第4章__水击和调节保证计算

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水电站的水击及调节保证计算

水电站的水击及调节保证计算

⽔电站的⽔击及调节保证计算第四章⽔电站的⽔击及调节保证计算本章重点内容:⽔电站有压引⽔系统⾮恒定流现象和调节保证计算的任务、单管⽔击简化计算、复杂管路的⽔击解析计算及适⽤条件、机组转速变化的计算⽅法和改善调节保证的措施。

第⼀节概述⼀、⽔电站的不稳定⼯况由于负荷的变化⽽引起导⽔叶开度、⽔轮机流量、⽔电站⽔头、机组转速的变化,称为⽔电站的不稳定⼯况。

其主要表现为:(1) 引起机组转速的较⼤变化丢弃负荷:剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升⾼增加负荷:与丢弃负荷相反。

(2) 在有压引⽔管道中发⽣“⽔击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压⼒随之变化→“⽔击”。

导时关闭时,在压⼒管道和蜗壳中将引起压⼒上升,尾⽔管中则造成压⼒下降。

导叶开启时则相反,将在压⼒管道和蜗壳内引起压⼒下降,⽽在尾⽔管中则引起压⼒上升。

(3) 在⽆压引⽔系统(渠道、压⼒前池)中产⽣⽔位波动现象。

⼆、调节保证计算的任务(⼀) ⽔击的危害(1) 压强升⾼过⼤→⽔管强度不够⽽破裂;(2) 尾⽔管中负压过⼤→尾⽔管汽蚀,⽔轮机运⾏时产⽣振动;(3) 压强波动→机组运⾏稳定性和供电质量下降。

(⼆) 调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算,⼀般称为调节保证计算。

1.调节保证计算的任务:(1) 计算有压引⽔系统的最⼤和最⼩内⽔压⼒。

最⼤内⽔压⼒作为设计或校核压⼒管道、蜗壳和⽔轮机强度的依据;最⼩内⽔压⼒作为压⼒管道线路布置,防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据;(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率,并检验其是否在允许的范围内。

(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律,保证压⼒和转速变化不超过规定的允许值。

(4) 研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。

2.调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒和机组转速上升值三者之间的关系,最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式,使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。

青羊沟水电站水锤及调节保证计算精选全文

青羊沟水电站水锤及调节保证计算精选全文

可编辑修改精选全文完整版青羊沟水电站水锤及调节保证计算1概述青羊沟水电站工程位于甘肃省酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内的疏勒河干流上,为甘肃省境内疏勒河干流昌马水库以上河段水电开发规划中的梯级电站之一。

电站厂房距玉门镇约109km,距玉门市昌马乡38km,距肃北县鱼儿红乡政府约52km,对外交通便利。

电站采用有压引水式开发方式,是以发电为主的日调节中型水电站工程,电站额定水头116m。

主厂房装设2台单机容量为23MW(以下称大机)和1台单机容量为10MW(以下称小机)共3台混流式水轮发电机组,并要求大、小机在运行水头介于116m至133.42m范围内能超额定出力运行,其超额定出力范围为10%(机组具有10%的超发能力),即大机为26.356 MW、小机为11.583MW。

电站保证出力为10.23MW,多年平均年发电量为2.131亿kW.h,装机年利用小时数为3805h。

电站引水发电系统由进水口、引水发电隧洞、调压井、压力管道主管、压力管道支管组成,水流通过水轮发电机组后由尾水渠流入河道。

引水发电隧洞长7177.59m,设计流量55.3m3/s,隧洞为圆形有压洞,纵坡1/265.837,洞径D=4.6m,设计流速3.33m/s。

调压井布置于副厂房上游侧,调压井型式为阻抗式调压井,竖井内径10.0m,阻抗孔直径1.98m,底部高程2286.00m,顶部高程2335.50m。

调压井底部垂直接压力管道主管,压力主管由垂直管、弯管和水平管组成,其中垂直管长85.5m,弯管长18.85m(R=12m,a=900),水平管长205.65m,主管总长310m,主管内径4.0m(暂定),设计流速4.40m/s。

压力主管末端3条支管为“卜”型布置,1#大机支管长31m,内径2.5m,2#大机支管长24m,内径2.5m,3#小机支管长30m,内径1.6m。

厂内安装2台23MW和1台10MW共3台混流式水轮发电机组,水轮机型号分别为HLA685-LJ-177和HLA685-LJ-122;单机引用流量22.65m3/s和10m3/s,额定水头116m。

调保计算

调保计算

1摘要通过水轮机调节课程的学习,明确调保计算的任务,就是电站在运行过程中,常会由于各种事故,机组突然与系统解列,从而造成甩负荷。

在甩负荷时,由于导叶迅速关闭,水轮机的流量会急剧变化,因此在水轮机过水系统内会产生水击,调节保证计算就是在初步选定设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升max及最大的压力上升值ζmaxc。

