水電站的水錘計(jì)算

1、水電站的水錘計(jì)算、水電站有壓弓I水系統(tǒng)非恒定流電算法水電站有壓引水系統(tǒng)的非恒定流計(jì)算包括水錘計(jì)算和調(diào)壓室涌波計(jì)算。這兩種計(jì)算各有 特點(diǎn)而又相互聯(lián)系。在負(fù)荷變化時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化與水錘和調(diào)壓室涌波也有聯(lián)系。把這三 種過(guò)渡過(guò)程聯(lián)系起來(lái)研究的理論雖然早已基本具備，但由于計(jì)算過(guò)于繁瑣，在電子計(jì)算機(jī)應(yīng) 用于工程實(shí)際之前，很少有把它們聯(lián)系求解的實(shí)例，一般都是用孤立的、簡(jiǎn)化的方法計(jì)算。 即使對(duì)于分岔管的水錘，為了避免繁瑣的計(jì)算，也往往采用很粗略的簡(jiǎn)化方法。電子計(jì)算機(jī) 的應(yīng)用給較精確、合理地計(jì)算上述問(wèn)題開(kāi)避了新途徑，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下。一、簡(jiǎn)單管水錘計(jì)算簡(jiǎn)單管水錘計(jì)算一般不必利用電子計(jì)算機(jī)。但如欲在計(jì)算中考慮水頭

2、損失或機(jī)組特性的 影響，用電子計(jì)算機(jī)能較好地處理這類問(wèn)題，用一般的方法則難以解決。對(duì)于圖14-12的簡(jiǎn)單管，若水錘波通過(guò)管段AP和PB的時(shí)間均為，則求解A、P、B 三點(diǎn)壓強(qiáng)和流量的方程為式中h=H/Ho=1+Z； q=Q/Qo=v； a=口 /Ho，孫擴(kuò)為對(duì)應(yīng)于Qo的AP段水管的水頭損失。式(a)可寫成式中心孕+牝，將式(b)代人式(c)，并令S= A ，得解式(，舍去增根，得故式(a)、式(b)可寫成P占.式（e）和式（f）可寫成得解式（g）和式（h）,B占.上式可寫成根據(jù)式（14-76）、式（14-77）和式（14-78）所列的順序，不難編出簡(jiǎn)單的程序迭代地求出A, P, B三點(diǎn)壓強(qiáng)和流量

3、的變化過(guò)程，計(jì)算可以從t=2 ，開(kāi)始，到所要求的時(shí)刻為止。根據(jù)開(kāi)度變化曲線確定。二、分岔管的水錘計(jì)算圖14-25分岔管示意圖對(duì)于圖14-25所示的分岔管，若P點(diǎn)有n個(gè)分支，水錘波通過(guò)各分支的時(shí)間均為，通過(guò)主管PB的時(shí)間為m”參照式(14-76)，水輪機(jī)端鳥，也、An點(diǎn)的水錘壓強(qiáng)和流量可用以下式組求出式中i=1，2,.，n,故以上式組共n個(gè)。P點(diǎn)的壓強(qiáng)和流量有n+2個(gè)未知量，用下列n十2個(gè)方程求解特征方程即式中也=2冏+叫坤r f，1，2,，n,故上式有n個(gè)。P-B特征方程即式中P點(diǎn)連續(xù)方程以上共有n+2個(gè)方程，其中具有下標(biāo)t+ 者為未知量，亦有n+2個(gè)。將前n+1個(gè)方程 寫成矩陣形式，為了避免

4、系數(shù)矩陣主對(duì)角線的積為零，將第n+1個(gè)方程排在第二位，并以的關(guān)系代人，得式(18-80)可用高斯(Guass)消元法求解。關(guān)于高斯消元法的電算程序在一般的電算程序 書中均可找到，可以借用。有的計(jì)算機(jī)中存有這種程序，只要調(diào)用即可。參照式(18-78)，B點(diǎn)在t+ (m+1)時(shí)刻的流量可用以下式組求出-： = 戶+隹函尋 -代= Q &戒t ，(15-S1)堡心!+或=石計(jì)算可從t = 2開(kāi)始，到要求的時(shí)刻結(jié)束。玨、即E根據(jù)、.、An點(diǎn)的開(kāi)度變化曲線確定。程序框圖如下:每雇技定時(shí)段nt打印 計(jì)算的哇強(qiáng)和流信散次來(lái)出點(diǎn)壓牌和渡址KNH2輸入巳知數(shù)據(jù)和初始條件京導(dǎo)葉開(kāi)度r.程序框圖中，NH為預(yù)定的總時(shí)

