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(dòng)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(dòng)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(shí)，既有水質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng)，也有水質(zhì)點(diǎn)前后滑坡涌浪產(chǎn)生時(shí)，既有水質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng)，也有水質(zhì)點(diǎn)前后移動(dòng)，屬于振蕩波和推移波疊加情況。此外涌浪波高受水移動(dòng)，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(shí)升速時(shí)間短機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)升速時(shí)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(dòng)部分的慣性矩及水體附加慣水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)導(dǎo)葉關(guān)閉過如果甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉關(guān)閉過快快, 導(dǎo)葉后的動(dòng)壓降將很大導(dǎo)葉后的動(dòng)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(shí)可能超過正向水推力反向水推力絕對值有時(shí)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(dòng)數(shù)學(xué)模型；管道不定常流動(dòng)數(shù)學(xué)模型；(2)明渠流動(dòng)數(shù)學(xué)模型；明渠流動(dòng)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(huì)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(huì)產(chǎn)生較大的涌浪，樞紐電站機(jī)組停機(jī)甩負(fù)荷時(shí)會(huì)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(shí)會(huì)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(dòng)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(dòng)過渡過程計(jì)算結(jié)果 定水位時(shí)河床機(jī)組的小波動(dòng)過渡過程動(dòng)態(tài)品質(zhì)比較好，而定水位時(shí)河床機(jī)組的小波動(dòng)過渡過程動(dòng)態(tài)品質(zhì)比較

7、好，而計(jì)及涌浪的全樞紐小波動(dòng)過渡過程動(dòng)態(tài)品質(zhì)明顯變差。計(jì)及涌浪的全樞紐小波動(dòng)過渡過程動(dòng)態(tài)品質(zhì)明顯變差。 3. 河床電站的兩臺(tái)機(jī)組和兩岸的小機(jī)組同時(shí)緊急停機(jī)，河床河床電站的兩臺(tái)機(jī)組和兩岸的小機(jī)組同時(shí)緊急停機(jī)，河床另外兩臺(tái)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(tái)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(shí)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(shí)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(shí)要小水位恒定時(shí)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(dòng)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(dòng)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