调节保证计算一般应对两个工况进行,即计算额定水头和最大水头下甩全负荷的压力上升和转速上升,并取其大者。

最终选定一个T,作为该电站的导叶关闭时间。

合理的fThrough turbine regulating course of study, clear the computing task, is the power station in the process of running, often due to accidents, suddenly and system solution, resulting in load rejection. During load rejection, because the guide vane quickly closed, turbine flow will change sharply, so the turbine will generate water hammer for water system, adjusting guarantee calculation is in preliminary design phase to calculate the above selected maximum speed rises and the maximum stress in the process of appreciation. Regulation guarantee calculation generally deal with the two conditions, namely the full load shedding is calculated under rated head and the maximum water head of pressure riseT, as the and speed up, and take its head. Finally selected a reasonablefguide vane closing time of the hydropower station.关键词:水轮机调节调节保证计算甩负荷转速上升压力上升2引言由于很多水电站的导叶关闭时间和关闭方式存在一些不合理,导致压力钢管爆破的灾难性事故。

水电站的水击及调节保证计算

水电站的水击及调节保证计算

第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容:水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。

第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化,称为水电站的不稳定工况。

其主要表现为:(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷:剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷:与丢弃负荷相反。

(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。

导时关闭时,在压力管道和蜗壳中将引起压力上升,尾水管中则造成压力下降。

导叶开启时则相反,将在压力管道和蜗壳内引起压力下降,而在尾水管中则引起压力上升。

(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。

二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂;(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀,水轮机运行时产生振动;(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。

(二) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算,一般称为调节保证计算。

1.调节保证计算的任务:(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。

最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据;最小内水压力作为压力管道线路布置,防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据;(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率,并检验其是否在允许的范围内。

(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律,保证压力和转速变化不超过规定的允许值。

(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。

2.调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系,最后选择适当的导叶启闭时间和方式,使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。

第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1.定义在水电站运行过程中,为了适应负荷变化或由于事故原因,而突然启闭水轮机导叶时,由于水流具有较大的惯性,进入水轮机的流量迅速改变,流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化,这种变化是交替升降的一种波动,如同锤击作用于管壁,有时还伴随轰轰的响声和振动,这种现象称为水击。

高职水电站复习试卷论述

高职水电站复习试卷论述

第三章水电站压力管道一、判断题1.选取的钢管直径越小越好。

( )2.钢管末端必须设置阀门。

( )3.快速闸阀和事故阀下游侧必须设置通气孔或通气阀。

( )4.伸缩节一般设置在镇墩的下游侧。

( )5.明钢管只在转弯处设置镇墩。

( )6.对同一电站来说,选用地下埋管的造价一般高于明钢管。

( )7.坝后式电站多采用坝内钢管,供水方式一般为单元供水。

( )8.明钢管上加劲环的刚度越小,则环旁管壁的应力就越大。

( )9.地下埋管的破坏事故多数由外压失稳造成。

( )10.镇墩的作用是防止水管发生滑移。

( )11.通气孔一般应设在工作闸门的上游侧。

( )12.明钢管强度校核中,支承环断面的允许应力与跨中相同。

( )二、填空题1.压力管道的供水方式有、、三种,其中地下埋管多采用方式。

2.对地面压力钢管,当温度变化时,由于在和处产生摩擦力而引起管壁轴向力。

3.水电站压力管道的闸门布置在管道的端,而阀门布置在管道的端,一般在钢管的设置排水管。

4.支墩的常见类型有、、三种。

5.钢管的转弯半径不易小于倍管径,明钢管底部至少高出地表面m。

6.岔管的典型布置型式有、、三种。

7.地下埋管的灌浆分为、、三种。

8.坝式压力管道有、、三种型式。

三、思考题1.压力水管的供水方式有几种?各有什么优缺点?其适用条件是什么?2.镇墩、支墩、伸缩节的作用是什么?3.作用在明钢管上的荷载有哪几类?各产生什么应力?计算应力时应选取哪几个断面?4.明钢管的抗外压稳定的概念。

失稳的原因及防止措施是什么?5.简述压力钢管的设计步骤。

6.岔管的工作特点?常见的岔管有哪几种类型?各适用于什么条件?7.镇墩和支墩的作用有何不同?二者分别设置在地面压力钢管的什么部位?8.支墩有哪几种类型?各有何特点?适用什么情况?9. 伸缩节的作用和类型?其要求是什么?10.地下埋管的施工程序各有何要求?11.地下埋管外压稳定的影响因素?如何防止其外压失稳?12.混凝土坝式压力管道有哪几种型式?各适用于什么情况?13.混凝土坝内埋管在坝剖面上有哪几种布置型式?各适用于什么情况?14.如何选择压力管道的线路?15. HD的含义是什么,其大小说明了什么?第四章水电站的水击及调节保证计算一、判断题1.导叶的关闭时间Ts愈大,水击压力愈大,机组转速升率愈。

