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气垫式调压室过渡过程的计算研究

张晓宏  
【摘要】: 气垫式调压室又称气压式调压室,世界上第一座气垫式调压室是在挪威的Driva水电站建成于1973年,在我国,真正意义上的气垫式调压室应用和研究工作起始于上世纪末,本世纪初。鉴于气垫式调压室在我国的应用才刚刚开始,所需研究的问题较多,难以一一涉及,本文仅就气垫式调压室的过渡过程计算所涉及的几个问题进行了研究。 (1)气垫式调压室的水位涌浪计算 常规调压室的水力计算要计算室内最大、最小压力,即最高涌浪和最低涌浪,并在计算结果上加一安全余度来确定调压室的尺寸。气垫式调压室也是按同样的原则确定其尺寸的,在恒定流时,气体体积和压力之间的变化规律符合波义耳气体定律,但是在引水系统过渡过程中,调压室内发生大波动时,气垫式调压室内气体动态特性具有一定的复杂性,所以在进行气垫式调压室的波动计算时,首先必须尽可能遵循压力和体积实际的变化规律,建立正确的数学模型,其次,还要确定初始气室高度、初始气室压力的正确取值。从而得到气垫式调压室的水位涌浪的计算办法。 (2)气垫式调压室引水系统的水锤计算 水锤计算采用特征线法。除了应用连续方程和动力方程外,要充分考虑到气垫式调压室的工作特点,正确处理电站引水系统中可能出现的各种边界条件,重点建立了气垫式调压室的边界条件方程,水轮机边界考虑了机组转速变化对水锤压力升高的影响。 (3)气垫式调压室波动稳定断面的确定 稳定断面研究是气垫式调压室研究中最主要内容之一。由于满足气垫式调压室水位波动稳定所需的控制断面很大,往往为常规调压室的数倍甚至数十倍,不仅不经济,而且不利于结构稳定。本文提出的气垫式调压室稳定断面计算公式,对合理减少稳定断面、节约工程投资尤为重要。 (4)气垫式调压室算例 对一个真实电站先进行设置常规调压室的过渡过程计算,再设计选用气垫式调压室,全面重点的进行了气垫式调压室过渡过程的计算分析,通过比较进一步说明气垫式调压室存在的优缺点,提出研究气垫式调压室过渡过程进一步应深入的工作。 上述几方面内容的创新点就在于,实现了对气垫式调压室过渡过程的全面系统的研究,较好地解决了设有气垫式调压室的引水系统非恒定流计算过程中一直处于讨论、研究阶段的热点问题,为准确计算、合理设计气垫式调压室提供了理论依据,对加速推广气垫式调压室在我国的应用有很大帮助。


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