加快調(diào)壓室水位波動衰減的阻抗孔及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水電站調(diào)壓室技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種用于加快調(diào)壓室水位波動衰 減的阻抗孔形式，適用于水電站調(diào)壓室。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的阻抗式調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括引水隧桐1和調(diào)壓室2,在調(diào)壓室底板 7上具有連通引水隧桐1和調(diào)壓室2的阻抗孔。對于設(shè)置超長引水隧桐的水電站，由于引水隧 桐的長度過長，管道中水流慣性大。當機組發(fā)生甩負荷時，在慣性作用下隧桐中的水流涌入 調(diào)壓室，造成調(diào)壓室內(nèi)水位快速上升，而后隨著水流流出調(diào)壓室水位又大幅度下降，在其后 發(fā)生長時間的周期波動。調(diào)壓室內(nèi)水位的大幅波動對調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)及電站的靈活運行極為 不利，國內(nèi)某些長引水式電站由于調(diào)壓室內(nèi)的水位波動，限制機組運行，大大影響了電站的 經(jīng)濟效益。因此，在滿足調(diào)保要求的前提下，采取措施加快調(diào)壓室水位波動衰減的速度，對 于水電站調(diào)壓室的設(shè)計W及電站今后靈活運行都具有重大的意義。
[0003] 調(diào)壓室阻抗孔尺寸對于調(diào)壓室內(nèi)涌浪的衰減具有較大的影響，進出調(diào)壓室的水流 在阻抗孔口處消耗了一部分能量，因此，阻抗孔口越小，越有利于調(diào)壓室內(nèi)涌浪的衰減。但 同時，阻抗孔尺寸也影響調(diào)壓室反射水鍵波的效果，過小的面積可能會導(dǎo)致甩負荷時機組 蝸殼壓力過大W及發(fā)生水鍵穿室的現(xiàn)象。因此，合理的選擇調(diào)壓室阻抗孔面積，需綜合考慮 調(diào)壓室反射水鍵壓力的能力W及對調(diào)壓室內(nèi)涌浪的影響。在目前調(diào)壓室設(shè)計中，基本都采 用固定大小的阻抗孔面積，無法很好的平衡水鍵壓力和調(diào)壓室涌浪之間的矛盾，本發(fā)明進 一步挖掘優(yōu)化調(diào)壓室阻抗孔體型的方法，加快調(diào)壓室水位波動衰減的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：對于面積固定的調(diào)壓室阻抗孔形式，難W同時將反射水鍵壓力與加快 調(diào)壓室水位波動衰減控制在較優(yōu)的范圍內(nèi)。為了克服固定阻抗孔的運一缺點，確保機組和 水電站安全、可靠運行，并加快調(diào)壓室內(nèi)水位波動衰減，本發(fā)明旨在提供了一種新型加快調(diào) 壓室水位波動衰減的阻抗孔形式:單向限流結(jié)構(gòu)形式的阻抗孔，在滿足調(diào)保要求的前提下， 可W加快調(diào)壓室內(nèi)水位波動的衰減。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明的一種加快調(diào)壓室水位波動衰減的阻抗孔，包括連通引水隧桐 和調(diào)壓室底部的阻抗孔，所述調(diào)壓室底部靠近阻抗孔處安裝有的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上安裝有 活動擋板，當水流從阻抗孔流入調(diào)壓室時，所述活動擋板在自動開啟，當水流從阻抗孔流出 調(diào)壓室時，所述活動擋板處于閉合狀態(tài)時，限制水流流出時阻抗孔的面積。
[0006] 優(yōu)選地，所述活動擋板靠近轉(zhuǎn)軸的端部輪廓包括圓弧段和直線段，當活動擋板完 全開啟時，直線段與調(diào)壓室底板重合，阻止了活動擋板的進一步張開;所述圓弧段用于防止 活動擋板旋轉(zhuǎn)時與調(diào)壓室發(fā)生摩擦造成破壞。
