第十章 水電站調(diào)壓室

1、水水電電站站程永光程永光Prof. Dr. Yongguang Cheng武漢大學(xué)水利水電學(xué)院武漢大學(xué)水利水電學(xué)院Tel: 68772274m: 第第10章章 水電站調(diào)壓室水電站調(diào)壓室2022-5-303調(diào)壓室的功用：調(diào)壓室的功用：減小水錘壓力，改善機(jī)組減小水錘壓力，改善機(jī)組運(yùn)行條件運(yùn)行條件 反射水錘波反射水錘波 縮短壓力管道的長(zhǎng)度縮短壓力管道的長(zhǎng)度 改善機(jī)組在負(fù)荷變化改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件時(shí)的運(yùn)行條件 設(shè)了調(diào)壓室后，調(diào)壓設(shè)了調(diào)壓室后，調(diào)壓室將整個(gè)引水道系統(tǒng)室將整個(gè)引水道系統(tǒng)分為兩部分，前面一分為兩部分，前面一段稱為引水隧洞，后段稱為引水隧洞，后面一段稱為壓力

2、管道面一段稱為壓力管道2022-5-304對(duì)調(diào)壓室的基本要求：對(duì)調(diào)壓室的基本要求：縮短壓力管道長(zhǎng)度、縮短壓力管道長(zhǎng)度、反射特性好、波動(dòng)穩(wěn)定反射特性好、波動(dòng)穩(wěn)定 調(diào)壓室的位置應(yīng)調(diào)壓室的位置應(yīng)盡量靠近廠房盡量靠近廠房，以縮短壓力管，以縮短壓力管道的長(zhǎng)度（最近的研究表明不是越近越好）道的長(zhǎng)度（最近的研究表明不是越近越好） 有良好的有良好的反射特性反射特性，即能充分反射壓力管道傳，即能充分反射壓力管道傳來(lái)的水錘波，不要使水錘波投射到引水隧洞來(lái)的水錘波，不要使水錘波投射到引水隧洞 調(diào)壓室的工作必須是調(diào)壓室的工作必須是穩(wěn)定的穩(wěn)定的，波動(dòng)衰減迅速，波動(dòng)衰減迅速 正常運(yùn)行時(shí)，水頭損失要小正常運(yùn)行時(shí)，水頭損失要

3、小 工程可靠，施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理工程可靠，施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理2022-5-305調(diào)壓室的設(shè)置條件：調(diào)壓室的設(shè)置條件：上游調(diào)壓室和下游調(diào)上游調(diào)壓室和下游調(diào)壓室條件不同壓室條件不同 上游調(diào)壓室設(shè)置條件上游調(diào)壓室設(shè)置條件 Tw是壓力水道中是壓力水道中水流慣性時(shí)間常數(shù)水流慣性時(shí)間常數(shù)。其物理意義是水輪機(jī)在其物理意義是水輪機(jī)在設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)水頭Hp作用下，不計(jì)摩阻時(shí)，管道內(nèi)流速?gòu)淖饔孟?，不?jì)摩阻時(shí)，管道內(nèi)流速?gòu)?增大到增大到V0所所需的時(shí)間需的時(shí)間 L：壓力管道（包括蝸殼及尾水管）長(zhǎng)度：壓力管道（包括蝸殼及尾水管）長(zhǎng)度 V：管中平均流速：管中平均流速 Hp：設(shè)計(jì)水頭：設(shè)計(jì)水頭 Tw:允許的

4、水流慣性時(shí)間常數(shù)一般取值為允許的水流慣性時(shí)間常數(shù)一般取值為2-4ssTgHLVTww4202022-5-306調(diào)壓室的設(shè)置條件：調(diào)壓室的設(shè)置條件：上游調(diào)壓室和下游調(diào)上游調(diào)壓室和下游調(diào)壓室條件不同壓室條件不同 上游調(diào)壓室設(shè)置條件上游調(diào)壓室設(shè)置條件 Tw的取值與電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重有關(guān)的取值與電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重有關(guān) 我國(guó)的調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：我國(guó)的調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定： 水電站單獨(dú)運(yùn)行或其容量在電力系統(tǒng)中所占的比重超過(guò)水電站單獨(dú)運(yùn)行或其容量在電力系統(tǒng)中所占的比重超過(guò)50時(shí)，時(shí)，Tw1.5s2.0s。 水電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重為水電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重為5020時(shí)

5、，時(shí)，Tw2.5s3.5s。 水電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重小于水電站容量在電力系統(tǒng)中所占的比重小于20時(shí)，時(shí)，Tw3.5s5.0ssTgHLVTww4202022-5-307調(diào)壓室的設(shè)置條件：調(diào)壓室的設(shè)置條件：上游調(diào)壓室和下游調(diào)上游調(diào)壓室和下游調(diào)壓室條件不同壓室條件不同 下游調(diào)壓室設(shè)置條件下游調(diào)壓室設(shè)置條件 Lw ：尾水道長(zhǎng)度：尾水道長(zhǎng)度,m； Ts：導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間：導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間,s； V：恒定運(yùn)行時(shí)尾水道中的平均流速：恒定運(yùn)行時(shí)尾水道中的平均流速,m/s； Vd ：尾水管進(jìn)口處的流速，：尾水管進(jìn)口處的流速，m/s； ：水輪機(jī)安裝高程：水輪機(jī)安裝高程,m； Hs：水輪機(jī)吸出高度：水輪機(jī)吸出高

6、度,m。 下游調(diào)壓室的設(shè)置條件是以尾水管內(nèi)不產(chǎn)生液柱分離為前提。下游調(diào)壓室的設(shè)置條件是以尾水管內(nèi)不產(chǎn)生液柱分離為前提。尾水管進(jìn)口處最大真空度不超過(guò)尾水管進(jìn)口處最大真空度不超過(guò)8m)29008(52sdswHgVVTL2022-5-308調(diào)壓室的工作原理：調(diào)壓室的工作原理：增大的水面反射水錘增大的水面反射水錘波，引水道中水體動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換波，引水道中水體動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換演示程序演示2022-5-309甩負(fù)荷工況：甩負(fù)荷工況：上游調(diào)壓室水位先上升，下上游調(diào)壓室水位先上升，下游調(diào)壓室水位先下降游調(diào)壓室水位先下降上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道

7、尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z2V1引（尾）水道中水流在慣性作用下繼續(xù)流動(dòng)，從而引起調(diào)壓室水引（尾）水道中水流在慣性作用下繼續(xù)流動(dòng)，從而引起調(diào)壓室水位上升（下降），當(dāng)水位達(dá)到極值后，由于調(diào)壓室和水庫(kù)的水位位上升（下降），當(dāng)水位達(dá)到極值后，由于調(diào)壓室和水庫(kù)的水位差作用，水流開(kāi)始倒流。如此往復(fù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，差作用，水流開(kāi)始倒流。如此往復(fù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，并在阻力消耗下衰減。并在阻力消耗下衰減。V22022-5-3010增負(fù)荷工況：增負(fù)荷工況：上游調(diào)壓室水位先下降，下上游調(diào)壓室水位先下降，下游調(diào)壓室水位先上升游調(diào)壓室水位先上升上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上