5、段，I為正在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)段數(shù)。三、具有調(diào)壓室的引水系統(tǒng)非恒定流計(jì)算可有以下三種情況：對(duì)細(xì)而高的調(diào)壓室(如差動(dòng)調(diào)壓室的升管等)，可將調(diào)壓室視為一個(gè)支管，把水錘.計(jì) 算和調(diào)壓室的涌波計(jì)算用水錘方程統(tǒng)一起來(lái)，調(diào)壓室水面處的流速即為調(diào)壓室的水位變化速 度。若調(diào)壓室比較粗短，為了避免因計(jì)算時(shí)段過(guò)小而大大增加計(jì)算工作量，可以忽略調(diào)壓 室和其中水體的彈性變形。在這種假定下，調(diào)壓室底部的流量等于其頂部的流量，底部的壓 強(qiáng)等于調(diào)壓室水柱的高度和其中水體慣性力的代數(shù)和。若調(diào)壓室極粗短，且與壓力水管的連接處斷面又較大(如無(wú)連接管的簡(jiǎn)單調(diào)壓室)， 在水錘計(jì)算過(guò)程中調(diào)壓室水位變化不大，則可視調(diào)壓室為水庫(kù)。四、水電站的調(diào)

6、節(jié)保證計(jì)算用計(jì)算機(jī)可以把水錘、調(diào)壓室涌波和機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化三種過(guò)渡過(guò)程聯(lián)系起來(lái)加以研究。其方法是在以上所述的基礎(chǔ)上引人機(jī)組的動(dòng)力方程，并根據(jù)水輪機(jī)的特性和開(kāi)度變化規(guī)律， 從而求出壓強(qiáng)、水位和轉(zhuǎn)速的變化過(guò)程，限于篇幅，具體方法從略。五、簡(jiǎn)單管水錘的計(jì)算程序及計(jì)算實(shí)例1.程序中符號(hào)的意義程序根據(jù)式(14-76)、式(14-77)和式(14-78)所列的順序，用FORTRAN語(yǔ)言編制。程序 中變量的意義如下：HO水頭Ho； C-水錘波速c； D-管道直徑D； N-管道糙率n；QMAX-管道中最大流量 盆面；TS-閥門關(guān)閉時(shí)間Ts；TMAX-水錘計(jì)算總時(shí)間；VMAX管中最大流速Vmax=Qmax/ (戒

7、/4)；HW-管道中的水頭損失 4 =豚時(shí)仲鏟；tr水錘波通過(guò)AP和PB管段的時(shí)間P-水錘常數(shù) p=cVmax/2gHo；ALF-式(14-76)中的 a= m/Ho=Hw/2Ho；TAU-時(shí)刻t的閥門相對(duì)開(kāi)度T=1-t/Ts；HA-A點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)一 _ - 心心*質(zhì):二歸；，丑皿 =1HB-B點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)QA -A點(diǎn)的相對(duì)流量豹=02QP-P點(diǎn)的相對(duì)流量礦 2蜒QB-B點(diǎn)的相對(duì)流量就 寸白皿1R、S、B、F、U、V、D、E 的意義同式(14-76)-式(14-78)。2.計(jì)算程序C WHS. FOR The Program of Calculating Waterhammer For Sim

8、ple System C(ReserYio-rPipe-Valve) When The Valve is Closing! Editer-Liu DeyouC This is 白 example prOgrdtnthe studwilts to Idrn th。textbook of C Hydraulic Power Station*. The variables arc definde in the textbook.DTMENS10N HA (100). QA (100) HP (100), QP (100). QB (100) REALL NOPEN ) HO. C, L. D N.

