上下游涌浪对灯泡贯流式机组过渡过程的影响

1、上下游涌浪对灯泡贯流式机组上下游涌浪对灯泡贯流式机组过渡过程的影响过渡过程的影响流体机械及工程牟童 研究背景研究背景 灯泡贯流式电站是开发低水头水力资源的较好方式灯泡贯流式电站是开发低水头水力资源的较好方式 具有综合开发利用低水头水力资源、机组结构紧凑、工程具有综合开发利用低水头水力资源、机组结构紧凑、工程量少、建设周期短的优势量少、建设周期短的优势, 从电站运行的实际情况看从电站运行的实际情况看, 在水在水力过渡过程中容易发生事故力过渡过程中容易发生事故, 故其水力过渡过程的研究对故其水力过渡过程的研究对电站安全运行具有重要意义。电站安全运行具有重要意义。 一一.涌浪概念涌浪概念二二.灯泡贯

2、流式机组过渡过程的特点灯泡贯流式机组过渡过程的特点三三.计算方法计算方法四四.涌浪对灯泡贯流式机组过渡过程的影响涌浪对灯泡贯流式机组过渡过程的影响五五.解决方案解决方案六六.推荐文章推荐文章 涌浪概念涌浪概念 从宏观角度来讲，涌浪的产生是由于一定体积的滑坡在以从宏观角度来讲，涌浪的产生是由于一定体积的滑坡在以一定的速度扰动水体变形而产生。从波浪力学的角度来讲，一定的速度扰动水体变形而产生。从波浪力学的角度来讲，滑坡涌浪产生时，既有水质点上下振动，也有水质点前后滑坡涌浪产生时，既有水质点上下振动，也有水质点前后移动，属于振荡波和推移波叠加情况。此外涌浪波高受水移动，属于振荡波和推移波叠加情况。此

3、外涌浪波高受水深的影响，大部分情况下，滑坡涌浪的波形属于浅水非线深的影响，大部分情况下，滑坡涌浪的波形属于浅水非线性波研究范畴。性波研究范畴。 过渡过程特点过渡过程特点 灯泡贯流式水轮机组的结构决定了其甩负荷过渡过程具有灯泡贯流式水轮机组的结构决定了其甩负荷过渡过程具有许多不同于普通立式机组的特性许多不同于普通立式机组的特性: 1) 机组飞轮惯性矩值小机组飞轮惯性矩值小, 机组甩负荷时升速时间短机组甩负荷时升速时间短, 暂态暂态速率上升值偏大速率上升值偏大; 水轮机转动部分的惯性矩及水体附加惯水轮机转动部分的惯性矩及水体附加惯性矩所占比重相应增大性矩所占比重相应增大 2) 水头低水头低, 流量

4、大流量大, 相当高的水流惯性常数相当高的水流惯性常数, 水锤压力相对水锤压力相对值较大值较大, 易在上游引起较高的涌浪易在上游引起较高的涌浪; 另外另外, 尾水管水流惯性尾水管水流惯性在水力系统惯性中占较大比例在水力系统惯性中占较大比例, 如果甩负荷时导叶关闭过如果甩负荷时导叶关闭过快快, 导叶后的动压降将很大导叶后的动压降将很大, 甚至可能产生水柱中断。甚至可能产生水柱中断。 3) 反向水推力绝对值有时可能超过正向水推力反向水推力绝对值有时可能超过正向水推力 4) 灯泡贯流式机组在甩负荷初始阶段均出现负水锤灯泡贯流式机组在甩负荷初始阶段均出现负水锤 5) 有较短的引、排水管道有较短的引、排水

5、管道, 水击相数很高水击相数很高, 因此适宜采用因此适宜采用刚性水击理论计算和分析过渡过程中水压力的瞬变规律。刚性水击理论计算和分析过渡过程中水压力的瞬变规律。 计算方法计算方法 前人研究前人研究 灯泡式水轮机迳流电站的水力过渡过程计算模型涉及到：灯泡式水轮机迳流电站的水力过渡过程计算模型涉及到： (1)管道不定常流动数学模型；管道不定常流动数学模型；(2)明渠流动数学模型；明渠流动数学模型；(3)上、下游边界计算：上、下游边界计算：(4)管流、明流的联合计算模型：管流、明流的联合计算模型：(5)双重调节转轮边界计算；双重调节转轮边界计算；(6)调速器方程；调速器方程；(7)系统初值计系统初值

6、计算等算等 影响影响 对于灯泡机组迳流水电站对于灯泡机组迳流水电站1.枢纽电站所有机组紧急停机枢纽电站所有机组紧急停机 该工况在河床上会产生较大的涌浪，枢纽电站机组停机甩该工况在河床上会产生较大的涌浪，枢纽电站机组停机甩负荷时会产生涌浪，其涌浪值对灯泡式水轮机的水头影响负荷时会产生涌浪，其涌浪值对灯泡式水轮机的水头影响较大，所以在过渡过程计算中不能忽略涌浪的影响。较大，所以在过渡过程计算中不能忽略涌浪的影响。2.电站定水位与计及涌浪的小波动过渡过程计算结果电站定水位与计及涌浪的小波动过渡过程计算结果 定水位时河床机组的小波动过渡过程动态品质比较好，而定水位时河床机组的小波动过渡过程动态品质比较

7、好，而计及涌浪的全枢纽小波动过渡过程动态品质明显变差。计及涌浪的全枢纽小波动过渡过程动态品质明显变差。 3. 河床电站的两台机组和两岸的小机组同时紧急停机，河床河床电站的两台机组和两岸的小机组同时紧急停机，河床另外两台机组正常运行，河床运行机组的相对转速过渡过另外两台机组正常运行，河床运行机组的相对转速过渡过程曲线如图所示，相对转速曲线前端放大部分，从图中可程曲线如图所示，相对转速曲线前端放大部分，从图中可以知道，在此情况下运行机组仍能稳定下来，但是运行机以知道，在此情况下运行机组仍能稳定下来，但是运行机组受到涌浪影响的水力干扰很明显。组受到涌浪影响的水力干扰很明显。 4.下游河道非恒定流对最

8、大正、反向水推力几乎没有影响下游河道非恒定流对最大正、反向水推力几乎没有影响; 机组的转速最大上升率和导叶前最大水压力较尾水管出口机组的转速最大上升率和导叶前最大水压力较尾水管出口水位恒定时大，尾水管进口断面最小水压力较尾水管出口水位恒定时大，尾水管进口断面最小水压力较尾水管出口水位恒定时要小水位恒定时要小 解决方案解决方案 灯泡贯流式机组涌浪控制的实质灯泡贯流式机组涌浪控制的实质 正常的调节规律正常的调节规律, 甩负荷将导致下泄水流急剧减小甩负荷将导致下泄水流急剧减小, 流量变流量变化很大化很大, 形成涌浪。形成涌浪。 调速器在针对贯流式机组大波动过渡过程中应有专门的导、调速器在针对贯流式机组大波动过渡过程中应有专门的导、桨叶控制策略。桨叶控制策略。 推荐文章推荐文章1.灯泡机组径流水电站全枢纽过渡过程计算研究；黄健兵，陈乃祥，樊红刚；清华大学 2.灯泡贯流式机组调速器的特殊控制策略；江涛；长江科学院控