8、游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z2機(jī)組首先開(kāi)始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）調(diào)壓機(jī)組首先開(kāi)始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）調(diào)壓室，調(diào)壓室水位變化，當(dāng)調(diào)壓室和水庫(kù)的水位差達(dá)到極值后，水室，調(diào)壓室水位變化，當(dāng)調(diào)壓室和水庫(kù)的水位差達(dá)到極值后，水位差的作用使水流開(kāi)始倒流。如此往復(fù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和勢(shì)能的位差的作用使水流開(kāi)始倒流。如此往復(fù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，并在阻力作用下快速衰減。轉(zhuǎn)換，并在阻力作用下快速衰減。V1V22022-5-3011調(diào)壓室水位和引（尾）水道中流速的調(diào)壓室水位和引（尾）水道中流

9、速的對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的關(guān)系的關(guān)系反映了反映了動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換 調(diào)壓室水位對(duì)應(yīng)于水體勢(shì)能，引（尾）水道流速對(duì)應(yīng)于水體動(dòng)調(diào)壓室水位對(duì)應(yīng)于水體勢(shì)能，引（尾）水道流速對(duì)應(yīng)于水體動(dòng)能，故能，故 調(diào)壓室水位的極值時(shí)刻，對(duì)應(yīng)于引（尾）水道流速為調(diào)壓室水位的極值時(shí)刻，對(duì)應(yīng)于引（尾）水道流速為0時(shí)刻；時(shí)刻； 引（尾）水道流速極值時(shí)刻，對(duì)應(yīng)于調(diào)壓室水位變化最快時(shí)刻（斜率引（尾）水道流速極值時(shí)刻，對(duì)應(yīng)于調(diào)壓室水位變化最快時(shí)刻（斜率最大）但庫(kù)室水位基本齊平時(shí)刻最大）但庫(kù)室水位基本齊平時(shí)刻 水位波動(dòng)的衰減因素是水道阻力，若假設(shè)阻力為水位波動(dòng)的衰減因素是水道阻力，若假設(shè)阻力為0，則水位變，則水位變化曲線是化曲線是

10、sin曲線，流速變化曲線是曲線，流速變化曲線是cos曲線，在曲線，在z-v坐標(biāo)中形坐標(biāo)中形成一個(gè)圓。成一個(gè)圓。 在在z-v坐標(biāo)中，甩負(fù)荷后實(shí)際調(diào)壓室坐標(biāo)中，甩負(fù)荷后實(shí)際調(diào)壓室引水道波動(dòng)是收縮于原引水道波動(dòng)是收縮于原點(diǎn)的螺旋線點(diǎn)的螺旋線V10V20Z1V1Z2V2zv2022-5-3012調(diào)壓室水位波動(dòng)過(guò)程線的繪制：注意標(biāo)出調(diào)壓室水位波動(dòng)過(guò)程線的繪制：注意標(biāo)出水庫(kù)水位水庫(kù)水位、波動(dòng)初始水位波動(dòng)初始水位、終了水位終了水位 繪制調(diào)壓室最高涌波過(guò)程線繪制調(diào)壓室最高涌波過(guò)程線 甩全負(fù)荷工況甩全負(fù)荷工況：庫(kù)水位為最高水位；初始水位比庫(kù)水位低：庫(kù)水位為最高水位；初始水位比庫(kù)水位低引水道損失值引水道損失值hw

11、0 ；終了水位與庫(kù)水位齊平；終了水位與庫(kù)水位齊平2022-5-3013調(diào)壓室水位波動(dòng)過(guò)程線的繪制：注意標(biāo)出調(diào)壓室水位波動(dòng)過(guò)程線的繪制：注意標(biāo)出水庫(kù)水位水庫(kù)水位、波動(dòng)初始水位波動(dòng)初始水位、終了水位終了水位 繪制調(diào)壓室最低涌波過(guò)程線繪制調(diào)壓室最低涌波過(guò)程線 增負(fù)荷工況增負(fù)荷工況：庫(kù)水位為最低水位；初始水位與庫(kù)水位齊平：庫(kù)水位為最低水位；初始水位與庫(kù)水位齊平或略低（空載流量）；終了水位比庫(kù)水位低或略低（空載流量）；終了水位比庫(kù)水位低hw0；2022-5-3014水輪機(jī)甩負(fù)荷工況水輪機(jī)甩負(fù)荷工況:機(jī)組流量減小，上游調(diào)機(jī)組流量減小，上游調(diào)壓室水位先上升，下游調(diào)壓室水位先下降壓室水位先上升，下游調(diào)壓室水位

12、先下降Q上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z22022-5-3015水輪機(jī)增負(fù)荷工況水輪機(jī)增負(fù)荷工況:機(jī)組流量增大，上游調(diào)機(jī)組流量增大，上游調(diào)壓室水位先下降，下游調(diào)壓室水位先上升壓室水位先下降，下游調(diào)壓室水位先上升Q上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z22022-5-3016水泵啟動(dòng)水泵啟動(dòng):反向流量增大，上游調(diào)壓室水位反向流量增大，上游調(diào)壓室水位先上升，下游調(diào)壓室水位先下降先上升，下游調(diào)壓室

13、水位先下降Q上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z22022-5-3017水泵斷電水泵斷電:機(jī)組流量由負(fù)到正，上游調(diào)壓室機(jī)組流量由負(fù)到正，上游調(diào)壓室水位先下降，下游調(diào)壓室水位先上升水位先下降，下游調(diào)壓室水位先上升Q上水庫(kù)上水庫(kù)下水庫(kù)下水庫(kù)上游調(diào)壓室上游調(diào)壓室尾水調(diào)壓室尾水調(diào)壓室機(jī)組機(jī)組引水道引水道尾水道尾水道壓力管道壓力管道尾水管尾水管蝸殼蝸殼Z1Z22022-5-3018水錘現(xiàn)象與調(diào)壓室現(xiàn)象的水錘現(xiàn)象與調(diào)壓室現(xiàn)象的本質(zhì)不同本質(zhì)不同，特點(diǎn)特點(diǎn)也有差別也有差別水錘現(xiàn)象水錘現(xiàn)象調(diào)壓室水位波動(dòng)現(xiàn)象調(diào)壓

14、室水位波動(dòng)現(xiàn)象內(nèi)在原因內(nèi)在原因均由水流慣性引起均由水流慣性引起均由水流慣性引起均由水流慣性引起波動(dòng)特點(diǎn)波動(dòng)特點(diǎn)彈性波（水體可彈性波（水體可壓縮），振幅大，壓縮），振幅大，變化快，周期短變化快，周期短質(zhì)量波（大量水體往質(zhì)量波（大量水體往返運(yùn)動(dòng)），振幅小，變返運(yùn)動(dòng)），振幅小，變化慢，周期長(zhǎng)化慢，周期長(zhǎng)傳播時(shí)間傳播時(shí)間一般幾秒至十幾秒一般幾秒至十幾秒一般幾十秒至幾百秒一般幾十秒至幾百秒 由于調(diào)壓室波動(dòng)和水錘的發(fā)生時(shí)段有差異，兩者極值相互影響由于調(diào)壓室波動(dòng)和水錘的發(fā)生時(shí)段有差異，兩者極值相互影響很小，為計(jì)算方便，一般情況下可將兩種現(xiàn)象分別進(jìn)行研究：很小，為計(jì)算方便，一般情況下可將兩種現(xiàn)象分別進(jìn)行研究：

