第4章水击和调节保证计算

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1、第五章第五章 水击和调节保证计算水击和调节保证计算5.1 调节保证计算的任务调节保证计算的任务5.2 水击现象水击现象 5.3 水击的基本方程与边界条件水击的基本方程与边界条件5.4 简单管道水击计算简单管道水击计算5.5 复杂管道水击计算复杂管道水击计算5.6 水击压力计算标准水击压力计算标准5.7 机组转速变化计算机组转速变化计算5.8 水击的危害及改善调节保证的措施水击的危害及改善调节保证的措施5.1 调节保证计算的任务调节保证计算的任务5.1.1问题的提出问题的提出q水电站运行工况水电站运行工况v稳定工况稳定工况：当负荷不变，流量不变，水电站的出力：当负荷不变，流量不变，水电站的出力也

2、不变的工作状态。这时，转速为额定转速，发电也不变的工作状态。这时，转速为额定转速，发电频率为频率为50HZ。v不稳定工况不稳定工况：由于负荷的变化而引起导水叶开度、：由于负荷的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。水电站的不稳定工况。引起水轮机流量变化的两种情况引起水轮机流量变化的两种情况v水电站正常运行情况下的负荷变化水电站正常运行情况下的负荷变化。担任峰荷或调。担任峰荷或调频任务的电站，水轮机的流量处于不断变化中；正频任务的电站，水轮机的流量处于不断变化中；正常的开机或停机。常的开机或停机。v水电站

3、事故引起的负荷变化水电站事故引起的负荷变化。水电站可能会各种各。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。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。这是水电站水锤计算的控制条件。 几个概念几个概念q瞬变现象瞬变现象 由于电能通常不能以其本身的方式大量储存，由于电能通常不能以其本身的方式大量储存，所以电能的生产、分配和消费必须在同一时间内所以电能的生产、分配和消费必须在同一时间内进行，即从发电到用电形成一个均衡的系统。一进行，即从发电到用电形成一个均衡的系统。一旦系统的均衡性被破坏，从而引起物理量的急剧旦系统的均衡性被破坏，从而引起物理量的急剧

4、变化（瞬变现象），通过系统调整，系统再达到变化（瞬变现象），通过系统调整，系统再达到新的均衡状态。整个系统调整达到新均衡态的过新的均衡状态。整个系统调整达到新均衡态的过程叫程叫过渡过程过渡过程。q瞬变是水电站水力系统的非恒定流稳态。瞬变是水电站水力系统的非恒定流稳态。瞬变响应过程瞬变响应过程负荷变化机组转速变化水头变化导叶开度变化引水道流量变化机组效率变化机组出力变化满足新负荷要求水电站的不稳定工况表现形式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引起机组转速的较大变化l丢弃负荷：剩余能量丢弃负荷：剩余能量增加机组转动部分动能增加机组转动部分动能机组转速升高机组转速升高影响供电质量

5、影响供电质量l增加负荷：与丢弃负荷相反。增加负荷：与丢弃负荷相反。2.在无压引水系统在无压引水系统(渠道、压力前池）中产生水位波动现象。渠道、压力前池）中产生水位波动现象。 3.在有压引水管道中发生在有压引水管道中发生“水锤水锤”现象现象l管道末端关闭管道末端关闭管道末端流量急剧变化管道末端流量急剧变化管道中流速和压力随管道中流速和压力随之变化之变化“水锤水锤”。l导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中导叶关闭时，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。则造成压力下降。l导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳

6、内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。在尾水管中则引起压力上升。f(50HZ)=pn/605.1.2 调节保证计算的任务调节保证计算的任务q水轮机调节水轮机调节 为适应负荷变化，导叶应改变开度以调节流量。关闭和开启导叶会为适应负荷变化，导叶应改变开度以调节流量。关闭和开启导叶会引起：引起：1.压力管道中流速的变化，压力的波动。周期性波动的压力作压力管道中流速的变化，压力的波动。周期性波动的压力作用于管道称为用于管道称为水击水击。导叶关闭的时间越短，产生的水击压力越大。大。导叶关闭的时间越短，产生的水击压力越大。大的水击压力不仅会增大管道的投资，严重时还可造成管道的破坏；的水击压力不仅会增