9、QMAX. TS, TMAX VMAX=QMAX/ (3.1416D*D/4.0) HW=Ir*N*N/ ( (D/4. 0) * * 4. 0/3. 0) *VMAX VMAX TR=L/2.0/CP-C VMAX/ (2. 0* 9. 806 * HO)ALF = HW/2.0/HOC ， Write Initial PmmetersWRITE (2/ (/2X, 24 C Initial Parameters, 24 C -”)/) WRITE (2. 5) HO, C, L, D, N, QMAX, TS, TMAX、VMAX, HW, TR, P. ALF5FORMAT 2X, HO

10、. L D= F9, 2. FILL F10*l. F10.3/2X, n, Qmaxr Ts, Tmax=1 f F7* 4F Fl】.3, 2F】0. 3/m2X, Vmax ,Hw,Tr,P.ALF=, ,F7. 4.F11. 3,ZFIO. 3,F11. 5)C .Solve The Initial Relative Head &, Discharge of Point A P. B HAO- (HO-HW) /HO QAO=QMAX/QMAXHPO= (HO-HW/2.0) /HOQPO=QMAX/QMAX QIX)=QMAX/QMAX HB=HO/HOHP (1) =HPOQP (

11、1) =1.0 QB (1) =1.0 QB (2) =1-0C , Write The Initial Head & Discharge of Point A, P. BT=0,0TAU-bOWRITE (Z, TAU 8X,” HA。8X.” HP*9X： QA% 8X,” QP”，8X, QB” /)，)WRITE (Z, 10) T. TAU. HAO. HPO, QAO. QPO QBO10 FORMAT (IX, F6.3, F10. 3, Fll-3, F10.3, F1L3 2F1O.3)C .Solve The Total Looping StepsM, N-oticei M

12、 = 1002 = 98M=INT (TMAX/TR) +1C . Begin Loop DO 20 1=1 M TITR TAU=hO-T/TSIF (T, GT, TS) TAU =0.0C .Solve The Head & Discharge of Point A IF (I. EQ.l) THENR-HPO+2.0*POPOS-(2.0，P+ALF，ABS (QPO)管TAU ELSERHP (1-1) +2.0P*QP I-1)S一(2.0P4-ALF* ABS (QP (1-1) *TAU END IFHA (I) - (2,0R+SS+S，SQRT (4.0*R+S*S) /2

13、.0 QA C Solve The Head & Discharge of Point PB-2.*P+ALF*ABS (QA (I) F-2.0*P+ALF*ABS (QB (I) UHA -2-0*P*QA (1) V=HB+2.0P*QB (I)HP (1 + 1) = (B置 V+F*U) / T, TAU, HA .HP (I), QA (I). QP (I), QB (I) 20 CONTINUE.WRITE 知京丟棄全費(fèi)禮 ttHlftOfelfl情況下4 F、R權(quán)的相可壓朔和樹(shù)肘洗量塑ft過(guò)檢,計(jì)尊靖黑如下】, hadal ParanjtcrB ,日.既，C,R 1-20. 0

14、0imv4俄K。4.000H Qwbl 1Tt. T* * QrOlECt碩J、孔P. ALF 4.49S1i.i剝0,300L加也口gst c t rr r -Tranaient Data TimeTAUHAHP*QPQ3Q。網(wǎng)1.000G.m也9.L。1.燦】.網(wǎng)。削U-9171-1145陽(yáng)50.娜LfldOI.MD。,叫0.MS1.2511.11?S婭gBbOOO0.能0(h TSOiuia1.3550, 8邪D螂0.9350,飄w碰1.S951.誠(chéng)Or。.都4L000。沌31枝9L郴Q 756。，似lLgoo仇$60l611.痢0.都40.州gs1.40*0.417L腔#L 4M0.5fi3Q.5?4th 5771.5C00.3331.0?1,44。C.茹60.461t.aoo0.250i.m1.仰Or 3440-瑚身珈2 000。邸i-m1449Oh渺o. m0.2382,次S啪tmJ. 4440. INM12Mil能400M0,i-mL僦國(guó)DQQ-0.W3-0抵2, 600Q, MQ頃$1例“呻9一時(shí)國(guó)，-。1172