CN104060591B - 一种水电站调压井 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电站调压井单向逆止阻抗孔。为了确保机组和水电站安全、可靠运行,并加快调压井水位波动衰减,所述水电站调压井包括调压室及与其相通的引水管,将调压室阻抗孔拆分为至少一个自由孔和至少一个单向逆止阻抗孔;所述自由孔为常规的阻抗孔,水流可流入或流出调压室;单向逆止孔为单向逆止阻抗孔,该孔上装有限制调压室内水流通过阻抗孔进入引水管内或限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室内的单向逆止结构。本发明的单向逆止阻抗孔,在自由孔和单向逆止阻面积相同时,调压井水位波动衰减大约加快了2.5倍,该设施大大提高了电站调压井的调节品质,特别是对超长输水系统水电站,效果十分显著。

Description

一种水电站调压井
技术领域
本发明涉及一种水电站调压井。
背景技术
我国水力资源蕴藏总量巨大,但开发程度还不高,开发水平低于发达国家,且地区间开发差异大,东部开发程度高但水力资源不足,西部开发程度低但水力资源富裕。从我国水力资源开发历史上看,20世纪80年代初受经济制约只开发了约5%,世纪之交受市场机制推动提高到11%,目前已达31%左右,而美国、日本、法国、巴西等国家的开发程度都高于80%。因此,在常规能源日益枯竭的全球大势下,我国水力资源的开发还并不过度,应在考虑环境的前提下加大开发力度。
水力资源的开发利用,是通过修建水力发电站,将水力能量转化成电能。水电行业属于无污染、可循环再生、投入产出比小、综合效益大的能源产业,是目前第一大清洁能源,对调整能源结构,减少温室气体排放,保护生态环境,促进社会经济可持续发展都有巨大价值,世界各国都将开发水力资源作为优先发展领域。水力资源作为清洁可再生能源,在我国居于优先开发的地位。
根据河流的地形、地质条件,水能开发方式可分为坝式、引水式和混合式。
坝式水电站是指由河道上的挡水建筑物壅高水位而集中发电水头的水电站。坝式水电站的引用流量较大,电站的规模也大,水能利用较充分。目前世界上装机容量超过2000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。此外坝式水电站水库的综合利用效益高,可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。但由于工程规模大,水库淹没范围大,迁移人口多,造成坝式水电站的投资大,工期长。
引水式水电站是指在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水,通过人工修建的引水管引水到河段下游,集中落差,再经压力管道引水到水轮机进行发电的水电站。引水式水电站引用流量较小,没有水库调节径流,水量利用率较低,综合利用价值较差。电站库容很小,基本无水库淹没损失,工程量较小,单位造价较低。
在一个河段上,同时采用高坝和有压引水管共同集中落差的开发方式称为混合式开发。坝集中一部分落差后,再通过有压引水管集中坝后河段上另一部分落差,形成了电站的总水头。这种开发方式的水电站称为混合式水电站。适用于上游有优良坝址,适宜建库,而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。同时兼有坝式和引水式水电站的优点。
水电站水力机组在开机和停机的负荷调节过程中,特别是在事故突然甩负荷情况下,由于输水系统的水流惯性发生变化,输水系统管道的压力也将随之发生变化。输水系统管道越长,压力变化越大。因此,在长输水系统水电站设计中,为了使压力管道的压力变化幅值满足水电站的安全的需要,通常设置上游调压井或下游调压井,或上游、下游同时设置调压井。
调压井型式可分为简单式、阻抗式、差动式三大类(见附图1、2、3)。调压井能很好地解决管道的压力上升和下降,但调压井的存在会引起输水系统内水体发生波动。当管道长度和调压井面积确定后,水体的波动周期也确定了。当输水系统的管道越长,调压井的波动周期越长,对机组的稳定运行就越不利。当调压井水体产生波动后,调压井水位波动的衰减越快越好。