《水利资源计算》第四章 水库洪水调节计算

《水利资源计算》第四章  水库洪水调节计算

q
QB B Q区
防 洪 保 护 区
河流
6h
在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下根据水文分析计算提供的各种标准的设计洪水或已知的设计入库洪水过程线水库特性曲线拟定的泄洪建筑物的形式和尺寸调洪方式等通过计算推求出水库的出流过程最大下泄流量特征库容和相应的特征洪水位
第四章 水库洪水调节计算
第一节 第二节 第三节
概述 水库调洪计算的方法 无闸门控制的水库调洪计算
已知Q1, q1, Q2, V1 假设q2
V2
q=f(V)
q = q2
* 2
q
* 2
如此连续计算 即可得q( ) 即可得 (t)
两条曲线点绘在一张图上。 (4) 将Q(t)和q(t)两条曲线点绘在一张图上。 ) 和 两条曲线点绘在一张图上
Q(t) qmax=Q(t)
A
q(t)
(5) 求出 调和Zm ) 求出V
西北农林科技大学水建学院
2010年 2010年4月14日10点56分 14日10点56分
第一节


任务: 任务:在水工建筑物或下游防护对象的防洪标 准一定的情况下, 准一定的情况下,根据水文分析计算提供的各种标 准的设计洪水或已知的设计入库洪水过程线, 准的设计洪水或已知的设计入库洪水过程线,水库 特性曲线、拟定的泄洪建筑物的形式和尺寸、 特性曲线、拟定的泄洪建筑物的形式和尺寸、调洪 方式等,通过计算,推求出水库的出流过程、 方式等,通过计算,推求出水库的出流过程、最大 下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位。 下泄流量、特征库容和相应的特征洪水位。 作用:拦蓄洪水,削减洪峰,延长泄洪时间, 作用:拦蓄洪水,削减洪峰,延长泄洪时间, 使下泄流量能安全通过下游河道。 使下泄流量能安全通过下游河道。

论水电站引水系统中调节保证计算

论水电站引水系统中调节保证计算

论水电站引水系统中调节保证计算论水电站中引水系统的调节保证计算对于水电站引水系统,利用美国垦务局等经验公式对引水管道经济直径进行分析使相应调保计算成果满足要求,为电站安全运行提供可靠的依据。

关键词:水电站引水系统设计调节保证计算5.水锤及调节保证计算5.1调节保证计算的任务和标准水锤及调节保证计算,是水电站设计的重要内容之一。

它不仅影响压力管道、机组、蜗壳等过流部件的强度,而且关系到电站运行的安全和机组运行的稳定性。

调节保证计算是机组负荷在较大范围内突然变化的情况下,考虑到调速器的影响以进行限制水锤压力和机组装机变化值的计算,解决水力惯性、机组惯性和调整性能三者之间的矛盾,以期达到电能质量最佳、机组运行经济合理、安全可靠的目的。

5.1.1水锤及调节保证计算的目的和任务1、水锤计算的目的决定管道内的最大内水压力,作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据;决定管道内最小内水压力,作为管线布置,防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据;研究水锤与机组运行的关系。

2、调节保证计算的目的通过调节保证计算和分析,正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上伸值三者之间的关系,最后选择适当的导叶启闭时间和方式,水锤压力和转速上伸值均在经济合理的允许范围内。

3、水锤及调节保证计算的任务根据水电站压力引水系统和水轮发电机组的特性,合理选择调速器的调节时间调节规律,进行水锤压力和机组转速变化值的计算,使二者均在允许内,并尽可能地降低水锤压力。

5.1.2 调节保证计算的标准调节保证计算标准,是指水锤压力和转速变化在技术经济上合理的允许值。

标准在规范中有所规定,但这是在一定时期和一定技术水平和经济条件下制定的,用时应结合具体情况加以确定。

1、水锤压力的计算标准甩全负荷时,允许的相对压力升高max ξ一般可按以下不同情况考虑:表5-1:max ξ取值表当设置减压阀或折流板时,max ξ=20%对于增加负荷时的负水锤,以压力水管顶部任何一点不出现负压并保持有2m 以上的余压为限。

