上下游涌浪對燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的影響

1、上下游涌浪對燈泡貫流式機(jī)組上下游涌浪對燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的影響過渡過程的影響流體機(jī)械及工程牟童 研究背景研究背景 燈泡貫流式電站是開發(fā)低水頭水力資源的較好方式燈泡貫流式電站是開發(fā)低水頭水力資源的較好方式 具有綜合開發(fā)利用低水頭水力資源、機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、工程具有綜合開發(fā)利用低水頭水力資源、機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、工程量少、建設(shè)周期短的優(yōu)勢量少、建設(shè)周期短的優(yōu)勢, 從電站運(yùn)行的實(shí)際情況看從電站運(yùn)行的實(shí)際情況看, 在水在水力過渡過程中容易發(fā)生事故力過渡過程中容易發(fā)生事故, 故其水力過渡過程的研究對故其水力過渡過程的研究對電站安全運(yùn)行具有重要意義。電站安全運(yùn)行具有重要意義。 一一.涌浪概念涌浪概念二二.燈泡貫

2、流式機(jī)組過渡過程的特點(diǎn)燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的特點(diǎn)三三.計(jì)算方法計(jì)算方法四四.涌浪對燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的影響涌浪對燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的影響五五.解決方案解決方案六六.推薦文章推薦文章 涌浪概念涌浪概念 從宏觀角度來講，涌浪的產(chǎn)生是由于一定體積的滑坡在以從宏觀角度來講，涌浪的產(chǎn)生是由于一定體積的滑坡在以一定的速度擾動水體變形而產(chǎn)生。從波浪力學(xué)的角度來講，一定的速度擾動水體變形而產(chǎn)生。從波浪力學(xué)的角度來講，滑坡涌浪產(chǎn)生時，既有水質(zhì)點(diǎn)上下振動，也有水質(zhì)點(diǎn)前后滑坡涌浪產(chǎn)生時，既有水質(zhì)點(diǎn)上下振動，也有水質(zhì)點(diǎn)前后移動，屬于振蕩波和推移波疊加情況。此外涌浪波高受水移動，屬于振蕩波和推移波疊加情況。此

3、外涌浪波高受水深的影響，大部分情況下，滑坡涌浪的波形屬于淺水非線深的影響，大部分情況下，滑坡涌浪的波形屬于淺水非線性波研究范疇。性波研究范疇。 過渡過程特點(diǎn)過渡過程特點(diǎn) 燈泡貫流式水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)決定了其甩負(fù)荷過渡過程具有燈泡貫流式水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)決定了其甩負(fù)荷過渡過程具有許多不同于普通立式機(jī)組的特性許多不同于普通立式機(jī)組的特性: 1) 機(jī)組飛輪慣性矩值小機(jī)組飛輪慣性矩值小, 機(jī)組甩負(fù)荷時升速時間短機(jī)組甩負(fù)荷時升速時間短, 暫態(tài)暫態(tài)速率上升值偏大速率上升值偏大; 水輪機(jī)轉(zhuǎn)動部分的慣性矩及水體附加慣水輪機(jī)轉(zhuǎn)動部分的慣性矩及水體附加慣性矩所占比重相應(yīng)增大性矩所占比重相應(yīng)增大 2) 水頭低水頭低, 流量

4、大流量大, 相當(dāng)高的水流慣性常數(shù)相當(dāng)高的水流慣性常數(shù), 水錘壓力相對水錘壓力相對值較大值較大, 易在上游引起較高的涌浪易在上游引起較高的涌浪; 另外另外, 尾水管水流慣性尾水管水流慣性在水力系統(tǒng)慣性中占較大比例在水力系統(tǒng)慣性中占較大比例, 如果甩負(fù)荷時導(dǎo)葉關(guān)閉過如果甩負(fù)荷時導(dǎo)葉關(guān)閉過快快, 導(dǎo)葉后的動壓降將很大導(dǎo)葉后的動壓降將很大, 甚至可能產(chǎn)生水柱中斷。甚至可能產(chǎn)生水柱中斷。 3) 反向水推力絕對值有時可能超過正向水推力反向水推力絕對值有時可能超過正向水推力 4) 燈泡貫流式機(jī)組在甩負(fù)荷初始階段均出現(xiàn)負(fù)水錘燈泡貫流式機(jī)組在甩負(fù)荷初始階段均出現(xiàn)負(fù)水錘 5) 有較短的引、排水管道有較短的引、排水