15、 計(jì)算水錘時(shí)假設(shè)調(diào)壓室水位恒定，為水庫(kù)；計(jì)算水錘時(shí)假設(shè)調(diào)壓室水位恒定，為水庫(kù)； 計(jì)算調(diào)壓室水位波動(dòng)時(shí)，設(shè)壓力管道內(nèi)流量突然變化，但只考慮流量計(jì)算調(diào)壓室水位波動(dòng)時(shí)，設(shè)壓力管道內(nèi)流量突然變化，但只考慮流量突然改變，不考慮壓力變化突然改變，不考慮壓力變化2022-5-3019分析調(diào)壓室水位波動(dòng)的目的：分析調(diào)壓室水位波動(dòng)的目的：確定調(diào)壓室確定調(diào)壓室尺寸尺寸（1）求出）求出調(diào)壓室中可能出現(xiàn)的最高和最低涌波水位，調(diào)壓室中可能出現(xiàn)的最高和最低涌波水位，從而決定調(diào)壓室頂部高程和底部高程。從而決定調(diào)壓室頂部高程和底部高程。（2）根據(jù)波動(dòng)穩(wěn)定的要求，確定調(diào)壓室所需的最小斷）根據(jù)波動(dòng)穩(wěn)定的要求，確定調(diào)壓室所需的最小

16、斷面積。面積。2022-5-3020調(diào)壓室的基本方程：調(diào)壓室的基本方程：連續(xù)方程和動(dòng)量方連續(xù)方程和動(dòng)量方程程可按質(zhì)量守恒和牛頓定律推導(dǎo)出可按質(zhì)量守恒和牛頓定律推導(dǎo)出whv vwrL dVZhhg dt步驟步驟1：定義水位、流速等參數(shù)的方向定義水位、流速等參數(shù)的方向dZQfvFdtZ以水庫(kù)水位為基準(zhǔn)的調(diào)壓室水位，向下以水庫(kù)水位為基準(zhǔn)的調(diào)壓室水位，向下為正，向上為負(fù)為正，向上為負(fù)v引水道流速，流向調(diào)壓室為正，反之為負(fù)引水道流速，流向調(diào)壓室為正，反之為負(fù)Q機(jī)組引用流量，流向機(jī)組為正機(jī)組引用流量，流向機(jī)組為正步驟步驟2：列出基本方程（引水道水體為對(duì)象）列出基本方程（引水道水體為對(duì)象）步驟步驟3：驗(yàn)證方

17、程驗(yàn)證方程正常運(yùn)行時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)， ， ，應(yīng)有，應(yīng)有 和和 wZhQfV0dVdt0dZdtZdVdtZ 的正向在連續(xù)方程中與流出調(diào)壓室流量一致，的正向在連續(xù)方程中與流出調(diào)壓室流量一致， 與與 在動(dòng)量方程中等在動(dòng)量方程中等號(hào)兩邊同號(hào)，號(hào)兩邊同號(hào)，hw和和hr前的負(fù)號(hào)保證水頭損失消耗能量。前的負(fù)號(hào)保證水頭損失消耗能量。 流出調(diào)壓流出調(diào)壓室流量室流量所受外力所受外力動(dòng)量改變率動(dòng)量改變率rrrhv v引水道引水道損失損失阻抗阻抗損失損失()wrdVLffZhhg dt2022-5-3021調(diào)壓室的基本方程：調(diào)壓室的基本方程：連續(xù)方程和動(dòng)量方連續(xù)方程和動(dòng)量方程程可按質(zhì)量守恒和牛頓定律推導(dǎo)出可按質(zhì)量守恒

18、和牛頓定律推導(dǎo)出wrL dVZhhg dtZ以水庫(kù)水位為基準(zhǔn)的調(diào)壓室水位，向下以水庫(kù)水位為基準(zhǔn)的調(diào)壓室水位，向下為正，向上為負(fù)為正，向上為負(fù)v引水道流速，流向調(diào)壓室為正，反之為負(fù)引水道流速，流向調(diào)壓室為正，反之為負(fù)Q機(jī)組引用流量，流向機(jī)組為正機(jī)組引用流量，流向機(jī)組為正whv vdZQfvFdt基本方程在以下條件下成立基本方程在以下條件下成立若若Z的的方向改變方向改變，則在，則在Z項(xiàng)前加項(xiàng)前加負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)在在wrL dVZhhg dt dZQfvFdt下游調(diào)壓室基本方程也可依類似步驟列出下游調(diào)壓室基本方程也可依類似步驟列出+-rrrhv v2022-5-3022調(diào)壓室基本布置方式：調(diào)壓室基本布置方式

19、：上游調(diào)壓室、下游上游調(diào)壓室、下游調(diào)壓室、上下游雙調(diào)壓室調(diào)壓室、上下游雙調(diào)壓室（a）上游）上游調(diào)壓室：調(diào)壓室：調(diào)壓室布置在廠房調(diào)壓室布置在廠房上游的有壓引水道上，一般用于引水道較上游的有壓引水道上，一般用于引水道較長(zhǎng)的情況，應(yīng)用最為普遍長(zhǎng)的情況，應(yīng)用最為普遍（b）下游（尾水）調(diào)壓室：）下游（尾水）調(diào)壓室：當(dāng)廠房當(dāng)廠房下游具有較長(zhǎng)的尾水隧洞時(shí)，為了減小水下游具有較長(zhǎng)的尾水隧洞時(shí)，為了減小水錘壓力，特別是防止丟棄負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生過(guò)大錘壓力，特別是防止丟棄負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的負(fù)水錘而設(shè)置的調(diào)壓室的負(fù)水錘而設(shè)置的調(diào)壓室（c）上下游雙調(diào)壓室：）上下游雙調(diào)壓室：廠房上、下廠房上、下游都有較長(zhǎng)的壓力水道，為了減小水錘

20、壓游都有較長(zhǎng)的壓力水道，為了減小水錘壓力，改善機(jī)組運(yùn)行條件，在廠房上、下游力，改善機(jī)組運(yùn)行條件，在廠房上、下游均設(shè)置調(diào)壓室均設(shè)置調(diào)壓室（d）上游雙調(diào)壓室：）上游雙調(diào)壓室：在有壓引水隧在有壓引水隧洞的末端布置兩個(gè)調(diào)壓室，靠近廠房的稱洞的末端布置兩個(gè)調(diào)壓室，靠近廠房的稱為主調(diào)壓室，另一個(gè)稱為副調(diào)壓室。這種為主調(diào)壓室，另一個(gè)稱為副調(diào)壓室。這種布置方式通常在電站擴(kuò)建時(shí)遇到，或者因布置方式通常在電站擴(kuò)建時(shí)遇到，或者因結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件不能滿足要求時(shí)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件不能滿足要求時(shí)2022-5-3023調(diào)壓室基本結(jié)構(gòu)型式：調(diào)壓室基本結(jié)構(gòu)型式：簡(jiǎn)單、阻抗、雙室、簡(jiǎn)單、阻抗、雙室、氣墊等氣墊等簡(jiǎn)單式、阻抗式、簡(jiǎn)單式、