04-第4章 水库洪水调节计算4节

04-第4章 水库洪水调节计算4节
由于水库放水要经历一定的传 播时间才能达到防护区河道控制 断面并中途与区间来水组合,因 断面并中途与区间来水组合, 此对区间洪水过程必须做出预报, 此对区间洪水过程必须做出预报, 其预见期应不短于相应水库放水 到支流河口的传播时间г, 到支流河口的传播时间 ,否则 防洪补偿运行方式就无法实施
防洪补偿调节的计算可分为规划和 防洪补偿调节的计算可分为规划和运行 规划 两种方式 1.运行阶段放水决策 1.运行阶段放水决策
C点以前按来多少放多少 维持库水位在防洪限制水 位不变; 点以后按CDE 位不变;C点以后按CDE 的实线泄放
2.规划阶段的防洪补偿调节计算 2.规划阶段的防洪补偿调节计算
根据下游防洪设计标准求得建库前B 根据下游防洪设计标准求得建库前B 处洪水过程线Q 处洪水过程线QB~t 求出相应的A的入库洪水Q ~t和区间 求出相应的A的入库洪水QA~t和区间 洪水⊿ ~t的组成洪水过程 洪水⊿Q ~t的组成洪水过程 将⊿Q ~t在防洪控制断面处的允许泄 ~t在防洪控制断面处的允许泄 下倒置,求得( ~t, 量qp下倒置,求得(qp~ ⊿Q )~t, 进而将其自防洪控制断面反演算至坝 址断面 与入库洪水Q 与入库洪水QA~t 水量平衡求得补偿 调节所需防洪库容V 阴影面积) 调节所需防洪库容VP(阴影面积)
(3)坝顶高程计算 (3)坝顶高程计算
Z1=Z0.2%+ ⊿h1+ ⊿1 % Z2=Z0.02%+ ⊿h2+ ⊿2 式中 Z0.2%------设计洪水位 %------设计洪水位 ------设计洪水情况的风浪高及安全超高 ⊿h1, ⊿1------设计洪水情况的风浪高及安全超高 Z0.02%------校核洪水位 %------校核洪水位 ------校核洪水情况的风浪高及安全超高 ⊿h2, ⊿2------校核洪水情况的风浪高及安全超高 为安全起见, 为安全起见,在Z1及Z2中,取较大的为设计值 取较大的为设计值

调保计算(附件5)

调保计算(附件5)

调保计算(附件5)调保计算⼀、调节保证计算的任务(⼀)⽔击的危害(1)压强升⾼过⼤→⽔管强度不够⽽破裂;(2)尾⽔管中负压过⼤→尾⽔管汽蚀,⽔泵运⾏时产⽣振动;(3)压强波动→机组运⾏稳定性和供电质量下降。

(⼆)调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算,⼀般称为调节保证计算。

1.调节保证计算的任务:(1) 计算有压引⽔系统的最⼤和最⼩内⽔压⼒。

最⼤内⽔压⼒作为设计或校核压⼒管道、蜗壳和⽔泵强度的依据;最⼩内永压⼒作为压⼒管道线路布置,防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据;(2)计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率,并检验其是否在允许的范围内。

(3)选择调速器合理的调节时间和调节规律,保证压⼒和转速变化不超过规定的允许值。

(4)研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。

2.调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒盒机组转速上升值三者之间的关系,最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式,使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。

⼆、⽔击现象1.定义在⽔站运⾏过程中,为了适应负荷变化或由于事故原因,⽽突然启闭⽔泵导叶时,由于⽔流具有较⼤的惯性,进⼊⽔泵的流量迅速改变,流速的突然变化使压⼒⽔管、蜗壳及尾⽔管中的压⼒随之变化,这种变化是交替升降的⼀种波动,如同锤击作⽤于管壁,有时还伴随轰轰的响声和振动,这种现象称为⽔击。

2.⽔击特性(1)⽔击压⼒实际上是由于⽔流速度变化⽽产⽣的惯性⼒。

当突然启闭阀门时,由于启闭时间短、流量变化快,因⽽⽔击压⼒往往较⼤,⽽且整个变化过程是较快的。

(2)由于管壁具有弹性和⽔体的压缩性,⽔击压⼒将以弹性波的形式沿管道传播。

注:⽔击波在管中传播⼀个来回的时间 tr=2L/a,两个相为⼀个周期2tr=T(3)⽔击波同其它弹性波⼀样,在波的传播过程中,在外部条件发⽣变化处(即边界处)均要发⽣波的反射。

其反射特性(指反射波的数值及⽅向)决定于边界处的物理特性。

三、⽔击波的传播速度⽔击波速与管壁材料、厚度、管径、管道的⽀承⽅式以及⽔的弹性模量等有关,其计算公式为:式中K—⽔的体积弹性模量,⼀般为2.06×l03MPa;E—管壁材料的纵向弹性模数(钢村E=2.06×l03MPa,铸铁E=0.98×l05MPa,混凝⼟E=2.06×l04MPa);为声波在⽔中的传播速度,随温度和压⼒的升⾼⽽加⼤,⼀般取1435m/s。

