調保計算(附件5).doc

調 保 計 算一、調節(jié)保證計算的任務 （一）水擊的危害 (1)壓強升高過大水管強度不夠而破裂； (2)尾水管中負壓過大尾水管汽蝕，水泵運行時產生振動； (3)壓強波動機組運行穩(wěn)定性和供電質量下降。（二）調節(jié)保證計算水擊和機組轉速變化的計算，一般稱為調節(jié)保證計算。 1調節(jié)保證計算的任務： (1) 計算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內水壓力。最大內水壓力作為設計或校核壓力管道、蝸殼和水泵強度的依據；最小內永壓力作為壓力管道線路布置，防止壓力管道中產生負壓和校核尾水管內真空度的依據； (2)計算丟棄負荷和增加負荷時轉速變化率，并檢驗其是否在允許的范圍內。 (3)選擇調速器合理的調節(jié)時間和調節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉速變化不超過規(guī)定的允許值。 (4)研究減小水擊壓強及機組轉速變化的措施。 2調節(jié)保證計算的目的 正確合理地解決導葉啟閉時間、水擊壓力盒機組轉速上升值三者之間的關系，最后選擇適當的導葉啟閉時間和方式，使水擊壓力和轉速上升值均在經濟合理的允許范圍內。二 、水擊現象 1定義 在水站運行過程中，為了適應負荷變化或由于事故原因，而突然啟閉水泵導葉時，由于水流具有較大的慣性，進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，如同錘擊作用于管壁，有時還伴隨轟轟的響聲和振動，這種現象稱為水擊。 2水擊特性 (1)水擊壓力實際上是由于水流速度變化而產生的慣性力。當突然啟閉閥門時，由于啟閉時間短、流量變化快，因而水擊壓力往往較大，而且整個變化過程是較快的。 (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來回的時間 tr=2L/a，兩個相為一個周期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，其計算公式為： 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（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滿足水流的運動方程及連續(xù)方程。當水管材料、厚度及直徑沿管度不變，且不計水力摩阻損失時，其簡化方程為（取閥門端為原點，x向上游為正）注：F和f為兩個波函數，其量綱與水頭H量綱相同，故可視為壓力波，任何斷面任何時刻的水擊壓力值等于兩個方向相反的壓力波之和；而流速值為兩個壓力波之差再乘以-g/a。 以為逆水流方向移動的壓力波，稱為逆流波； 為順水流方向移動的壓力波，稱為順流波。 （二）水擊計算的連鎖方程 水擊連鎖方程給出了水擊波在一段時間內通過兩個斷面的壓力和流速的關系。前提應滿足水管的材料、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 應用水擊基本方程計算水電站壓力管道中水擊時，首先要確定其起始條件和邊界條件。 （一）起始條件 當管道中水流由恒定流變?yōu)榉呛愣鲿r，把恒定流的終了時刻看作為非恒定流的開始時刻。即當t=0時，管道中任何斷面的流速V=Vo;如不計水頭損失，水頭H=HQ。 （二）邊界條件 1管道進口 管道進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，在水擊計算中不計風浪的影響，一般認為水庫和前池水位為不變的常數是足夠精確的。 即進口邊界邊界條件為： Hp=Ho 2分岔管 分岔管的水頭應該相同， Hp= HpHpH 分岔處的流量應符合連續(xù)條件， Q=0 3分岔管的封閉端 在不穩(wěn)定流的過程中，當某一機組的導葉全部關閉，或某一機組尚未裝機，而岔管端部用悶頭封死，其邊界條件為：Qp=0 4調壓室 把調壓室作為斷面較大的分岔管，其邊界條件為：調壓室內有自由水面，而隧洞、調壓室與壓力管道的交點和分岔管相同。 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帶針閥的孔口，符合孔口出流規(guī)律，水泵轉速變化對孔口出流沒有影響。閥門處A點的邊界條件： (2)(2)反擊式水泵反擊式水泵的過水能力與水頭H、導葉開度a和轉速n有關。