21、阻抗式、雙室式、溢流式、雙室式、溢流式、差動(dòng)式、氣墊式差動(dòng)式、氣墊式2022-5-3024簡(jiǎn)單式調(diào)壓室：簡(jiǎn)單式調(diào)壓室：連接管面積大于管道面積，連接管面積大于管道面積，適用低水頭小容量電站適用低水頭小容量電站簡(jiǎn)單式簡(jiǎn)單式：斷面為園形或長(zhǎng)方形的水井，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反射：斷面為園形或長(zhǎng)方形的水井，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反射性能好；但正常運(yùn)行時(shí)，底部突擴(kuò)，水頭損失大；波動(dòng)性能好；但正常運(yùn)行時(shí)，底部突擴(kuò)，水頭損失大；波動(dòng)過(guò)程中振幅較大，衰減慢。一般用于低水頭小容量電站過(guò)程中振幅較大，衰減慢。一般用于低水頭小容量電站2022-5-3025阻抗式調(diào)壓室：阻抗式調(diào)壓室：連接管（或阻抗孔）面積連接管（或阻抗孔）面積小于管道面積

22、，適用最廣小于管道面積，適用最廣阻抗式阻抗式：用孔板或小于隧洞直徑的短管將隧洞和調(diào)壓室：用孔板或小于隧洞直徑的短管將隧洞和調(diào)壓室連在一起，優(yōu)點(diǎn)是損失小、振幅小、衰減快；但反射性連在一起，優(yōu)點(diǎn)是損失小、振幅小、衰減快；但反射性能差一些，隧洞中可能受到水擊的影響能差一些，隧洞中可能受到水擊的影響2022-5-3026阻抗長(zhǎng)廊式調(diào)壓室：阻抗長(zhǎng)廊式調(diào)壓室：底部交匯型式底部交匯型式和和室內(nèi)室內(nèi)流態(tài)優(yōu)化流態(tài)優(yōu)化是重要研究方向是重要研究方向2022-5-3027雙室式調(diào)壓室：雙室式調(diào)壓室：有上下兩個(gè)面積很大的空有上下兩個(gè)面積很大的空間，適用高水頭和水位變幅大電站間，適用高水頭和水位變幅大電站雙室式雙室式：由

23、上室、下室和豎井組成。豎井?dāng)嗝鎽?yīng)滿足波：由上室、下室和豎井組成。豎井?dāng)嗝鎽?yīng)滿足波動(dòng)穩(wěn)定的要求。而上、下室的容積用來(lái)限制水位進(jìn)一步動(dòng)穩(wěn)定的要求。而上、下室的容積用來(lái)限制水位進(jìn)一步升高或下降。這種形式要充分利用地形。一般用于水頭升高或下降。這種形式要充分利用地形。一般用于水頭較高和庫(kù)水位變幅較大的電站較高和庫(kù)水位變幅較大的電站2022-5-3028溢流式調(diào)壓室：溢流式調(diào)壓室：設(shè)溢流堰，限制水位進(jìn)一設(shè)溢流堰，限制水位進(jìn)一步上升步上升溢流式溢流式：在調(diào)壓室頂部設(shè)有溢流堰，當(dāng)水位升至溢流堰：在調(diào)壓室頂部設(shè)有溢流堰，當(dāng)水位升至溢流堰頂時(shí)開(kāi)始溢流，限制了水位進(jìn)一步上升，有利機(jī)組穩(wěn)定頂時(shí)開(kāi)始溢流，限制了水位進(jìn)

24、一步上升，有利機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行運(yùn)行2022-5-3029差動(dòng)式調(diào)壓室：差動(dòng)式調(diào)壓室：大井和升管水位差動(dòng)，波大井和升管水位差動(dòng)，波動(dòng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜動(dòng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜差動(dòng)式差動(dòng)式：由大井、升管和阻尼孔組成，綜合地吸取了阻：由大井、升管和阻尼孔組成，綜合地吸取了阻抗式和溢流式的優(yōu)點(diǎn)；但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜抗式和溢流式的優(yōu)點(diǎn)；但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜2022-5-3030氣墊式調(diào)壓室：氣墊式調(diào)壓室：利用封閉的空氣的彈性來(lái)利用封閉的空氣的彈性來(lái)限制振幅，適用高水頭地質(zhì)條件好的電站限制振幅，適用高水頭地質(zhì)條件好的電站氣壓式氣壓式：利用空氣的易壓縮性來(lái)限制水位振幅，缺點(diǎn)是：利用空氣的易壓縮性來(lái)限制水位振幅，缺點(diǎn)是波動(dòng)穩(wěn)定性差，斷面積大，還

25、需配置壓縮空氣機(jī)，定期波動(dòng)穩(wěn)定性差，斷面積大，還需配置壓縮空氣機(jī)，定期補(bǔ)氣。適用高水頭、地質(zhì)條件好的地下電站補(bǔ)氣。適用高水頭、地質(zhì)條件好的地下電站氣墊式調(diào)壓室一般裝在靠近廠氣墊式調(diào)壓室一般裝在靠近廠房位置，可縮短引水道長(zhǎng)度房位置，可縮短引水道長(zhǎng)度2022-5-3031調(diào)壓室位置選擇：調(diào)壓室位置選擇：宜靠近廠房、宜在地下、宜靠近廠房、宜在地下、要避免不利地質(zhì)條件要避免不利地質(zhì)條件 調(diào)壓室的位置需根據(jù)壓力管道調(diào)壓室的位置需根據(jù)壓力管道的地形、地質(zhì)條件與廠房位置的地形、地質(zhì)條件與廠房位置統(tǒng)一考慮。統(tǒng)一考慮。盡可能靠近廠房盡可能靠近廠房，以減小壓力與水輪機(jī)的壓力。以減小壓力與水輪機(jī)的壓力。當(dāng)引水道很長(zhǎng)

26、時(shí)，太靠近廠房當(dāng)引水道很長(zhǎng)時(shí)，太靠近廠房反而不利反而不利 調(diào)壓室的位置調(diào)壓室的位置宜設(shè)在地下宜設(shè)在地下，當(dāng)，當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件限制時(shí)，調(diào)壓室地形地質(zhì)條件限制時(shí)，調(diào)壓室需部分或全部設(shè)在地面時(shí)應(yīng)進(jìn)需部分或全部設(shè)在地面時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并滿足行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并滿足調(diào)保要求調(diào)保要求 調(diào)壓室距廠房較近，且多設(shè)在調(diào)壓室距廠房較近，且多設(shè)在臨近山坡處，宜臨近山坡處，宜避開(kāi)不利地質(zhì)避開(kāi)不利地質(zhì)條件條件，以減輕運(yùn)行滲水對(duì)圍巖，以減輕運(yùn)行滲水對(duì)圍巖和邊坡穩(wěn)定的不利影響，以免和邊坡穩(wěn)定的不利影響，以免地下水位的改變，引起圍巖失地下水位的改變，引起圍巖失穩(wěn)塌滑穩(wěn)塌滑2022-5-3032調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法

