水电站的水锤和调节保证计算

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1、第九章水电站的水锤与调节保证计算浙江水利水电专科学校2007年7月重点内容水电站有压引水系统非恒定流现象及调节保证计算的任务；简单管水锤简化计算、复杂管路的水锤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。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷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。(一)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

2、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。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz(二)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→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“水锤”现象导时关闭时，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。3.在无压引水系统中产生水位波动现象。浙江水

3、专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz二、调节保证计算的任务(一)水锤的危害(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→尾水管空蚀，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)调节保证计算水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz计算有压引水系统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，

4、防止管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；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。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。研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz第二节水锤现象及特性一、水锤现象0~L/c:升压波，由阀门向水库传播，水库为异号等值反射。L/c~2L/c:降压波，由水库向阀门传播，阀门为同号等值反射。2L/c~3L/c:降压波，阀门→水库。3L/c~4L/c:升压波，水库→阀门

5、。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz二、水锤特性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。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz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

6、(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。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz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：式中V—管道中的流速，向下游为正；H—压力水头；x—距离，水库为原点，向下游为正。c—水锤波速。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz上面二式中，因流速V与波速c相比数量较小，故可

7、忽略和项。为简化计算，使方程线性化，忽略摩擦阻力的影响。当x轴改为取阀门端为原点，向上游为正时，方程可简化为：浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz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，其量纲与水头H相同，故可视为压力波。F(t-x/c)为逆水流方向移动的压力波，称为逆流波；f(t+x/c)为顺水流方向移动的压力波，称为顺流波。任何断面任何时刻的水锤压力值等于两个方向相反

8、的压力波之和；而流速值为两个压力波之差再乘以－g/c。浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz二、水锤波的传播速度Ew为水的弹性模量，取2000MPa。E——管壁材料的纵向弹性模量。D——管道内径；δ——管