05-水电站的水锤与调节保证计算PPT课件

05-水电站的水锤与调节保证计算PPT课件
④ 实际上由于阀门不可能瞬时关闭,每关闭一个微小开 度,总会产生一个微小的水锤,故实际的水锤波将是 许多水锤波叠加的结果。
注:水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/a,称之为 “相”,两个相为一个周期2tr=T。
8
.
三、水锤波的传播速度
水锤波传播速度的大小与管壁材料、厚度、管 径、管道的支撑方式以及水体的弹性模量有关。
由阀门向水库传播,水库为异号 等值反射。(惯性) ❖ L/a~2L/a: 降压波 由水库向阀门传播,阀门为同号 等值反射。(压差) ❖ 2L/a~3L/a: 降压波 阀门→水库。 (惯性) ❖ 3L/a~4L/a: 升压波 ❖ 水库→阀门。(压差)
a
逆行波
a
顺行波
a
逆行波
a
顺行波
Hg
Hg
6
.
水锤特性
.
上述基本方程的通解: ΔH=H-Hg=F(t-x/a)+f(t+x/a) Hg 初始静水头 ΔV=V-V0=-g/a[F(t-x/a)-f(t+x/a)] V0 初始流速
注:F 和f 为两个波函数,其量纲(单位)与水头H相同, 故可视为压力波。 ❖ F(t-x/a)为逆水流方向移动的压力波,称为逆行波; ❖ f(t+x/a)为顺水流方向移动的压力波,称为顺行波。 ❖ 任何断面任何时刻的水锤压力值等于两个方向相反的压 力波之和;而流速差值为两个压力波之差再乘以-g/a。
❖ 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
11
.
第三节 水锤基本方程和边界条件
一、基本方程
《水力学》中已经介绍。忽略小项,不计摩阻项,得到:
V g H
H a2 V
t
x t g x

水资源规划第4章 水库调节计算

水资源规划第4章 水库调节计算

在计算过程中,每一时段中的Q1、Q2、q1、V1均为已知。 先假定一个Z2值,由q = f(Z)曲线查出一个q2值,将q2值代 入式(4-1)求出V2值,按此V2值在V = f(Z)曲线上查出Z2’ 值,将Z2’与假定的Z2值相比较。若两者相差较大,则要重新 假定一个Z2值,重复上述试算过程,直至两者相等或很接近为 止。这样多次演算求得的Z2、q2、V2值就是下一时段的Z1、V1 、q1值,可依据此值进行下一时段的试算。
利用闸门控制下泄流量q时,调洪计算的基本原 理和方法与不用闸门控制时类似,所不同的是因为水 库运行方式有多种多样,需要随时调整闸门的开度。
利用闸门控制q时的调洪计算,以采用列表试算法 较为方便。
一、考虑下游防洪要求的情况
下游有防洪要求,且最大下泄流量 不能超过下游允许的安全泄量的情况
1. t1前,q=Q, Z↑,q↑ ; 2. t2时 Q=q汛限, 闸门 逐渐
改进法: 假定Δt’,查出Q2’, 直接令q2’= Q2’, 计算Δv’ , 求v2’,查 q2’,如果与假定的一致,则试算结束。否则,重新假定Δt’。
例题
Z 117 118 119 120 121 122 123 124 125 V 1710 1795 1890 1990 2100 2200 2310 2415 2520
瞬态法将圣维南方程组式进行简化而得出基本公式,再结 合水库的特有条件对基本公式进一步简化,则得专用于水库 调洪计算的实用公式如下:
Q
q
1 2
(Q1
Q2 )
1 2
( q1
q2 )
V2 V1 t
V t
(4-1)
下泄流量q应是泄洪建筑物泄流水头H的函数,而当泄洪建 筑物的型式、尺寸等已定时

水电站考试复习习题

水电站考试复习习题

水电站的布置形式及组成建筑物一、填空题1.水电站的基本布置形式有_坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站三种,其中坝式水电站分河床式、坝后式、坝内式、溢流式等形式。

2.有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成;而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。

3.抽水蓄能电站的作用是___________________________________,包括_________________和_________________两个过程。

4.按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。

二、思考题1.按照集中落差的方式不同,水电站的开发分为几种基本方式?各种水电站有何特点及适用条件?2.水电站有哪些组成建筑物?其主要作用是什么?3.抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么?潮汐电站基本工作原理是什么4.何为水电站的梯级开发?水电站进水口及引水建筑物一、判断题1.无压引水进水口,一般应选在河流弯曲段的凸岸。