27、調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：根根據(jù)基本方程，用據(jù)基本方程，用MathCAD等數(shù)學(xué)軟件求解等數(shù)學(xué)軟件求解 步驟步驟1：列出基本方程（上游調(diào)壓室）：列出基本方程（上游調(diào)壓室） 該方程的該方程的 假設(shè)向上為正；方程的未知量是假設(shè)向上為正；方程的未知量是 和和 ，自，自變量是變量是 ； 是壓力管道流量，與導(dǎo)葉起閉時(shí)間有關(guān)；是壓力管道流量，與導(dǎo)葉起閉時(shí)間有關(guān)； 是是調(diào)壓室斷面高程變化；調(diào)壓室斷面高程變化； 和和 是已知參數(shù)。是已知參數(shù)。 該方程組是二元線性常微分方程，在給定初始條件和已知參數(shù)該方程組是二元線性常微分方程，在給定初始條件和已知參數(shù)情況下，可用通用的數(shù)學(xué)軟件情況下，可用通用

28、的數(shù)學(xué)軟件MathCAD、MatLab等求解等求解( )( )( ( )( ( ),( )wrL dv tZ thv th v t Q tgdt ( )( )( )( ( )dZ tQ tf v tF Z tdt( )Z tt( )Z t( )v t( )Q t( )F Z( )Q t( )F Z( )( ) ( )wh tv t v t( )( )( )( )rrrf v tQ tf v tQ thAA2022-5-3033調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：根根據(jù)基本方程，用據(jù)基本方程，用MathCAD等數(shù)學(xué)軟件求解等數(shù)學(xué)軟件求解 步驟步驟2：給出初始條件（

29、上游調(diào)壓室甩全負(fù)荷）：給出初始條件（上游調(diào)壓室甩全負(fù)荷） 步驟步驟3：給定已知參數(shù)（上游調(diào)壓室甩全負(fù)荷）：給定已知參數(shù)（上游調(diào)壓室甩全負(fù)荷） 壓力管道流量變化過(guò)程壓力管道流量變化過(guò)程 調(diào)壓室斷面隨高程變化規(guī)律調(diào)壓室斷面隨高程變化規(guī)律 引水洞水頭損失系數(shù)引水洞水頭損失系數(shù) 阻抗孔水頭損失系數(shù)阻抗孔水頭損失系數(shù) 阻抗孔面積阻抗孔面積00(0)( 0)wZh vv v 0(0)vv( )Q t( )F ZQ0Q0F(Z)rA2022-5-3034調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：根根據(jù)基本方程，用據(jù)基本方程，用MathCAD等數(shù)學(xué)軟件求解等數(shù)學(xué)軟件求解 步驟步驟4：

30、在數(shù)學(xué)軟件中求解并繪出：在數(shù)學(xué)軟件中求解并繪出 和和 步驟步驟5：整理水位極值并完成報(bào)告：整理水位極值并完成報(bào)告( )Z t( )v t02004006008007407507607707807902001000100200300時(shí) 間 (s)涌浪水位 (m)引水道中流量 (m3/s)Zt1()Qt1()t12022-5-3035調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：MathCAD實(shí)際算例實(shí)際算例一:確定最高涌浪一:確定最高涌浪(1)校核洪水位時(shí)滿荷機(jī)組全部甩負(fù)荷（Qt-0）校核洪水位時(shí)滿荷機(jī)組全部甩負(fù)荷（Qt-0）給定計(jì)算時(shí)間:T1T1800800已知參數(shù)：由上

31、一章知道額定流量QtQt260260引水道長(zhǎng)度:L L17121712引水道斷面面積：f f56.7456.74引水道損失系數(shù)： 0.000040250.00004025hwhw QtQt2 2hwhw2.72092.7209進(jìn)出調(diào)壓室損失系數(shù)： 0.70.72 2 9.819.813.14163.1416 6.36.36.36.34 42 2 3.67163.671610105 52022-5-3036調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：MathCAD實(shí)際算例實(shí)際算例甩負(fù)荷過(guò)程壓力管道中流量隨時(shí)間的變化規(guī)律（導(dǎo)葉40秒內(nèi)直線關(guān)閉）：Q Q t t( )Q Qt

32、 t6 6. .5 5t t 0 0t t4 40 0i if f0 0o ot th he er rw wi is se e阻抗式調(diào)壓室斷面面積隨著水位的不同而不同，因此得如下面積分段函數(shù)：(以庫(kù)面為基準(zhǔn)，Z向上為正）F F Z Z( )3 3. .1 14 41 15 59 9 2 26 62 26 64 4Z Z7 7. .2 23 3i if f3 3. .1 14 41 15 59 9 2 22 22 22 24 4o ot th he er rw wi is se eQ0F(Z)2022-5-3037調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：MathCAD

33、實(shí)際算例實(shí)際算例初始條件：Z Z0 0( )hwhwv v0 0( )Q Q0 0( )f fG Gi iv ve en n由調(diào)壓室基本方程：t tZ Z t t( )d dd dv v t t( ) f f Q Q t t( )F F Z Z t t( )()1 14 4t tv v t t( )d dd dZ Z t t( ) v v t t( )v v t t( )f f2 2 v v t t( ) f f Q Q t t( )v v t t( ) f f Q Q t t( )()9 9. .8 81 1L L( )( )( ( )( ( ),( )wrL dv tZ thv th v

34、t Q tgdt ( )( )( )( )dZ tQ tf v tF Zdt00(0)( 0)wZh vv v 0(0)vv2022-5-3038調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法：MathCAD實(shí)際算例實(shí)際算例Z Zv vO Od de es so ol lv ve eZ Zv vt tT T1 11 11 10 03 3t t1 10 0T T1 11 11 10 03 3T T1 1換算成高程：Z Zt t1 1()Z Zt t1 1()7 76 63 3. .7 77 7換算為流量：Q Qt t1 1()v vt t1 1() f f0 02 20 00

35、 04 40 00 06 60 00 08 80 00 07 74 40 07 75 50 07 76 60 07 77 70 07 78 80 07 79 90 02 20 00 00 02 20 00 04 40 00 0時(shí) 間 (s)涌 浪 水 位 (m)引 水 道 中 流 量 (m3/s)Z Zt t1 1()Q Qt t1 1()t t1 12022-5-3039調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-解析公式法解析公式法：隱隱式解析公式，只計(jì)算極值式解析公式，只計(jì)算極值 阻抗式調(diào)壓室甩負(fù)荷最阻抗式調(diào)壓室甩負(fù)荷最高高涌涌浪浪ln() ()ln() ()maxmax1111110

