件三、設(shè)置調(diào)壓室的條件第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)壓室的工作原理和基本方程調(diào)壓室的工作原理和基本方程一、調(diào)壓室的工作原理一、調(diào)壓室的工作原理第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)壓室的工作原理和基本方程調(diào)壓室的工作原理和基本方程一、調(diào)壓室的工作原理一、調(diào)壓室的工作原理“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)非恒定流的特點(diǎn)系統(tǒng)非恒定流的特點(diǎn): : 大量水體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其周期較長(zhǎng)，且伴隨水體運(yùn)動(dòng)有不大量水體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其周期較長(zhǎng)，且伴隨水體運(yùn)動(dòng)有不 大的和較為緩慢的壓力變化。大的和較為緩慢的壓力變化。 研究調(diào)壓室水位波動(dòng)的目的：研究調(diào)壓室水位波動(dòng)的目的：（）（）求出求出調(diào)壓室中可能出現(xiàn)的調(diào)壓室中可能出現(xiàn)的

7、最高、最低涌波水位，分析水最高、最低涌波水位，分析水 位波動(dòng)過程，位波動(dòng)過程，從而確定調(diào)壓室的頂部和底部高程、引水從而確定調(diào)壓室的頂部和底部高程、引水 道的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力和布置高程。道的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力和布置高程。（）根據(jù)波動(dòng)穩(wěn)定的要求，（）根據(jù)波動(dòng)穩(wěn)定的要求，確定調(diào)壓室所需的最小斷面積。確定調(diào)壓室所需的最小斷面積。第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)壓室的工作原理和基本方程調(diào)壓室的工作原理和基本方程一、調(diào)壓室的工作原理一、調(diào)壓室的工作原理二、調(diào)壓室的基本方程二、調(diào)壓室的基本方程dtdZFVfQ)(whZfdtdVgLf、水流連續(xù)方程、水流連續(xù)方程 、水流動(dòng)力方程、水流動(dòng)力方程dtdVgLhZw 由于由于 由此得出水流

8、動(dòng)力方程由此得出水流動(dòng)力方程: :、等出力方程、等出力方程)()(00000000wmwwmwhxhHqQhhHQ)()(000000wmwwmowhxhHqQhhHQ由于由于 假定效率保持不變，得等出力方程假定效率保持不變，得等出力方程: :第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)壓室的工作原理和基本方程調(diào)壓室的工作原理和基本方程第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)壓室的基本類型調(diào)壓室的基本類型一、調(diào)壓室的基本布置方式一、調(diào)壓室的基本布置方式、上游調(diào)壓室（引水調(diào)壓室）、上游調(diào)壓室（引水調(diào)壓室）、下游調(diào)壓室（尾水調(diào)壓室）、下游調(diào)壓室（尾水調(diào)壓室）、上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)、上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)、上游雙調(diào)壓室、上游雙調(diào)壓室 、簡(jiǎn)單式調(diào)壓室：圖（、

9、簡(jiǎn)單式調(diào)壓室：圖（a a）、阻抗式調(diào)壓室：圖（、阻抗式調(diào)壓室：圖（b b）、水室式調(diào)壓室：圖（、水室式調(diào)壓室：圖（c c）、溢流式調(diào)壓室：圖（、溢流式調(diào)壓室：圖（d d）、差動(dòng)式調(diào)壓室：圖（、差動(dòng)式調(diào)壓室：圖（e e）、氣墊式調(diào)壓室：圖（、氣墊式調(diào)壓室：圖（f f）二、調(diào)壓室的基本結(jié)構(gòu)型式二、調(diào)壓室的基本結(jié)構(gòu)型式第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)壓室的基本類型調(diào)壓室的基本類型第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算水位波動(dòng)計(jì)算的目的：水位波動(dòng)計(jì)算的目的： 求出調(diào)壓室最高、最低涌波水位及調(diào)壓室水位波動(dòng)求出調(diào)壓室最高、最低涌波水位及調(diào)壓室水位波動(dòng) 隨時(shí)間變化的過程。隨時(shí)間變

