調(diào)保計(jì)算(附件5).doc

調(diào) 保 計(jì) 算一、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù) （一）水擊的危害 (1)壓強(qiáng)升高過大水管強(qiáng)度不夠而破裂； (2)尾水管中負(fù)壓過大尾水管汽蝕，水泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)； (3)壓強(qiáng)波動(dòng)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和供電質(zhì)量下降。（二）調(diào)節(jié)保證計(jì)算水擊和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算，一般稱為調(diào)節(jié)保證計(jì)算。 1調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)： (1) 計(jì)算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內(nèi)水壓力。最大內(nèi)水壓力作為設(shè)計(jì)或校核壓力管道、蝸殼和水泵強(qiáng)度的依據(jù)；最小內(nèi)永壓力作為壓力管道線路布置，防止壓力管道中產(chǎn)生負(fù)壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)； (2)計(jì)算丟棄負(fù)荷和增加負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速變化率，并檢驗(yàn)其是否在允許的范圍內(nèi)。 (3)選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和調(diào)節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉(zhuǎn)速變化不超過規(guī)定的允許值。 (4)研究減小水擊壓強(qiáng)及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的措施。 2調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的 正確合理地解決導(dǎo)葉啟閉時(shí)間、水擊壓力盒機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關(guān)系，最后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉啟閉時(shí)間和方式，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值均在經(jīng)濟(jì)合理的允許范圍內(nèi)。二 、水擊現(xiàn)象 1定義 在水站運(yùn)行過程中，為了適應(yīng)負(fù)荷變化或由于事故原因，而突然啟閉水泵導(dǎo)葉時(shí)，由于水流具有較大的慣性，進(jìn)入水泵的流量迅速改變，流速的突然變化使壓力水管、蝸殼及尾水管中的壓力隨之變化，這種變化是交替升降的一種波動(dòng)，如同錘擊作用于管壁，有時(shí)還伴隨轟轟的響聲和振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為水擊。 2水擊特性 (1)水擊壓力實(shí)際上是由于水流速度變化而產(chǎn)生的慣性力。當(dāng)突然啟閉閥門時(shí)，由于啟閉時(shí)間短、流量變化快，因而水擊壓力往往較大，而且整個(gè)變化過程是較快的。 (2)由于管壁具有彈性和水體的壓縮性，水擊壓力將以彈性波的形式沿管道傳播。注:水擊波在管中傳播一個(gè)來回的時(shí)間 tr=2L/a，兩個(gè)相為一個(gè)周期2tr=T (3)水擊波同其它彈性波一樣，在波的傳播過程中，在外部條件發(fā)生變化處（即邊界處）均要發(fā)生波的反射。其反射特性（指反射波的數(shù)值及方向）決定于邊界處的物理特性。三、水擊波的傳播速度 水擊波速與管壁材料、厚度、管徑、管道的支承方式以及水的彈性模量等有關(guān)，其計(jì)算公式為： 式中K水的體積彈性模量，一般為2.06l03MPa; E管壁材料的縱向彈性模數(shù)（鋼村E=2.06l03MPa，鑄鐵E=0.98l05MPa，混凝土E=2.06l04MPa)；為聲波在水中的傳播速度，隨溫度和壓力的升高而加大，一般取1435m/s。 一般情況下，露天鋼管的水擊波速可近似地取為lOOOm/s，埋藏式鋼管可近似地取為1200m/s。鋼筋混凝土管可取900m/s1200m/s。