36、0 XXXXSZXmaxmaxZ Zmaxmax 簡(jiǎn)單式調(diào)壓室甩負(fù)荷最簡(jiǎn)單式調(diào)壓室甩負(fù)荷最高高涌涌浪浪0maxmax)1ln(XXXSZXmaxmax2022-5-3040調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-解析公式法解析公式法：隱隱式解析公式，只計(jì)算極值式解析公式，只計(jì)算極值ln()()ln()()maxmax11111122XXXXSZXmaxmax 阻抗式調(diào)壓室甩負(fù)荷最阻抗式調(diào)壓室甩負(fù)荷最低低涌涌浪浪Z Z2 2 簡(jiǎn)單式調(diào)壓室甩負(fù)荷最簡(jiǎn)單式調(diào)壓室甩負(fù)荷最低低涌涌浪浪22ZXSSZXmaxmaxXXXX2211ln()ln()maxmax2022-5-3041調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方

37、法調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法-解析公式法解析公式法：隱隱式解析公式，只計(jì)算極值式解析公式，只計(jì)算極值 阻抗式調(diào)壓室增負(fù)荷工況最阻抗式調(diào)壓室增負(fù)荷工況最低低涌涌浪浪Zhmmmwmin.(./. )()(/)00 621027500509 11Z Zminmin02020/2wwhSgFhLfV2022-5-3042各種調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法比較：各種調(diào)壓室水位波動(dòng)計(jì)算方法比較：數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)軟件法簡(jiǎn)便，解析法常用，數(shù)值法精確軟件法簡(jiǎn)便，解析法常用，數(shù)值法精確方法方法解析法解析法數(shù)學(xué)軟件法數(shù)學(xué)軟件法數(shù)值法數(shù)值法圖解法圖解法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)常用，較方常用，較方便便方便，能計(jì)方便，能計(jì)算參數(shù)變化算參數(shù)變化過(guò)程，過(guò)程，是

38、今是今后發(fā)展方向后發(fā)展方向精確，能精確，能計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)變化過(guò)程變化過(guò)程物理概念物理概念明確明確缺點(diǎn)缺點(diǎn)主要是隱式主要是隱式公式，需要公式，需要試算，只能試算，只能計(jì)算極值計(jì)算極值需要數(shù)學(xué)軟需要數(shù)學(xué)軟件，件，編程麻煩，編程麻煩，使用不便使用不便麻煩，精麻煩，精度差，度差，現(xiàn)現(xiàn)已不用已不用應(yīng)提倡使用現(xiàn)有數(shù)學(xué)軟件解決問(wèn)題應(yīng)提倡使用現(xiàn)有數(shù)學(xué)軟件解決問(wèn)題2022-5-3043調(diào)壓室波動(dòng)存在穩(wěn)定性問(wèn)題：調(diào)壓室波動(dòng)存在穩(wěn)定性問(wèn)題：若面積太小，若面積太小，水面擾動(dòng)振幅會(huì)越來(lái)越大水面擾動(dòng)振幅會(huì)越來(lái)越大由于某種擾動(dòng)，調(diào)壓室水位下降了一個(gè)由于某種擾動(dòng)，調(diào)壓室水位下降了一個(gè)X，(即水頭減小即水頭減小)，為了，為了

39、保證機(jī)組出力為常數(shù)，調(diào)速器打開(kāi)導(dǎo)葉，增大流量保證機(jī)組出力為常數(shù)，調(diào)速器打開(kāi)導(dǎo)葉，增大流量q，引用流量，引用流量的增大使調(diào)壓室水位進(jìn)一步下降，再調(diào)節(jié)流量，的增大使調(diào)壓室水位進(jìn)一步下降，再調(diào)節(jié)流量，.。這種相。這種相互激發(fā)的作用，可能使調(diào)壓室的波動(dòng)逐漸增大，而不是逐漸衰減互激發(fā)的作用，可能使調(diào)壓室的波動(dòng)逐漸增大，而不是逐漸衰減Q0-xZ+qH00-xH動(dòng)力不穩(wěn)定動(dòng)力不穩(wěn)定動(dòng)力穩(wěn)定但振幅趨于常數(shù)動(dòng)力穩(wěn)定但振幅趨于常數(shù)動(dòng)力穩(wěn)定，波動(dòng)衰減動(dòng)力穩(wěn)定，波動(dòng)衰減2022-5-3044調(diào)壓室波動(dòng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因：調(diào)壓室波動(dòng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因：斷面斷面面太小，引水道中阻力太小面太小，引水道中阻力太小KFF不

40、穩(wěn)定的原因不穩(wěn)定的原因調(diào)壓室斷面過(guò)小調(diào)壓室斷面過(guò)小引水管道中阻尼效應(yīng)太小引水管道中阻尼效應(yīng)太小引水管道中阻力太大，不經(jīng)濟(jì)引水管道中阻力太大，不經(jīng)濟(jì)調(diào)壓室水位波動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，首先在德國(guó)調(diào)壓室水位波動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，首先在德國(guó)Heimbach水電站發(fā)現(xiàn)，經(jīng)托馬的研究，水電站發(fā)現(xiàn)，經(jīng)托馬的研究，1910年提出了著名的托年提出了著名的托馬穩(wěn)定斷面計(jì)算公式馬穩(wěn)定斷面計(jì)算公式)3(2000wmwKhhHgLfF當(dāng)調(diào)壓室面積當(dāng)調(diào)壓室面積 ，理論上認(rèn)為可保證穩(wěn)定性，理論上認(rèn)為可保證穩(wěn)定性2022-5-3045托馬調(diào)壓室穩(wěn)定斷面公式的假設(shè)：托馬調(diào)壓室穩(wěn)定斷面公式的假設(shè)：波動(dòng)幅波動(dòng)幅度很小、調(diào)速器保證出力恒定度很小、

41、調(diào)速器保證出力恒定)()(0000000wmwwmwhxhHqQhhHQ波動(dòng)振幅無(wú)限小，這樣可使基本微分方程線性化；波動(dòng)振幅無(wú)限小，這樣可使基本微分方程線性化；調(diào)速器嚴(yán)格保持出力保持常數(shù)；調(diào)速器嚴(yán)格保持出力保持常數(shù)；電站單獨(dú)運(yùn)行，機(jī)組效率保持不變；電站單獨(dú)運(yùn)行，機(jī)組效率保持不變；不考慮調(diào)壓室底部流速水頭的影響不考慮調(diào)壓室底部流速水頭的影響托馬調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的推求要用到托馬調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的推求要用到調(diào)壓室連續(xù)方程調(diào)壓室連續(xù)方程調(diào)壓室動(dòng)量方程調(diào)壓室動(dòng)量方程機(jī)組出力不變方程機(jī)組出力不變方程)()(00000000wmwwmwhxhHqQhhHQh hw0w0: : 引水道通過(guò)引水道通過(guò)Q Q0 0時(shí)