[0007] 優(yōu)選地，所述擋板與調(diào)壓室底板之間設(shè)有緩沖裝置?？蒞避免關(guān)閉時由于速度過 快對調(diào)壓室底板及活動擋板造成破壞。
[000引所述直線段包括相互具有夾角目的長度n與長度m的直線，
[0011] n=m. COS白+h. sin白
[0012] 1 = 0.h
[0013] 式中，a轉(zhuǎn)軸至調(diào)壓室底板邊界的長度，b活動擋板超出調(diào)壓室底板的長度，1圓弧 段弧長，h轉(zhuǎn)軸中屯、至調(diào)壓室底板的高度，活動擋板的厚度為化，活動擋板所能開啟的最大 弧度為9。底部=角形可限制活動擋板(3)的進一步開啟，弧線避免旋轉(zhuǎn)時對調(diào)壓室底板(7) 造成破壞。
[0014] 本發(fā)明同時提出一種加快調(diào)壓室水位波動衰減的方法，在所述調(diào)壓室底部靠近阻 抗孔處安裝轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上安裝有活動擋板，所述活動擋板在水流從阻抗孔流入調(diào)壓室 時自動開啟，在水流從阻抗孔流出調(diào)壓室時，自動調(diào)節(jié)阻抗孔口面積。
[001引具體地，阻抗孔口面積在過渡過程中自動變化，當隧桐中的水流流入調(diào)壓室時，擋 板迅速打開，阻抗孔面積較大，可W很好地反射水鍵波；而當調(diào)壓室內(nèi)水流開始回流時，活 動擋板關(guān)閉，縮小回流時阻抗孔的面積，增大水流經(jīng)過阻抗孔的水頭損失，加快調(diào)壓室水位 波動的衰減。
[0016] 本發(fā)明的理論依據(jù)為：阻抗孔面積的最小值，往往取決于不利工況下機組突然甩 負荷，蝸殼末端最大水鍵壓力值。阻抗孔越大，反射水鍵波的能力越強，蝸殼末端最大水鍵 壓力越小，從該角度出發(fā)，希望阻抗孔口越大越好，但阻抗孔越大，調(diào)壓室水位振幅越大，水 位波動衰減越慢。工程設(shè)計中綜合水鍵壓力、調(diào)壓室水位振幅W及工程布置等多項因素確 定阻抗孔口面積。由調(diào)壓室的工作原理W及水鍵波的傳播原理可W看出，優(yōu)化孔口面積是 基于水流流進調(diào)壓室階段，即在水流流進調(diào)壓室階段，優(yōu)化的阻抗孔口面積需滿足水鍵壓 力和調(diào)壓室涌浪等要求，而對于水流流出調(diào)壓室階段，阻抗孔口的限制相對較小，因此當水 流流出調(diào)壓室時，可W減小阻抗孔口的尺寸，從而減小調(diào)壓室內(nèi)水位的振幅，加快調(diào)壓室內(nèi) 水位波動的衰減。
[0017] 使用時，本發(fā)明的一種水電站調(diào)壓室阻抗孔，包含調(diào)壓室及與其相通的輸水管道， 阻抗孔上部的活動擋板W及與之相連的固定底座與轉(zhuǎn)軸。活動擋板通過轉(zhuǎn)軸W及底座與調(diào) 壓室底板相連接，其結(jié)構(gòu)特點是，所述阻抗孔為單向限流阻抗孔，水流可W自由流入調(diào)壓 室，單向限流阻抗孔是可W限制調(diào)壓室內(nèi)水流通過阻抗孔進入引水管內(nèi)的結(jié)構(gòu)，即水流流 入調(diào)壓室時，阻抗孔口面積保持不變，當水流流出調(diào)壓室時，阻抗孔口面積縮小，達到加快 水位波動衰減的目的。
[0018] 進一步技術(shù)方案:通過推導(dǎo)的計算公式，計算活動擋板各部分尺寸，詳見具體實施 方式，可實現(xiàn)阻抗孔口面積的自動調(diào)節(jié)。當活動擋板達到最大開度時阻止其進一步開啟，避 免活動擋板的開度超過90度致使調(diào)壓室內(nèi)水流回流時不能自動關(guān)閉；
[0019] 進一步的是，在活動擋板頂部與調(diào)壓室底板上設(shè)置緩沖裝置，起到緩沖作用，避免 活動擋板關(guān)閉時由于速度過快發(fā)生破壞。