( )2.有压进水口的底坎高程应高于死水位。

( )3.通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。

( )4.进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。

( )5.渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。

( )6.明渠中也会有水击现象产生。

( )二、填空题1.水电站的有压进水口类型有______________、______________、____________、____________等几种。

2.水电站有压进水口主要设备有______________、______________、______________和______________。

4_水击2

4_水击2

时刻
全管速度
全管压强 水头 h0
水锤波 到达
A点 点
液体状态
t=2L/a
v= -v0
复原
第二阶段末:t=L/a
时刻
h0
B L
v0
A
t=2L/a
由于阀门已经关闭,减速减压的水锤波到达A点后无法再继续 由于阀门已经关闭, 减速减压的水锤波到达 点后无法再继续 向前传播。因为根据连续方程, 点流速必须为零 点流速必须为零, 向前传播。因为根据连续方程,A点流速必须为零,若A点处也 点处也 要形成流向水库的流速,则液体没有补充的来源。 要形成流向水库的流速 , 则液体没有补充的来源 。 而此时管中 时刻, 其它断面上的流速却是 -v0 ,于是在 t=2L/a 时刻,在A点形成增 点形成增 减压、减密度、减断面面积的水锤波, 传向B, 速、减压、减密度、减断面面积的水锤波,由A传向 ,水锤波 传向 反向,但减压波仍转为减压波。 反向,但减压波仍转为减压波。
二、水锤特性
(1) 水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当 水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。 突然启闭阀门时,由于启闭时间短、流量变化快, 突然启闭阀门时,由于启闭时间短、流量变化快,因而水锤压 力往往较大,而且整个变化过程是较快的。 力往往较大,而且整个变化过程是较快的。 (2) 由于管壁具有弹性和水体的压缩性,水锤压力将以弹性波 由于管壁具有弹性和水体的压缩性, 的形式沿管道传播。摩擦阻力的存在造成能量损耗, 的形式沿管道传播。摩擦阻力的存在造成能量损耗,水锤波将 逐渐衰减。 逐渐衰减。 (3) 水锤波同其它弹性波一样,在波的传播过程中,在外部条 水锤波同其它弹性波一样,在波的传播过程中, 件发生变化处(即边界处 均要发生波的反射 其反射特性(指反 件发生变化处 即边界处)均要发生波的反射。其反射特性 指反 即边界处 均要发生波的反射。 射波的数值及方向)决定于边界处的物理特性。 射波的数值及方向 决定于边界处的物理特性。 决定于边界处的物理特性

水击及调保计算

水击及调保计算
态。该过程在水库处将降压波反射为升压波,
变WER ENGINEERING
水击波在管道中传播一个来回的时间tr=2L/a称为
“相”,两个相为一个周期T。
若阀门突然开启,则发生的情况与上述过程相反。 实际上水力摩阻损失总是存在的,水体与管壁也非完全
二、水击现象
水击现象
流速(流量)的突然变化,导致水流动量发生变
化,根据冲量定理将产生对水流的冲量,导致内 水压强急剧升高或降低。把该非恒定流现象称为 水击(水锤)。
水击所产生的压强升高(正水击)或降低(负水
击),都会对水电站运行带来不利影响。若发生 正水击,可能导致压力水管的爆裂;尾水管中压 降过大,会造成水轮机和尾水管的严重汽蚀,使 水轮机运转时产生巨大振动。压强的上下波动, 会影响机组的稳定运行。
水击波在水库处发生反射,入射波与反射波数 值相同,符号相反,升压波反射为降压波,水 流从阀门流向水库。
水电站
HYDROPOWER ENGINEERING
第三过程(
2L/a~3L/a):t=2L/a时刻水击
波传至阀门处,阀门关闭,流速由-v0变为0,
压强下降,由H0 降至H0-ΔH,水体密度减小,
机组实际运行时,电力系统负荷常发生较大范围的变
化,水轮机出力与负荷失去平衡,转速发生变化,而 电网频率要求基本保持恒定,则可通过调速器改变水 轮机流量,使水轮机出力适应负荷变化,来满足电网 频率恒定要求。
水 电 站
HYDROPOWER ENGINEERING
在历时很短的调节过程
中,机组转速与有压输 水系统中的内水压强会 引起急剧变化。减小或 增加负荷时,转速增大 或减小;调节使得流量 减小或增大,引起有压 输水系统中的内水压强 上升或下降,产生水击。
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时段
t
【0,L/a)
【L/a,2L/a) 【2L/a,3L/a) 【3L/a,4L/a)
速度变化
v
v0→0
0→- v0 -v0→0 0 → v0
运动方向
压强变化
△H
D→A
A→D A→D D→A
波传播方 向
A →D
D→A A →D D→A
液体状态
△H
0 - △H 0
压缩
恢复原状 膨胀 恢复原状
5.2.2 水锤特性
瞬变响应过程
负荷变化 机组转速变化 导叶开度变化
机组效率变化
水头变化
引水道流量变化
机组出力变化
满足新负荷要求
水电站的不稳定工况表现形式
1.引起机组转速的较大变化
丢弃负荷:剩余能量→增加机组转动部分动能→机组转速升高 →影响供电质量
f(50HZ)=pn/60
增加负荷:与丢弃负荷相反。
2.在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。 3.在有压引水管道中发生“水锤”现象
露天钢管的水锤波速a≈1000m/s; 埋藏式钢管的水锤波速a≈1200m/s; 钢筋混凝土管可取a≈ 900m/s~1200m/s。
二、水锤的边界条件
求解水锤的基本方程,需要利用边界条件和初 始条件。 (一) 起始条件 把恒定流的终了时刻看作为非恒定流的开始时 刻。 即当t=0时,管道中任何断面的流速V=V0; 如不计水头损失,水头H=H0。