7、大管道的投资，严重时还可造成管道的破坏；2.导叶关闭的时间短却有利于尽快消除机组的不稳定状态，以保证转速导叶关闭的时间短却有利于尽快消除机组的不稳定状态，以保证转速及时回归到额定转速，从而保证发电质量。及时回归到额定转速，从而保证发电质量。 综上，水击压力的变化和转速变化对水轮机调节的要求是矛盾的。综上，水击压力的变化和转速变化对水轮机调节的要求是矛盾的。q调节保证计算的概念调节保证计算的概念 为检验调节过程中机组转速变化及水压力变化是否满足要求的计为检验调节过程中机组转速变化及水压力变化是否满足要求的计算叫算叫调节保证计算调节保证计算。5.1 调节保证计算的任务调节保证计算的任务q 调节保证

8、计算的任务调节保证计算的任务 根据水电站压力引水系统和水轮发电机的特性，合理选根据水电站压力引水系统和水轮发电机的特性，合理选择调速器的调节时间和调节规律，进行水击压力和机组转速择调速器的调节时间和调节规律，进行水击压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许范围内。变化值的计算，使二者均在允许范围内。 具体任务具体任务:v计算过水系统最大和最小水压力；计算过水系统最大和最小水压力；v计算丢弃和增加负荷时机组转速的变化值，检验其是否在允计算丢弃和增加负荷时机组转速的变化值，检验其是否在允许范围内；许范围内；v研究减小水击压力和机组转速变化的措施；研究减小水击压力和机组转速变化的措施；v合理选择调

9、速器的调节时间和调节规律。合理选择调速器的调节时间和调节规律。5.2 水击现象水击现象5.2.1 水击现象水击现象关闭阀门后关闭阀门后,时间时间tq0L/a: 升压波，由阀门向升压波，由阀门向水库传播，水库为异号等水库传播，水库为异号等值反射。值反射。qL/a2L/a: 降压波，由水降压波，由水库向阀门传播，阀门为同库向阀门传播，阀门为同号等值反射。号等值反射。q2L/a3L/a: 降压波，阀门降压波，阀门水库水库q3L/a4L/a: 升压波，水库升压波，水库阀门阀门时段时段t速度变化速度变化v运动方向运动方向压强变化压强变化H波传播方波传播方向向液体状态液体状态【0，L/a)v00DAHA

10、D压缩压缩【L/a,2L/a)0- v0A D0DA恢复原状恢复原状【2L/a,3L/a)-v00A D- HA D膨胀膨胀【3L/a,4L/a)0 v0DA0DA恢复原状恢复原状 水击过程运动特征（水击过程运动特征（TS=0)5.2.2 水锤特性水锤特性q水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。惯性力。当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、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。个变化过程是较快的。q由于管壁具有弹性和水体的压缩性，水锤压力由于管壁具有弹性

11、和水体的压缩性，水锤压力将以将以弹性波弹性波的形式沿管道传播。摩擦阻力的存的形式沿管道传播。摩擦阻力的存在造成能量损耗，水锤波将逐渐衰减。在造成能量损耗，水锤波将逐渐衰减。水锤特性水锤特性q水锤波同其它弹性波一样，在波的传播过程中，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在外部条件发生变化处(即即边界边界处处)均要发生波的均要发生波的反射。其反射特性反射。其反射特性(指反射波的数值及方向指反射波的数值及方向)决定决定于边界处的物理特性。于边界处的物理特性。q注：水锤波在管中传播一个来回的时间注：水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/c，称之为称之为“相相”，两个相为一