本文關(guān)鍵詞：氣墊式調(diào)壓室水電站大波動過渡過程水力特性研究

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【摘要】：我國現(xiàn)有設(shè)氣墊式調(diào)壓室水電站均為高水頭、小流量電站,氣墊式調(diào)壓室對各種類型水電站的適應(yīng)的研究還在探索階段。由于氣墊式調(diào)壓室設(shè)置了高壓氣墊以氣體動特性抑制水位波動,在大波動過度過程中與常規(guī)調(diào)壓室存在差異。本文從氣墊式調(diào)壓室大波動過渡過程調(diào)壓室內(nèi)涌浪與壓力的變化入手,結(jié)合分析了氣墊式調(diào)壓室波動特點,提出氣墊式調(diào)壓室內(nèi)壓力應(yīng)為涌浪壓力與氣體壓力之和。結(jié)合常規(guī)調(diào)壓室進行對比,分析了氣墊式與常規(guī)調(diào)壓室在水電站過渡過程中對調(diào)壓室內(nèi)壓力與水位控制要求的適應(yīng)性。本文的主要研究內(nèi)容,包含以下幾部分:(1)從單管單機布置的上游氣墊式調(diào)壓室簡單工況過渡過程入手,以調(diào)壓室基本方程及氣體狀態(tài)方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)出任意時刻、任意管道參數(shù)下,機組增、甩負(fù)荷工況時上游氣墊式調(diào)壓室內(nèi)涌浪水位與氣體壓力顯式表達(dá)式。對比常規(guī)調(diào)壓室與氣墊式調(diào)壓室涌浪波動周期的差異,甩負(fù)荷工況下氣墊式調(diào)壓室波動周期小于常規(guī)調(diào)壓室,增負(fù)荷工況下氣墊式調(diào)壓室波動周期大于常規(guī)調(diào)壓室。采用涌浪極值近似時刻,分別計算了兩種調(diào)壓室最大、最小極值壓力解析解,分析了兩種調(diào)壓室對最大、最小壓力的控制效果,結(jié)論為:對調(diào)壓室最大壓力的控制,常規(guī)調(diào)壓室優(yōu)于氣墊式調(diào)壓室;對調(diào)壓室最小壓力的控制,氣墊式調(diào)壓室優(yōu)于常規(guī)調(diào)壓室。建立實際電站數(shù)值模型,驗證了以上結(jié)論。(2)實際電站中,長引水隧洞往往為一管多機布置方式,組合工況下發(fā)生調(diào)壓室質(zhì)量波疊加可能性較高,極值涌浪的控制比采用單管單機布置方案復(fù)雜得多。研究了采用單管雙機布置形式上游氣墊式調(diào)壓室,組合工況下極值涌浪與極值壓力的控制,對實際電站的安全運行提出建議。具體分析方法為:選用四種典型組合工況,運用非線性漸進法,求解出上游氣墊式調(diào)壓室內(nèi)發(fā)生波動疊加情況下,最不利疊加時刻的求解方法以及初始工況、疊加工況調(diào)壓室內(nèi)涌浪與氣體壓力的顯式表達(dá)式。另外,分析了不同調(diào)壓室阻抗系數(shù)對調(diào)壓室涌浪極值的影響,提出了隨著阻抗系數(shù)增加,控制工況的變化為:上游最高涌浪與最大壓力控制工況始終為先增加負(fù)荷后甩負(fù)荷工況,并沒有發(fā)生控制工況轉(zhuǎn)變,但先增負(fù)荷后甩負(fù)荷與相繼甩負(fù)荷工況極值壓力逐漸接近;隨著阻抗系數(shù)的增加,最低涌浪與最小壓力控制工況由先甩后增工況轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗬^增負(fù)荷工況。同時,建立了實際電站數(shù)值模型,將解析解結(jié)果與模型數(shù)值計算結(jié)果對比,驗證解析公式與結(jié)論的正確性。(3)創(chuàng)新性的提出了一種極端的調(diào)壓室涌浪極值情況:初始時刻涌浪為調(diào)壓室極值涌浪。從簡單工況入手,以前文所推導(dǎo)波峰(波谷)涌浪水位解析解與初始時刻涌浪水位比較,分析了出現(xiàn)此種情況的原因與控制參數(shù)及控制參數(shù)表達(dá)式,分析出各參數(shù)對極值涌浪出現(xiàn)時刻的影響。同時,提出了可以將常規(guī)調(diào)壓室看做特殊的氣墊式調(diào)壓室,將氣墊式調(diào)壓室解析解與常規(guī)調(diào)壓室的解析解類比統(tǒng)一。此外,在簡單工況的基礎(chǔ)上,對組合工況下可能出現(xiàn)初始時刻涌浪為極值水位涌浪進行了數(shù)值模擬,驗證了隨著控制參數(shù)的變化,在先甩負(fù)荷后增加負(fù)荷工況,調(diào)壓室最低涌浪為初始時刻涌浪這一極端情況確實出現(xiàn)。在比較氣墊式調(diào)壓室與常規(guī)調(diào)壓室解析解與數(shù)值解計算結(jié)果時,出現(xiàn)初始時刻涌浪為最低涌浪的情況,氣墊式調(diào)壓室可能性小于常規(guī)調(diào)壓室;出現(xiàn)初始時刻涌浪為最高涌浪情況,氣墊式調(diào)壓室可能性大于常規(guī)調(diào)壓室。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV135

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1300396