若已知断面A在时刻 t 的压力为HtA,流速为VtA ,两 个通解消去 f 后,得:
c A x H H 0 (Vt V0 ) 2 F (t ) g c
A t

同理可写出时刻Δt=L/c后B点的压力和流速的关系: c B xL B H t t H 0 (Vt t V0 ) 2 F (t t ) g c
H a 2 V t g x
上述基本方程的通解:
ΔH=H-H0=F(t-x/c)+f(t+x/c)
ΔV=V-V0=-g/c[F(t-x/c)-f(t+x/c)]
注:F和f为两个波函数,量纲与水头H相同,故可
视为压力波。波函数由管道上下游边界条件求的。

F(t-x/c)为逆水流方向移动的压力波,称为逆流波;

水击连锁方程用相对值来表示为:

A t
B t t
2 (v v
A t
B t t
)

式中

B t
A t t
2 (v v
B t
A t t
)
aV0 2 gH0
为管道特性(断面)系数; 为水击压力相对值;
H H H 0 i H0 H0

水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的 惯性力。当突然启闭阀门时,由于启闭时间短、 流量变化快,因而水锤压力往往较大,而且整 个变化过程是较快的。
由于管壁具有弹性和水体的压缩性,水锤压力 将以弹性波的形式沿管道传播。摩擦阻力的存 在造成能量损耗,水锤波将逐渐衰减。

水锤特性


水锤波同其它弹性波一样,在波的传播过程中, 在外部条件发生变化处(即边界处)均要发生波的 反射。其反射特性(指反射波的数值及方向)决定 于边界处的物理特性。 注:水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/c, 称之为“相”,两个相为一个周期2tr=T。 阀门A处最先产生水击波,反射波又最后到达该 处,其保持最大压力时间最长,故该处受水击危 害也最大。
稳定工况:当负荷不变,流量不变,水电站的出力 也不变的工作状态。这时,转速为额定转速,发电 频率为50HZ。 不稳定工况:由于负荷的变化而引起导水叶开度、 水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化,称为 水电站的不稳定工况。
引起水轮机流量变化的两种情况
水电站正常运行情况下的负荷变化。担任峰荷或调 频任务的电站,水轮机的流量处于不断变化中;正 常的开机或停机。 水电站事故引起的负荷变化。水电站可能会各种各 样的事故,可能要求水电站丢弃全部或部分负荷。 这是水电站水锤计算的控制条件。
反击式水轮机边界条件。
反击式水轮机的特点:①水轮机有蜗壳、导水叶、 尾水管等,出流特性与孔口完全不同。 ②水轮机 的转速与水轮机的流量相互影响。③流量的改变 不仅在压力管道中,而且在蜗壳、尾水管中也产 生水锤。
由此可见,反击式水轮机的过水能力与水头、导 叶开度、转速等有关,所以在水锤计算中需要综
合运用管道水锤方程、水轮机运转特性曲线、水 轮机转速方程进行求解,比较复杂,故常常简化。
5.3 水锤基本方程和边界条件
一. 水击基本方程
1.水击计算的假定:

水流是无粘性流体,即不考虑水的摩擦力。 水流是一元流。 压力管道是简单管道。即管道的材料、壁厚和直径均 沿程不变。

2.水击基本方程

如图,当x轴改为取阀门端为原点,向上游为正 时,根据《水力学》推得的水击基本方程
H V g x t
D是管道直径(m); K是水的体积弹性系数。K=19.6 108 N / m 2 ; E是管壁材料的弹性系数。 对铸铁管,E=9.8 1010 N / m 2 ; 对钢管,E=19.6 1010 N / m 2 ; 对钢筋混凝土管,E=19.6 109 N / m 2。