四、水擊基本方程（一）基本方程對有壓管道而言，不論在何種情況下都應(yīng)滿足水流的運(yùn)動(dòng)方程及連續(xù)方程。當(dāng)水管材料、厚度及直徑沿管度不變，且不計(jì)水力摩阻損失時(shí)，其簡化方程為（取閥門端為原點(diǎn)，x向上游為正）注：F和f為兩個(gè)波函數(shù)，其量綱與水頭H量綱相同，故可視為壓力波，任何斷面任何時(shí)刻的水擊壓力值等于兩個(gè)方向相反的壓力波之和；而流速值為兩個(gè)壓力波之差再乘以-g/a。 以為逆水流方向移動(dòng)的壓力波，稱為逆流波； 為順?biāo)鞣较蛞苿?dòng)的壓力波，稱為順流波。 （二）水擊計(jì)算的連鎖方程 水擊連鎖方程給出了水擊波在一段時(shí)間內(nèi)通過兩個(gè)斷面的壓力和流速的關(guān)系。前提應(yīng)滿足水管的材料、管壁厚度、直徑沿管長不變： 用相對值來表示為五、水擊的邊界條件 應(yīng)用水擊基本方程計(jì)算水電站壓力管道中水擊時(shí)，首先要確定其起始條件和邊界條件。 （一）起始條件 當(dāng)管道中水流由恒定流變?yōu)榉呛愣鲿r(shí)，把恒定流的終了時(shí)刻看作為非恒定流的開始時(shí)刻。即當(dāng)t=0時(shí)，管道中任何斷面的流速V=Vo;如不計(jì)水頭損失，水頭H=HQ。 （二）邊界條件 1管道進(jìn)口 管道進(jìn)口處一般指水庫或壓力前池。水庫和壓力前池水位變化比較慢，在水擊計(jì)算中不計(jì)風(fēng)浪的影響，一般認(rèn)為水庫和前池水位為不變的常數(shù)是足夠精確的。 即進(jìn)口邊界邊界條件為： Hp=Ho 2分岔管 分岔管的水頭應(yīng)該相同， Hp= HpHpH 分岔處的流量應(yīng)符合連續(xù)條件， Q=0 3分岔管的封閉端 在不穩(wěn)定流的過程中，當(dāng)某一機(jī)組的導(dǎo)葉全部關(guān)閉，或某一機(jī)組尚未裝機(jī)，而岔管端部用悶頭封死，其邊界條件為：Qp=0 4調(diào)壓室 把調(diào)壓室作為斷面較大的分岔管，其邊界條件為：調(diào)壓室內(nèi)有自由水面，而隧洞、調(diào)壓室與壓力管道的交點(diǎn)和分岔管相同。 5水泵 水電站壓力管道出口邊界為水泵，水泵分沖擊式和反擊式，兩種型式的水泵對水擊的影響不同。 (1)(1)沖擊式水泵 沖擊式水泵的噴嘴是一個(gè)帶針閥的孔口，符合孔口出流規(guī)律，水泵轉(zhuǎn)速變化對孔口出流沒有影響。閥門處A點(diǎn)的邊界條件： (2)(2)反擊式水泵反擊式水泵的過水能力與水頭H、導(dǎo)葉開度a和轉(zhuǎn)速n有關(guān)。即Q=Q(H,a，n)反擊式水泵的過水能力與沖擊式水泵的不同之處就要考慮水泵轉(zhuǎn)速變化的影響，因此增加了問題的復(fù)雜性。為了簡化計(jì)算，常假定壓力管道出口邊界條件為沖擊式水泵，然后再加以修正。六、調(diào)節(jié)保證計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和改善調(diào)節(jié)保證的措施 一、調(diào)節(jié)保證計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算條件 所謂調(diào)節(jié)保證計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，就指水擊壓力和轉(zhuǎn)速變化在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理的允許值。這種標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)規(guī)范中有所規(guī)定，但這是在一定時(shí)期和一定技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件下制定的，應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合具體情況加以確定。 （一）水擊壓力的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)1壓力升高 2壓力降低 在壓力引水系統(tǒng)的任何位置均不允許產(chǎn)生負(fù)壓，且應(yīng)有23m水柱高的余壓，以保證管道尤其是鋼管的穩(wěn)定和防止水柱分離。尾水管進(jìn)口的允許最大真空度為8m水柱高。 （二）轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 限制機(jī)組轉(zhuǎn)速過大的變化主要是為了保證機(jī)組正常運(yùn)行和供電的質(zhì)量。