42、的水頭損失時(shí)的水頭損失; ;h hwm0wm0: : 壓力管道通過(guò)壓力管道通過(guò)Q Q0 0時(shí)的水頭損失；時(shí)的水頭損失；x: x: 調(diào)壓室水位的微小變化值調(diào)壓室水位的微小變化值; ;q: q: 水輪機(jī)流量的微小變化值水輪機(jī)流量的微小變化值; ;假定假定=0=02022-5-3046托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)：托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)：小擾動(dòng)后各參數(shù)小擾動(dòng)后各參數(shù)的變化的變化擾動(dòng)狀態(tài)擾動(dòng)狀態(tài)0000wmwThhHH0Q0V00whZ 200Vhw200QhwmxhZw0dVdyqQQ0200202)(yyVhyVhww200202)(qqQhqQhwmwm調(diào)壓室水位調(diào)壓室水位引水洞流速引水洞流速壓力管道流量

43、壓力管道流量引水洞損失引水洞損失壓力管道損失壓力管道損失水輪機(jī)水頭水輪機(jī)水頭初始狀態(tài)初始狀態(tài)wmwThxhHH000VVy2022-5-3047托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)：托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)：小擾動(dòng)后各參數(shù)小擾動(dòng)后各參數(shù)的變化的變化x2qy擾動(dòng)狀態(tài)擾動(dòng)狀態(tài)0000wmwThhHH0Q0V00whZ 200Vhw200QhwmxhZw0dVdyqQQ0200202)(yyVhyVhww200202)(qqQhqQhwmwm調(diào)壓室水位調(diào)壓室水位引水洞流速引水洞流速壓力管道流量壓力管道流量引水洞損失引水洞損失壓力管道損失壓力管道損失水輪機(jī)水頭水輪機(jī)水頭初始狀態(tài)初始狀態(tài)wmwThxhHH000VVy為微小

44、量，高階微量為微小量，高階微量 可略去，以使方程線性化可略去，以使方程線性化2yqdZdx2022-5-3048托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟1：將小擾動(dòng)狀將小擾動(dòng)狀態(tài)參數(shù)代入方程組，得到擾動(dòng)變量方程組態(tài)參數(shù)代入方程組，得到擾動(dòng)變量方程組)()(0000000wmwwmwhxhHqQhhHQdtdZFfVQwL dVZhg dtdxqfyFdtyVxdtdygL02100000)3(HxQhhHxQqwmw忽略忽略q q2 2及及xqxq項(xiàng)項(xiàng)qQQ0002wwhhV y002wmwmhhQ qwmwThxhHH00 xhZw00VVy000()()wd hxQqf VyFdt

45、0000()()(2)wwd VyLhxhV ygdt000000000()()(2)wwmwwmQ HhhQq HhxhQ q應(yīng)用應(yīng)用2022-5-3049托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟2：聯(lián)立擾動(dòng)變聯(lián)立擾動(dòng)變量方程組，得到振動(dòng)微分方程量方程組，得到振動(dòng)微分方程0)21 ()2(1201 022xHVLFgfdtdxFHfLgVdtxd02222xpdtdxndtxd波動(dòng)衰減的必要條件波動(dòng)衰減的必要條件200np，dxqfyFdtyVxdtdygL02100000)3(HxQhhHxQqwmw單自由度、帶阻單自由度、帶阻尼的振動(dòng)方程。尼的振動(dòng)方程。二階常系數(shù)齊次二階常系數(shù)齊

46、次線性微分方程線性微分方程2p2n2022-5-3050托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟托馬穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo)步驟3：根據(jù)振動(dòng)衰根據(jù)振動(dòng)衰減的條件，導(dǎo)出調(diào)壓室穩(wěn)定斷面公式減的條件，導(dǎo)出調(diào)壓室穩(wěn)定斷面公式0n 120gfLFH100022(3)wwmLfLfFgHg Hhh)3(2000wmwKhhHgLfF保證波動(dòng)衰減的最小斷面保證波動(dòng)衰減的最小斷面（托馬斷面）（托馬斷面）20p 00031Hhhwmw2001122110wVhHH 此條件通常都能滿足此條件通常都能滿足否則電站效益太差否則電站效益太差振動(dòng)衰減條件振動(dòng)衰減條件2022-5-3051影響調(diào)壓室水力穩(wěn)定的因素：影響調(diào)壓室水力穩(wěn)定的因素：水頭、

47、引水水頭、引水道阻力、調(diào)壓室位置、水輪機(jī)效率等等道阻力、調(diào)壓室位置、水輪機(jī)效率等等托馬斷面推導(dǎo)中假定托馬斷面推導(dǎo)中假定 波動(dòng)無(wú)限小波動(dòng)無(wú)限小 電站單獨(dú)運(yùn)行電站單獨(dú)運(yùn)行 調(diào)速器嚴(yán)格保證出力為常數(shù)調(diào)速器嚴(yán)格保證出力為常數(shù) 機(jī)組效率不變機(jī)組效率不變實(shí)際水電調(diào)壓室穩(wěn)定斷面設(shè)計(jì)要考慮多種因素實(shí)際水電調(diào)壓室穩(wěn)定斷面設(shè)計(jì)要考慮多種因素 水電站水頭的影響水電站水頭的影響 引水系統(tǒng)中糙率的影響引水系統(tǒng)中糙率的影響 調(diào)壓室位置的影響調(diào)壓室位置的影響 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 水輪機(jī)效率的影響水輪機(jī)效率的影響 電力系統(tǒng)的影響電力系統(tǒng)的影響 大波動(dòng)的穩(wěn)定斷面大波動(dòng)的穩(wěn)定斷面2022-5-305

48、2水頭水頭對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響：對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響：水頭越小水頭越小要求的穩(wěn)定斷面越大要求的穩(wěn)定斷面越大)3(2000wmwKhhHgLfF 水電站的水頭愈小，要求的穩(wěn)定斷面愈大水電站的水頭愈小，要求的穩(wěn)定斷面愈大 中低水頭水電站多用簡(jiǎn)單式、差動(dòng)式或阻抗式調(diào)壓室中低水頭水電站多用簡(jiǎn)單式、差動(dòng)式或阻抗式調(diào)壓室 在高水頭水電站中，要求的穩(wěn)定斷面較小，常受波動(dòng)振幅控在高水頭水電站中，要求的穩(wěn)定斷面較小，常受波動(dòng)振幅控制，多采用雙室式調(diào)壓室制，多采用雙室式調(diào)壓室 為安全起見(jiàn)，一般選水電站為安全起見(jiàn)，一般選水電站最小水頭計(jì)算最小水頭計(jì)算，并與水電站設(shè)計(jì)，并與水電站設(shè)計(jì)水頭比較水頭比較2022-5-