10、化的過程。水位波動(dòng)計(jì)算的方法及其特點(diǎn)：水位波動(dòng)計(jì)算的方法及其特點(diǎn)：（）解析法：可直接求得最高和最低水位，但不能求得波動(dòng)的全（）解析法：可直接求得最高和最低水位，但不能求得波動(dòng)的全過程。初步?jīng)Q定調(diào)壓室尺寸時(shí)用。過程。初步?jīng)Q定調(diào)壓室尺寸時(shí)用。（）逐步積分法：可以求出最高、最低水位，可以求出波動(dòng)的全（）逐步積分法：可以求出最高、最低水位，可以求出波動(dòng)的全過程，包括圖解法和列表法。后期設(shè)計(jì)階段時(shí)用。過程，包括圖解法和列表法。后期設(shè)計(jì)階段時(shí)用。（）數(shù)值解法：可同時(shí)進(jìn)行調(diào)壓室水位波動(dòng)、壓力管道水錘壓力（）數(shù)值解法：可同時(shí)進(jìn)行調(diào)壓室水位波動(dòng)、壓力管道水錘壓力及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的聯(lián)合計(jì)算?？裳芯扛鲄?shù)的影響。近年

11、開始采用。及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的聯(lián)合計(jì)算?？裳芯扛鲄?shù)的影響。近年開始采用。一、水位波動(dòng)計(jì)算的解析法一、水位波動(dòng)計(jì)算的解析法（一）丟棄全負(fù)荷情況（一）丟棄全負(fù)荷情況 計(jì)算目的：計(jì)算目的：求求maxmax，2 2。 丟棄全負(fù)荷時(shí)丟棄全負(fù)荷時(shí)Q=0,Q=0,計(jì)入阻抗式調(diào)壓室阻抗孔口的計(jì)入阻抗式調(diào)壓室阻抗孔口的 附加水頭損失附加水頭損失K K，則此時(shí)的調(diào)壓室基本方程為，則此時(shí)的調(diào)壓室基本方程為: :)710()610(0dtdVgLKhZdtdZFfVw2002002)(,)(VVKKVVhVhww式中式中第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算經(jīng)推導(dǎo)，可得以經(jīng)推

12、導(dǎo)，可得以X X、y y2 2為參量的一階線性微分方程式：為參量的一階線性微分方程式：)1110()1 (1)1 ()1 (1)1 ()(1(2022000XXeXXXXy)1010()()1 (220dXydyXX此微分方程的積分通解為：此微分方程的積分通解為：討論：討論： 對(duì)于調(diào)壓室的任何水位對(duì)于調(diào)壓室的任何水位Z Z（則（則X=Z/SX=Z/S），都可用式），都可用式 （10-1110-11）求得對(duì)應(yīng)的引水道流速）求得對(duì)應(yīng)的引水道流速V=VV=V0 0y y。但不能。但不能 求出二者隨時(shí)間求出二者隨時(shí)間t t的變化過程。的變化過程。令：令：02000002,0wwwgFhLfVSShXh

13、KSZXVVy第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算1.1.計(jì)算最高波動(dòng)水位計(jì)算最高波動(dòng)水位 當(dāng)當(dāng)Z=ZZ=Zaxax時(shí)，時(shí)，V=0V=0，即，即y=0,X=Zy=0,X=Zaxax/S=X/S=Xm m, ,代入式代入式(10-11) (10-11) 得得: :2.2.計(jì)算波動(dòng)第二振幅計(jì)算波動(dòng)第二振幅2 2 當(dāng)當(dāng)Z=ZZ=Z2 2時(shí)，仍有時(shí)，仍有V=0,y=0,X=ZV=0,y=0,X=Z2 2/S=X/S=X2 2, ,代入式代入式(10-11)(10-11)得得: :上二式中，上二式中， X Xm m以負(fù)值代入，計(jì)算得到以負(fù)值代入，計(jì)算得到X