[0020] 單向限流阻抗孔上裝有限制調(diào)壓室內(nèi)水流通過阻抗孔進入引水管的單向限流結(jié) 構(gòu)，所述單向限流結(jié)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸和底座與調(diào)壓室底板相連接的活動擋板，該活動擋板 位于調(diào)壓室內(nèi)。
[0021] 下面將W上游阻抗式調(diào)壓室為例，說明單向限流阻抗孔的工作原理和效果。
[0022] 當水輪機機組開始甩負荷時，引水系統(tǒng)的水流在慣性的作用下，通過阻抗孔進入 調(diào)壓室。在水壓力的作用下活動擋板開啟，當活動擋板達到最大開度時，活動擋板=角形底 部與調(diào)壓室地板重合，阻止活動擋板進一步開啟；此時的阻抗孔口處于全開的狀態(tài)，能夠很 好的反射由于水輪機關(guān)閉而傳播過來的水鍵波，從而起到良好的降壓效果。
[0023] 當水流停止流入調(diào)壓室之后，在涌浪壓力的作用下調(diào)壓室內(nèi)的水開始流出調(diào)壓 室。此時活動擋板處于最大開度。由于傾斜角度的存在，在水流W及活動擋板自重的作用下 活動擋板開始關(guān)閉，當活動擋板關(guān)閉快要結(jié)束時，緩沖轉(zhuǎn)置開始工作，對活動擋板施加反向 作用力。在反向作用力的作用下，活動擋板關(guān)閉速度減慢，最后緩慢關(guān)閉。
[0024] 由調(diào)壓室阻抗孔的水頭損失計算公式
-可知，調(diào)壓室阻抗孔口的水頭 損失與阻抗孔的面積平方成反比，與通過阻抗孔的流量的平方成正比。隨著阻抗孔面積的 減小，水流經(jīng)過阻抗孔室的水頭損失不斷增大，調(diào)壓室內(nèi)水位波動衰減越快，對調(diào)壓室穩(wěn)定 越有利。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有效地解決了在確保有效反射水輪機導(dǎo)葉關(guān)閉引起的水 鍵壓力的同時加快調(diào)壓室水位波動哀減的問題，運對調(diào)壓室體型的進一步優(yōu)化，電站調(diào)節(jié) 品質(zhì)的提高W及靈活穩(wěn)定運行，特別是對含有超長引水系統(tǒng)的水電站，具有十分顯著的效 果。
【附圖說明】
[0026] 圖1為現(xiàn)有的阻抗式調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明在調(diào)壓室活動擋板處于開啟狀態(tài)時的調(diào)壓室正視圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明在調(diào)壓室活動擋板處于開啟狀態(tài)時的調(diào)壓室俯視圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明在調(diào)壓室活動擋板處于關(guān)閉狀態(tài)時的調(diào)壓室正視圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明在調(diào)壓室活動擋板處于關(guān)閉狀態(tài)時的調(diào)壓室俯視圖；
[0031 ]圖6為本發(fā)明調(diào)壓室阻抗孔局部放大圖；
[0032] 圖7為本發(fā)明阻抗孔口相關(guān)尺寸示意圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明實施例的模擬輸水系統(tǒng)布置示意圖；
[0034] 圖9為本發(fā)明實施例不同阻抗孔口流出面積下調(diào)壓室涌浪變化過程線；
[0035] 圖10為本發(fā)明實施例不同阻抗孔口流出面積下進出阻抗孔流量變化過程線；
[0036] 圖11為本發(fā)明實施例不同阻抗孔口流出面積下蝸殼末端壓力變化過程線；
[0037] 圖12為本發(fā)明實施例不同阻抗孔口流出面積下機組轉(zhuǎn)速變化過程線；
[003引圖中：引水隧桐1，調(diào)壓室2,活動擋板3,轉(zhuǎn)軸4,緩沖裝置5,阻抗孔6,