49、3053引水道糙率引水道糙率對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響：對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響：糙糙率越小要求的穩(wěn)定斷面越大率越小要求的穩(wěn)定斷面越大)3(2000wmwKhhHgLfF 引水系統(tǒng)的糙率愈大，水頭損失系數(shù)引水系統(tǒng)的糙率愈大，水頭損失系數(shù)愈大，愈大，F(xiàn)kFk愈?。m然愈?。m然H1H1隨糙率的增大而減小，有使隨糙率的增大而減小，有使FkFk增大的趨勢(shì)，但其影響遠(yuǎn)不增大的趨勢(shì)，但其影響遠(yuǎn)不如如顯著）顯著） 為了安全，計(jì)算為了安全，計(jì)算FkFk時(shí)應(yīng)采用時(shí)應(yīng)采用可能的最小的糙率可能的最小的糙率2022-5-3054調(diào)壓室位置調(diào)壓室位置的影響：的影響：管線總長(zhǎng)度不變情況管線總長(zhǎng)度不變情況下，越靠近廠房越有利于

50、波動(dòng)的衰減下，越靠近廠房越有利于波動(dòng)的衰減因?yàn)橐驗(yàn)?，在引水路線不變的情況，在引水路線不變的情況下，調(diào)壓室愈靠近廠房，壓力水管愈短下，調(diào)壓室愈靠近廠房，壓力水管愈短,(,(即即hwm0hwm0愈愈小小) )，H1H1值愈大，有利于波動(dòng)衰減值愈大，有利于波動(dòng)衰減因此應(yīng)使調(diào)壓室盡量靠近廠房因此應(yīng)使調(diào)壓室盡量靠近廠房)3(0001wmwhhHH)3(2000wmwKhhHgLfF2022-5-3055調(diào)壓室底部流速頭調(diào)壓室底部流速頭的影響：的影響：有利于波動(dòng)穩(wěn)有利于波動(dòng)穩(wěn)定，阻抗式調(diào)壓室須計(jì)及該影響定，阻抗式調(diào)壓室須計(jì)及該影響)3(2000wmwKhhHgLfF2122LC Rgg 調(diào)壓室底部的流速

51、水頭對(duì)波動(dòng)衰減起有利的調(diào)壓室底部的流速水頭對(duì)波動(dòng)衰減起有利的影響，其作用與水頭損失相似，但并不減小影響，其作用與水頭損失相似，但并不減小水電站的有效水頭水電站的有效水頭 若調(diào)壓室底部的流速與引水道部分的流速相若調(diào)壓室底部的流速與引水道部分的流速相同，即對(duì)于同，即對(duì)于阻抗式調(diào)壓室阻抗式調(diào)壓室，則公式中的，則公式中的系系數(shù)應(yīng)包括數(shù)應(yīng)包括流速水頭流速水頭及局部損失的影響及局部損失的影響 可以看出，引水道直徑愈大，長(zhǎng)度愈短，流可以看出，引水道直徑愈大，長(zhǎng)度愈短，流速水頭的影響愈顯著，局部損失的比重也較速水頭的影響愈顯著，局部損失的比重也較大，不能忽視大，不能忽視 但對(duì)但對(duì)簡(jiǎn)單式簡(jiǎn)單式調(diào)壓室調(diào)壓室, ,

52、則則不應(yīng)考慮流速水頭的不應(yīng)考慮流速水頭的影響影響引水道損失引水道損失流速水頭流速水頭2022-5-3056水輪機(jī)效率水輪機(jī)效率的對(duì)穩(wěn)定斷面的影響：的對(duì)穩(wěn)定斷面的影響：不同工不同工況點(diǎn)影響性質(zhì)不同況點(diǎn)影響性質(zhì)不同 在前面的推導(dǎo)中在前面的推導(dǎo)中, ,曾假定效率為常數(shù)，曾假定效率為常數(shù)，但實(shí)際上，水輪機(jī)效率隨著水頭和流但實(shí)際上，水輪機(jī)效率隨著水頭和流量的變化而變化量的變化而變化 在水輪機(jī)的不同工作區(qū)在水輪機(jī)的不同工作區(qū) 是不一樣是不一樣的，對(duì)穩(wěn)定性影響也不一樣的，對(duì)穩(wěn)定性影響也不一樣 決定調(diào)壓室的臨界斷面是在水電站最決定調(diào)壓室的臨界斷面是在水電站最小水頭，運(yùn)行之時(shí)，效率的變化對(duì)波小水頭，運(yùn)行之時(shí)，效

53、率的變化對(duì)波動(dòng)衰減是不利的動(dòng)衰減是不利的00(1)22(1)KmwLfFg Hh000QHQH0000HQHQ 2022-5-3057電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定斷面的影響：對(duì)穩(wěn)定斷面的影響：加入電力系加入電力系統(tǒng)有利波動(dòng)穩(wěn)定統(tǒng)有利波動(dòng)穩(wěn)定 對(duì)于單獨(dú)運(yùn)行的水電站，當(dāng)調(diào)壓室的水位發(fā)生變化時(shí)對(duì)于單獨(dú)運(yùn)行的水電站，當(dāng)調(diào)壓室的水位發(fā)生變化時(shí),出力為常數(shù)的要求是由自身的調(diào)速器單獨(dú)來(lái)保證的出力為常數(shù)的要求是由自身的調(diào)速器單獨(dú)來(lái)保證的 水電站一般參加電力系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)調(diào)壓室的水位發(fā)生水電站一般參加電力系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)調(diào)壓室的水位發(fā)生變化時(shí)，由系統(tǒng)中各機(jī)組共同保證系統(tǒng)出力為常數(shù)，變化時(shí)，由系統(tǒng)中各機(jī)組共同保證系統(tǒng)出力為常

54、數(shù)，而水電站本身的出力只有一些較小的變化，因此，參而水電站本身的出力只有一些較小的變化，因此，參加電力系統(tǒng)運(yùn)行有助于調(diào)壓室波動(dòng)的衰減加電力系統(tǒng)運(yùn)行有助于調(diào)壓室波動(dòng)的衰減 電力系統(tǒng)越大，對(duì)水電站調(diào)壓室穩(wěn)定性越有利電力系統(tǒng)越大，對(duì)水電站調(diào)壓室穩(wěn)定性越有利2022-5-3058調(diào)壓室斷面確定，除滿足調(diào)壓室斷面確定，除滿足小波動(dòng)穩(wěn)定小波動(dòng)穩(wěn)定外，外，還需要滿足還需要滿足大波動(dòng)穩(wěn)定大波動(dòng)穩(wěn)定 甩負(fù)荷、增負(fù)荷引起的調(diào)壓室大幅波動(dòng)稱大波動(dòng)甩負(fù)荷、增負(fù)荷引起的調(diào)壓室大幅波動(dòng)稱大波動(dòng) 當(dāng)波動(dòng)振幅較大時(shí)，運(yùn)動(dòng)的微分方程不再是線性的因當(dāng)波動(dòng)振幅較大時(shí)，運(yùn)動(dòng)的微分方程不再是線性的因此托馬公式不能直接應(yīng)用于大波動(dòng)。此托馬公式不能直接應(yīng)用于大波動(dòng)。 非線性波動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)題的嚴(yán)格解析解，目前還得不出，非線性波動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)題的嚴(yán)格解析解，目前還得不出，只能采用圖解法和數(shù)值解近似只能采用圖解法和數(shù)值解近似