14、X2 2為正值。為正值。對(duì)簡(jiǎn)單式調(diào)壓室，附加阻抗損失對(duì)簡(jiǎn)單式調(diào)壓室，附加阻抗損失K K0 0可忽略不計(jì)，即可忽略不計(jì)，即 =0=0，則有，則有: :上二式中，上二式中， X Xm m在靜水位以上為負(fù)在靜水位以上為負(fù), ,在靜水位以下為正。在靜水位以下為正。)1410()1 ()1 (1ln)1 ()1 (1ln22mmXXXX)1210()1 ()1 (1ln)1 ()1 (1ln00XXXXmm)1310()1ln(0XXXmm對(duì)簡(jiǎn)單式調(diào)壓室，對(duì)簡(jiǎn)單式調(diào)壓室， =0=0，則有，則有: :)1510()1ln()1ln(22mmXXXX第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻

15、抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算（二）增加負(fù)荷情況（二）增加負(fù)荷情況 當(dāng)電站的流量由當(dāng)電站的流量由mQmQ0 0（0m10m1）增至）增至Q Q0 0時(shí)，規(guī)范建議時(shí)，規(guī)范建議 按下式求解按下式求解Z Zmin min : :)1610()1)(1)(9 . 0025. 0275. 0(162. 000minmmXmhZw2020wgFhLfV式中，式中， 為無因次系數(shù)，為無因次系數(shù)，表示表示“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的特性。系統(tǒng)的特性。按此方程可直接計(jì)算或查相應(yīng)的曲線求解調(diào)壓室的按此方程可直接計(jì)算或查相應(yīng)的曲線求解調(diào)壓室的minmin。第四節(jié)第四節(jié) 簡(jiǎn)單式和阻抗式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算簡(jiǎn)單式和阻抗

16、式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算調(diào)壓室水位降低水輪機(jī)水頭減小調(diào)速器水輪機(jī)流量增大保持出力不變調(diào)壓室水位 新的降低降低互相激發(fā)的 可能結(jié)果動(dòng)力不穩(wěn)定動(dòng)力穩(wěn)定一、波動(dòng)穩(wěn)定性一、波動(dòng)穩(wěn)定性第六節(jié)第六節(jié)“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 調(diào)壓室水位波動(dòng)的類型：調(diào)壓室水位波動(dòng)的類型： （1 1）小波動(dòng)）小波動(dòng)：波動(dòng)振幅無限小；波動(dòng)振幅無限??； （2 2）大波動(dòng)：波動(dòng)振幅較大。）大波動(dòng)：波動(dòng)振幅較大。（一）小波動(dòng)穩(wěn)定的條件（一）小波動(dòng)穩(wěn)定的條件 由調(diào)壓室的基本方程，經(jīng)推導(dǎo)得到由調(diào)壓室的基本方程，經(jīng)推導(dǎo)得到“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室” ” 系統(tǒng)小波動(dòng)微分方程式如下：系統(tǒng)小波動(dòng)微分方程式如下：

17、在物理概念上，此方程表示一在物理概念上，此方程表示一有阻尼的自由振動(dòng)有阻尼的自由振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)理論，經(jīng)推導(dǎo)，使根據(jù)振動(dòng)理論，經(jīng)推導(dǎo)，使波動(dòng)衰減的必要和充分條件波動(dòng)衰減的必要和充分條件為：為：)4310(02222xPdtdxndtxd3)3(220000001HhhhhHgLfgHLfFFwmwwmwK第六節(jié)第六節(jié)“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性式中，式中， 為引水道的水頭損失系數(shù)，為引水道的水頭損失系數(shù)，gRCL22（二）大波動(dòng)的穩(wěn)定性（二）大波動(dòng)的穩(wěn)定性研究表明：研究表明：若小波動(dòng)不穩(wěn)定，那么大波動(dòng)必不穩(wěn)定若小波動(dòng)不穩(wěn)定，那么大波動(dòng)必不穩(wěn)定。 為保證大波動(dòng)的衰減