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速變化的影響，因此增加了問題的復雜性。為了簡化計算，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、調節(jié)保證計算標準和改善調節(jié)保證的措施 一、調節(jié)保證計算標準和計算條件 所謂調節(jié)保證計算標準，就指水擊壓力和轉速變化在技術經濟上合理的允許值。這種標準在技術規(guī)范中有所規(guī)定，但這是在一定時期和一定技術水平和經濟條件下制定的，應用時應結合具體情況加以確定。 （一）水擊壓力的計算標準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生負壓，且應有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。尾水管進口的允許最大真空度為8m水柱高。 （二）轉速變化的計算標準 限制機組轉速過大的變化主要是為了保證機組正常運行和供電的質量。在丟棄全負荷的情況下，主要是防止機組強度破壞、振動和由于過速引起過電壓而造成發(fā)電機電氣絕緣的損壞。 最大轉速變化值通常以相對值 表示?？紤]到目前國內機組的設計、制造、運行等情況，其允許值max可按以下情況考慮： 1當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重較大，且擔負調頻任務時，宜小于45%； 2當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重不大或擔負基荷時，宜小于55%；對斗葉式水泵，宜小于30%。注:當大于上述值時，應有所論證。 （三）調節(jié)保證的計算條件 1水擊壓強計算條件 管道中的最大內水壓強一般控制在以下兩種工況： (1)上游最高水位時電站丟棄負荷。此時電站流量和水擊壓強都不是最大值，但由于管道中的靜水壓較高，疊加的結果可能成為控制工況。 (2)設計水頭下電站丟棄負荷。管道中的靜水壓較低，但電站的流量和水擊壓力較大，疊加的結果也可能成為控制工況。 當壓力管道為單元供水時，一般按丟棄全負荷考慮；當壓力管道為聯合供水時，若與管道連接的所有機組由一個回路出線，則應按這些機組同時丟棄全負荷考慮；若這些機組由兩個或兩個以上回路出線，則應根據具體情況分析而定。 管道中的最小內水壓強一般控制在以下兩種工況： (1)上游最低水位時電站丟棄負荷。導葉關閉后的正水擊經水庫和導葉反射而成的負水擊；(2)(1)上游最低水位時，電站最后一臺機組投入運行。2轉速上升率的控制工況設計水頭+水電站丟棄全負荷。二、減小水擊壓強的措施 （一）縮短壓力管道的長度 縮短壓力管道長度，使從進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 。中可看出，減小三可以減小 ，再從水擊計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，設置調壓室，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量，從而減小水擊壓力。但是水電站在運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。因此用加大管徑辦法降低水擊壓強，往往是不經濟的，但在一定條件下，如果適當加大管徑后便可不設調壓室，還是比較合理的。 （三）延長有效的關閉時間 延長有效的關閉時間Ts，可使管道內水體動量的變化率減小，從而降低水擊壓力。但增大T。會使機組轉速變化率侈值增加，甚至超過允許值。要解決這個矛盾，可采取以下措施： 1.反擊式水泵設置減壓閥（空放閥）：在蝸殼的進口附近裝設減壓閥。在關閉過程中，導葉按照保證轉速變化率不超過允許值所耍求的關閉時間Ts關閉，同時，受到同一調速器控制的減壓閥及時打開，向下游泄放部分流量。導葉完全關閉時，減壓閥的流量達最大值，以后減壓閥逐漸地關閉。整個泄水歷時為T,因而水擊壓力可以減小。注：減壓閥在機組增加負荷時不起作用。減壓閥裝置示意圖 2沖擊式水泵的機組裝置偏流器（折流器） 在噴嘴出口裝置偏流器，丟棄負荷時，它能以較快速度在12s內動作，將射流偏折，離開轉輪，防止機組轉速變化過大。針閥以較慢速度關閉，從而減小水擊壓力。注：偏離器在增荷時不起作用。 偏流器構造簡單，造價便宜，且無需增加廠房的尺寸，在水斗式水泵的機組經常采用。3設置水阻器水阻器是一種利用水阻消