在丟棄全負(fù)荷的情況下，主要是防止機(jī)組強(qiáng)度破壞、振動(dòng)和由于過速引起過電壓而造成發(fā)電機(jī)電氣絕緣的損壞。 最大轉(zhuǎn)速變化值通常以相對值 表示?？紤]到目前國內(nèi)機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等情況，其允許值max可按以下情況考慮： 1當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎剌^大，且擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)時(shí)，宜小于45%； 2當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)負(fù)基荷時(shí)，宜小于55%；對斗葉式水泵，宜小于30%。注:當(dāng)大于上述值時(shí)，應(yīng)有所論證。 （三）調(diào)節(jié)保證的計(jì)算條件 1水擊壓強(qiáng)計(jì)算條件 管道中的最大內(nèi)水壓強(qiáng)一般控制在以下兩種工況： (1)上游最高水位時(shí)電站丟棄負(fù)荷。此時(shí)電站流量和水擊壓強(qiáng)都不是最大值，但由于管道中的靜水壓較高，疊加的結(jié)果可能成為控制工況。 (2)設(shè)計(jì)水頭下電站丟棄負(fù)荷。管道中的靜水壓較低，但電站的流量和水擊壓力較大，疊加的結(jié)果也可能成為控制工況。 當(dāng)壓力管道為單元供水時(shí)，一般按丟棄全負(fù)荷考慮；當(dāng)壓力管道為聯(lián)合供水時(shí)，若與管道連接的所有機(jī)組由一個(gè)回路出線，則應(yīng)按這些機(jī)組同時(shí)丟棄全負(fù)荷考慮；若這些機(jī)組由兩個(gè)或兩個(gè)以上回路出線，則應(yīng)根據(jù)具體情況分析而定。 管道中的最小內(nèi)水壓強(qiáng)一般控制在以下兩種工況： (1)上游最低水位時(shí)電站丟棄負(fù)荷。導(dǎo)葉關(guān)閉后的正水擊經(jīng)水庫和導(dǎo)葉反射而成的負(fù)水擊；(2)(1)上游最低水位時(shí)，電站最后一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行。2轉(zhuǎn)速上升率的控制工況設(shè)計(jì)水頭+水電站丟棄全負(fù)荷。二、減小水擊壓強(qiáng)的措施 （一）縮短壓力管道的長度 縮短壓力管道長度，使從進(jìn)水口反射回來的水擊波能夠較早地回到壓力管道末端，從而減小水擊值。從管道特性系數(shù) 。中可看出，減小三可以減小 ，再從水擊計(jì)算近似公式中可看出，減小可使 減小。在較長的引水系統(tǒng)中，設(shè)置調(diào)壓室，是縮短壓力管道的常用措施。 （二）減小壓力管道中的流速 減小流速可減小壓力管道中單位水體的動(dòng)量，從而減小水擊壓力。但是水電站在運(yùn)行中求流量是一定的，要減低流速勢必要加大管徑，增加管道造價(jià)。因此用加大管徑辦法降低水擊壓強(qiáng)，往往是不經(jīng)濟(jì)的，但在一定條件下，如果適當(dāng)加大管徑后便可不設(shè)調(diào)壓室，還是比較合理的。 （三）延長有效的關(guān)閉時(shí)間 延長有效的關(guān)閉時(shí)間Ts，可使管道內(nèi)水體動(dòng)量的變化率減小，從而降低水擊壓力。但增大T。會(huì)使機(jī)組轉(zhuǎn)速變化率侈值增加，甚至超過允許值。要解決這個(gè)矛盾，可采取以下措施： 1.反擊式水泵設(shè)置減壓閥（空放閥）：在蝸殼的進(jìn)口附近裝設(shè)減壓閥。在關(guān)閉過程中，導(dǎo)葉按照保證轉(zhuǎn)速變化率不超過允許值所耍求的關(guān)閉時(shí)間Ts關(guān)閉，同時(shí)，受到同一調(diào)速器控制的減壓閥及時(shí)打開，向下游泄放部分流量。導(dǎo)葉完全關(guān)閉時(shí)，減壓閥的流量達(dá)最大值，以后減壓閥逐漸地關(guān)閉。整個(gè)泄水歷時(shí)為T,因而水擊壓力可以減小。注：減壓閥在機(jī)組增加負(fù)荷時(shí)不起作用。減壓閥裝置示意圖 2沖擊式水泵的機(jī)組裝置偏流器（折流器） 在噴嘴出口裝置偏流器，丟棄負(fù)荷時(shí)，它能以較快速度在12s內(nèi)動(dòng)作，將射流偏折，離開轉(zhuǎn)輪，防止機(jī)組轉(zhuǎn)速變化過大。針閥以較慢速度關(guān)閉，從而減小水擊壓力。注：偏離器在增荷時(shí)不起作用。 偏流器構(gòu)造簡單，造價(jià)便宜，且無需增加廠房的尺寸，在水斗式水泵的機(jī)組經(jīng)常采用。3設(shè)置水阻器水阻器是一種利用水阻消