水電站壓力管道系統(tǒng)時間變態(tài)水擊模型試驗研究.pdf

1、有壓引水系統(tǒng)是水電站的重要組成部分，隨著電網(wǎng)負(fù)荷的不斷變化，機(jī)組的負(fù)荷隨之改變，則導(dǎo)葉的開度需要做出相應(yīng)的調(diào)整以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化。此時引水系統(tǒng)中會出現(xiàn)恒定流狀態(tài)→非恒定流狀態(tài)→恒定流狀態(tài)的過渡現(xiàn)象，我們稱之為水電站的水力過渡過程。在這個過渡過程中，機(jī)組引用流量的快速變化使引水系統(tǒng)中的壓力交替升降，我們稱之為水擊。水擊現(xiàn)象不可避免，過大的水擊壓力可能使壓力鋼管產(chǎn)生強(qiáng)烈振動、變形甚至爆裂，為減小水擊對水電站引水系統(tǒng)的影響，通常在引水系統(tǒng)中

2、布置調(diào)壓室以破壞引水系統(tǒng)的封閉性。水擊和調(diào)壓室的質(zhì)量波動直接關(guān)系到水電站的安全運(yùn)行，一直是水電站研究中最受關(guān)注的問題。
　　本文采用理論分析法、模型試驗以及數(shù)值模擬的手段對劉家峽水電站擴(kuò)機(jī)工程的水擊和調(diào)壓室涌浪問題進(jìn)行了研究。首先，在對水擊歷史背景簡要回顧的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了水電站過渡過程的基礎(chǔ)理論、計算方法以及模型試驗的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。然后，對傳統(tǒng)的水擊物理模型中會出現(xiàn)水擊波速不相似的問題進(jìn)行了討論。為解決這個問題，介紹了基

3、于時間比尺變態(tài)的水擊物理模型的設(shè)計方法，并從理論上證明了該方法的可行性。接著從水擊和調(diào)壓室的基本方程著手，推導(dǎo)了物理模型的相似律，制作了幾何比尺正態(tài)，時間比尺變態(tài)的有壓管道系統(tǒng)物理模型，并進(jìn)行了恒定流試驗和非恒定流試驗。模型試驗中對單機(jī)發(fā)電、雙機(jī)發(fā)電、突然增荷以及突然丟荷等控制工況進(jìn)行了研究，確定了管道系統(tǒng)的沿程水頭分布情況、調(diào)壓室的最高和最低涌浪高程、調(diào)壓室水位的波動過程以及壓力管道入口處壓力的波動過程。最后，建立了水擊與調(diào)壓室聯(lián)合運(yùn)

4、行的數(shù)學(xué)模型。特征線法因其物理概念清晰、易于使用以及精度較高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，故文中基于特征線法，借助Matlab編程模擬了有壓管道系統(tǒng)的過渡過程，重點(diǎn)對調(diào)壓室的最高和最低涌浪高程、調(diào)壓室水位的波動過程、壓力管道入口及出口的壓力波動過程都進(jìn)行了研究。數(shù)模計算結(jié)果與物模實測結(jié)果吻合較好，表明時間變態(tài)設(shè)計法用于較大比尺正態(tài)的水擊物理模型是可行的。該方法極大地方便水擊物理模型的設(shè)計與制作，建議采用該方法來設(shè)計較大比尺的正態(tài)水擊物理模型。另外，