18、，在初步設(shè)計(jì)階段可采用：為保證大波動(dòng)的衰減，在初步設(shè)計(jì)階段可采用： F=F=（1.051.05 1.11.1）F FK K初步確定調(diào)壓室的斷面積，然后在技術(shù)設(shè)計(jì)階段再用初步確定調(diào)壓室的斷面積，然后在技術(shù)設(shè)計(jì)階段再用 逐步積分法進(jìn)一步檢驗(yàn)大波動(dòng)的穩(wěn)定性。逐步積分法進(jìn)一步檢驗(yàn)大波動(dòng)的穩(wěn)定性。第六節(jié)第六節(jié)“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 、電站水頭的影響電站水頭的影響：水頭越小，：水頭越小， F FK K越大。計(jì)算越大。計(jì)算F FK K時(shí)應(yīng)采用電站時(shí)應(yīng)采用電站 正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低水頭。正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低水頭。 、引水道糙率的影響引水道糙率的影響：糙率越大，：糙

19、率越大， 越大，越大，F(xiàn) FK K越小。計(jì)算越小。計(jì)算F FK K時(shí)應(yīng)時(shí)應(yīng) 采用可能的最小糙率。采用可能的最小糙率。 、調(diào)壓室位置的影響調(diào)壓室位置的影響：調(diào)壓室越靠近電站廠房，：調(diào)壓室越靠近電站廠房，0 0越小，越小， H H1 1越大，有利于波動(dòng)的衰減越大，有利于波動(dòng)的衰減 。 、調(diào)壓室底部流速水頭的影響調(diào)壓室底部流速水頭的影響：對(duì)波動(dòng)的作用與：對(duì)波動(dòng)的作用與 類似，對(duì)波類似，對(duì)波 動(dòng)穩(wěn)定有利。按規(guī)范規(guī)定，底部設(shè)置短管時(shí)，可用動(dòng)穩(wěn)定有利。按規(guī)范規(guī)定，底部設(shè)置短管時(shí)，可用 +1/2g +1/2g代替代替 。 、水輪機(jī)效率的影響水輪機(jī)效率的影響：取決于效率的變化范圍。對(duì)單獨(dú)運(yùn)行的：取決于效率的變

20、化范圍。對(duì)單獨(dú)運(yùn)行的 電站，效率變化對(duì)波動(dòng)衰減不利。電站，效率變化對(duì)波動(dòng)衰減不利。 、電力系統(tǒng)的影響電力系統(tǒng)的影響：在系統(tǒng)中運(yùn)行的電站，各機(jī)組共同保證等：在系統(tǒng)中運(yùn)行的電站，各機(jī)組共同保證等 出力，對(duì)波動(dòng)穩(wěn)定有利。出力，對(duì)波動(dòng)穩(wěn)定有利。二、影響波動(dòng)穩(wěn)定的主要因素二、影響波動(dòng)穩(wěn)定的主要因素第六節(jié)第六節(jié)“引水道引水道調(diào)壓室調(diào)壓室”系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性第七節(jié)第七節(jié) 調(diào)壓室水力計(jì)算條件調(diào)壓室水力計(jì)算條件調(diào)壓室水力計(jì)算的內(nèi)容：調(diào)壓室水力計(jì)算的內(nèi)容： （1 1）波動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，確定）波動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，確定； （2 2）計(jì)算）計(jì)算maxmax，確定調(diào)壓室頂部高程；，確定調(diào)壓室頂部高程； （3 3）計(jì)算）計(jì)算minmin，確定調(diào)壓室底部和壓力管道進(jìn)口高程。，確定調(diào)壓室底部和壓力管道進(jìn)口高程。、水力計(jì)算的條件、水力計(jì)算的條件 （1 1）水力條件：上、下游水位、糙率等；）水力條件：上、下游水位、糙率等； （2 2）負(fù)荷變化條件：丟、增負(fù)荷等。）負(fù)荷變化條件：丟、增負(fù)荷等。、水力計(jì)算條件選擇的原則、水力計(jì)算條件選擇的原則 應(yīng)選擇可能出現(xiàn)的最不利的情況。應(yīng)選擇可能出現(xiàn)的最不利的情況。3 3、水力計(jì)算條件的選擇、水力計(jì)算條件的選擇 （1 1）波動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算）波動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算 上游水位：取上游可能的最低水位。上游水位：取上游可能的最低水位。