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 浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc..wchc.com/sd
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz 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 1. 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； 2. 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； 3. 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》htp:pkc.wcic.coms业
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz 重点内容 1. 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； 2. 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； 3. 机组转速变化的计算方法和改 善调节保证的措施
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》htp:pkc.wchc.com/sdz
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
(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 必增加负荷：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。 冬导叶开启时则相反。 3.在无压引水系统中产生水位波动现象。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:pkc.wchc.com/sdz
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
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.jwchc..com/sdz
浙江水专国家精品课程《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
冬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，防 止管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据； 冬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:pkc.wchc.com/sdz
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，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
第二节水锤现象及特性 水锤现象 (a) =0L 0~L/c:升压波，由阀门向水库 传播，水库为异号等值反射。 (b) L/c2L/c:降压波，由水库向 t=L/c-21/c D V 阀门传播，阀门为同号等值反 射。 (c) +mm =2Le-36 2L/c~3L/c:降压波，阀门水 D V d 库。 (d0) c+mm四子令 3L/c~4L/c:升压波，水库→阀 t仁2Le-3Le D V A 门 人L 浙江水专国家精品课程《水电站》http:pkc,wchc.com/sdz
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
二、水锤特性 ①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。 ②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》htp:://jpkc.jwehe.com/sdz
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz 二、水锤特性 ① 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。 ② 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
③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（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t,=2Llc, 称之为“相”，两个相为一个周期2，=T。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:pkc.wchc.com/sdz
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz ③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(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t r=2L/c， 称之为“相”，两个相为一个周期2t r =T
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： av OH aH c2 Ov +8 .0 X =0 8t ax 8t g Ox 式中 V_管道中的流速，向下游为正； H一压力水头： x一距离，水库为原点，向下游为正。 c一水锤波速。 浙江水专国家精品课程《水电站》htp:jpkc.zjwchc..com/sdz
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： = 0 + x H g t V 0 2 = + x V g c t H 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