在缺乏资料的情况下,近似取值为:
5.4 简单管道水击计算的解析法
5Leabharlann 4.1水击分类 5.4.2水击的连锁方程


5.4.3开度依时间变化为直线变化时的水击压力
5.4.4开度变化规律对水击压力的影响


5.4.5水击压强沿水管长度的分布
5.4.6 水击计算算例
5.4.1 水击分类
直接水击 若阀门关闭时间Ts﹤2L/a时,反射回来的水击 波未到达阀门时阀门已关闭,这种水击称为直接水 击。 间接水击 若阀门关闭时间Ts﹥2L/a时,反射回来的水击 波未到达阀门时阀门尚未完全关闭,负的水击压强 与阀门继续关闭产生的正水击压强相叠加,使管中 最大水击压强减小,这种水击称为间接水击。
5.4.1 水击类型
1、直接水锤

如果水轮机调节时间Ts≤2L/c,则水库反射波
回到阀门之前开度变化已经结束,阀门处只 受开度变化直接引起的水锤波的影响——称 为直接水锤

计算直接水锤压力的公式:
a H H H 0 (V V0 ) g
a H H H 0 (V V0 ) g
第五章
水击和调节保证计算
5.1 调节保证计算的任务 5.2 水击现象 5.3 水击的基本方程与边界条件 5.4 简单管道水击计算 5.5 复杂管道水击计算 5.6 水击压力计算标准 5.7 机组转速变化计算 5.8 水击的危害及改善调节保证的措施
5.1 调节保证计算的任务
5.1.1问题的提出

水电站运行工况
2、间接水锤

如果水轮机调节时间Ts>2L/c,则开度变化结束
之前水库反射波已经回到阀门处,阀门处的水
锤压力由向上游传播的F波和向下游传播的f波
相叠加而成——称为间接水锤。

间接水锤的计算比直接水锤复杂得多。

间接水锤是水电站经常发生的水锤现象,也是
我们的主要研究对象。
5.4.2 水锤的连锁方程
V v V0
为管道相对流速。

由上面的连锁方程可以写出第一相末、第二相 末、第n相末的的水锤压力(τ是阀门的开度) :
1 1 1A 0 1A / 2

2 1 2 0 1 / 2 / 2 ………….
1 i n1 n 1 n 0 i n / 2 i 1
(1) 当阀门关闭时,管内流速减小,V-V0<0为
负值,△H为正,产生正水锤;反之当开启阀
门时,即V-V0>0,△H为负,产生负水锤。
(2) 直接水锤压力值的大小只与流速变化(V-V0) 的绝对值和水管的水锤波速a有关,而与开度 变化的速度、变化规律和水管长度无关。

算例:设V0=5m/s,a=1000m/s(露天钢管), 则丢弃全负荷时ΔH=510m。可见直接水锤要 绝对避免。

由于F[(t+Δt)-(x+L)/c]=F[t-x/c],由上述二式得
水击连锁方程。
H
B t t
c B A H Vt t Vt g
A t
H

A t t
c A H Vt t Vt B g
B t
连锁方程给出了水锤波在一段时间内通过两个断 面的压力和流速的关系。
5.2 水击现象
5.2.1 水击现象
关闭阀门后,时间t 0~L/a: 升压波,由阀门向 水库传播,水库为异号等 值反射。 L/a~2L/a: 降压波,由水 库向阀门传播,阀门为同 号等值反射。 2L/a~3L/a: 降压波,阀门 →水库 3L/a~4L/a: 升压波,水库 →阀门
水击过程运动特征(TS=0)

利用上面的公式,可以依次求出各相末阀门处
的水锤压力,得出水锤压力随时间的变化关系。

上面是阀门关闭情况,当阀门或导叶开启时, 管道中产生负水锤,其相对值用y表示,用同 样的方法可求出各相末计算公式。

计算公式的条件
况;
(1) 没有考虑管道摩阻影响,因此只适用于不计摩阻的情 (2) 采用了孔口出流的过流特性,只适用于冲击式水轮机, 对反击式水轮机必须另作修正; (3) 这些公式在任意开关规律下都是正确的,可以用来分 析非直线开关规律对水锤压力的影响。
(二) 边界条件
1.管道进口 管道进口处一般指水库或压力前池: ζB=ΔH/H0=0 2.分岔管与调压室 (1) 分岔处的水头应该相同: Hp1=Hp2=Hp3=…=Hp (2) 分岔处的流量应符合连续条件 ΣQ=0 (3) 分岔管的封闭端,流量为0,即Q=0。
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