5、管道, 水擊相數(shù)很高水擊相數(shù)很高, 因此適宜采用因此適宜采用剛性水擊理論計(jì)算和分析過渡過程中水壓力的瞬變規(guī)律。剛性水擊理論計(jì)算和分析過渡過程中水壓力的瞬變規(guī)律。 計(jì)算方法計(jì)算方法 前人研究前人研究 燈泡式水輪機(jī)逕流電站的水力過渡過程計(jì)算模型涉及到：燈泡式水輪機(jī)逕流電站的水力過渡過程計(jì)算模型涉及到： (1)管道不定常流動數(shù)學(xué)模型；管道不定常流動數(shù)學(xué)模型；(2)明渠流動數(shù)學(xué)模型；明渠流動數(shù)學(xué)模型；(3)上、下游邊界計(jì)算：上、下游邊界計(jì)算：(4)管流、明流的聯(lián)合計(jì)算模型：管流、明流的聯(lián)合計(jì)算模型：(5)雙重調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪邊界計(jì)算；雙重調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪邊界計(jì)算；(6)調(diào)速器方程；調(diào)速器方程；(7)系統(tǒng)初值計(jì)系統(tǒng)初值

6、計(jì)算等算等 影響影響 對于燈泡機(jī)組逕流水電站對于燈泡機(jī)組逕流水電站1.樞紐電站所有機(jī)組緊急停機(jī)樞紐電站所有機(jī)組緊急停機(jī) 該工況在河床上會產(chǎn)生較大的涌浪，樞紐電站機(jī)組停機(jī)甩該工況在河床上會產(chǎn)生較大的涌浪，樞紐電站機(jī)組停機(jī)甩負(fù)荷時會產(chǎn)生涌浪，其涌浪值對燈泡式水輪機(jī)的水頭影響負(fù)荷時會產(chǎn)生涌浪，其涌浪值對燈泡式水輪機(jī)的水頭影響較大，所以在過渡過程計(jì)算中不能忽略涌浪的影響。較大，所以在過渡過程計(jì)算中不能忽略涌浪的影響。2.電站定水位與計(jì)及涌浪的小波動過渡過程計(jì)算結(jié)果電站定水位與計(jì)及涌浪的小波動過渡過程計(jì)算結(jié)果 定水位時河床機(jī)組的小波動過渡過程動態(tài)品質(zhì)比較好，而定水位時河床機(jī)組的小波動過渡過程動態(tài)品質(zhì)比較

7、好，而計(jì)及涌浪的全樞紐小波動過渡過程動態(tài)品質(zhì)明顯變差。計(jì)及涌浪的全樞紐小波動過渡過程動態(tài)品質(zhì)明顯變差。 3. 河床電站的兩臺機(jī)組和兩岸的小機(jī)組同時緊急停機(jī)，河床河床電站的兩臺機(jī)組和兩岸的小機(jī)組同時緊急停機(jī)，河床另外兩臺機(jī)組正常運(yùn)行，河床運(yùn)行機(jī)組的相對轉(zhuǎn)速過渡過另外兩臺機(jī)組正常運(yùn)行，河床運(yùn)行機(jī)組的相對轉(zhuǎn)速過渡過程曲線如圖所示，相對轉(zhuǎn)速曲線前端放大部分，從圖中可程曲線如圖所示，相對轉(zhuǎn)速曲線前端放大部分，從圖中可以知道，在此情況下運(yùn)行機(jī)組仍能穩(wěn)定下來，但是運(yùn)行機(jī)以知道，在此情況下運(yùn)行機(jī)組仍能穩(wěn)定下來，但是運(yùn)行機(jī)組受到涌浪影響的水力干擾很明顯。組受到涌浪影響的水力干擾很明顯。 4.下游河道非恒定流對最

8、大正、反向水推力幾乎沒有影響下游河道非恒定流對最大正、反向水推力幾乎沒有影響; 機(jī)組的轉(zhuǎn)速最大上升率和導(dǎo)葉前最大水壓力較尾水管出口機(jī)組的轉(zhuǎn)速最大上升率和導(dǎo)葉前最大水壓力較尾水管出口水位恒定時大，尾水管進(jìn)口斷面最小水壓力較尾水管出口水位恒定時大，尾水管進(jìn)口斷面最小水壓力較尾水管出口水位恒定時要小水位恒定時要小 解決方案解決方案 燈泡貫流式機(jī)組涌浪控制的實(shí)質(zhì)燈泡貫流式機(jī)組涌浪控制的實(shí)質(zhì) 正常的調(diào)節(jié)規(guī)律正常的調(diào)節(jié)規(guī)律, 甩負(fù)荷將導(dǎo)致下泄水流急劇減小甩負(fù)荷將導(dǎo)致下泄水流急劇減小, 流量變流量變化很大化很大, 形成涌浪。形成涌浪。 調(diào)速器在針對貫流式機(jī)組大波動過渡過程中應(yīng)有專門的導(dǎo)、調(diào)速器在針對貫流式機(jī)組大波動過渡過程中應(yīng)有專門的導(dǎo)、槳葉控制策略。槳葉控制策略。 推薦文章推薦文章1.燈泡機(jī)組徑流水電站全樞紐過渡過程計(jì)算研究；黃健兵，陳乃祥，樊紅剛；清華大學(xué) 2.燈泡貫流式機(jī)組調(diào)速器的特殊控制策略；江濤；長江科學(xué)院控