三种调压井型式中,对调压井水位波动衰减效果最好是差动式,其次是如中国专利200610128482.4公开的阻抗式,最不利是简单式。
发明内容
为了确保机组和水电站安全、可靠运行,并加快调压井水位波动衰减,本发明旨在提供一种水电站调压井,该调压井设置了一种加快调压井水位波动衰减的新型阻抗孔:单向逆止阻抗孔,可以使调压井内水位波动快速衰减。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种水电站调压井,包括调压室及与其相通的引水管;在所述调压室内、水位以下设有至少一个自由孔和至少一个阻抗孔;其结构特点是,所述阻抗孔为单向逆止阻抗孔,该单向逆止阻抗孔上装有限制调压室内水流通过阻抗孔进入引水管内或限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室内的单向逆止结构。
以下为本发明的进一步改进的技术方案:
当单向逆止阻抗孔上装有限制调压室内水流通过阻抗孔进入引水管的单向逆止结构时,所述单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板,该活动挡板位于调压室内,此时适合作为水电站上游调压井。
当单向逆止阻抗孔上装有限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室内的单向逆止结构时,所述单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板,该活动挡板位于引水管内,此时适合作为水电站下游调压井。
作为一种具体的结构形式,所述自由孔和单向逆止阻抗孔均设置在调压井底板上。
型式一,所述调压井底板上设有一个自由孔和一个单向逆止阻抗孔(见附图4)。
型式二,所述调压井底板上设有一个自由孔和至少两个设置在自由孔外侧的单向逆止阻抗孔(见附图5)。
所述调压井底板上至少一段向调压室内凹进,该凹进段的顶部开有所述自由孔,在凹进段的两个侧壁上各设有一个单向逆止阻抗孔。进一步地,所述凹进段呈倒桶状。
所述自由孔的孔横截面积总和与单向逆止阻抗孔的孔横截面积总和相等。
进一步地,本发明还包括施工支洞,该施工支洞与所述调压室的上部连通,由此,针对这种开有施工支洞的水电站,调压室和施工支洞连通,且施工支洞的底板高程低于调压室最高涌浪高程,由此,将施工支洞的容积作为调压室的一部分,即施工支洞兼作调压室上室,由此可以大大地增加调压室的调压空间,大幅降低调压室竖井的整体高度,减小土方开挖量,降低施工成本,同时可以使水波衰减速度加快。
阻抗孔的大小,取决于机组突然甩负荷,蜗壳水击压力值。阻抗孔越小,蜗壳水击压力越大,但调压井水位振幅越小,水位波动衰减越快;阻抗孔越大,蜗壳水击压力越小,但调压井水位振幅越大,水位波动衰减越慢,特例就是没有阻抗孔的简单式调压井。因此调压井阻抗孔的大小,与水击压力、调压井水位振幅、调压井水位波动衰减密切相关。
下面将以水电站上游阻抗孔调压井为例,说明逆止阻抗孔的工作原理和效果(见附图4、5)。
在确定了阻抗孔大小的基础上(称之为总阻抗孔),将总阻抗孔拆分为自由孔和逆止阻抗孔,自由孔和单向逆止阻抗孔的阻抗之和于总阻抗孔的阻抗相当。自由孔允许水流进出调压井,单向逆止阻抗孔只允许水流进入调压井。
当发电机组甩负荷时,引水系统的水体在惯性的作用下,通过自由孔和逆止阻抗孔同时进入调压井,由于自由孔和逆止阻抗孔的阻抗之和与总阻抗孔的阻抗相同,水流进入调压井的状况没有变化,蜗壳水击压力最大值不发生变化。确保了机组和压力钢管的安全。当调压井水位上升至最高水位后,调压井内水体的上水库波动时,调压井内的水体的引水管道流动,此时水体只有通过自由孔能流出,即水体流出调压井的阻抗被放大,从而加快了调压井水位波动衰减速度。
由于水流通过阻抗孔的阻抗与阻抗孔的面积平方成反比,与通过阻抗孔的流量的平方成正比,如果自由孔和单向逆止阻抗孔的面积相同,水体流出调压井的阻抗孔被放大约4倍。也就相当于在调压井水位波动过程中,总水头损失由大约提高了2.5倍,即波动衰减大约加快了2.5倍。自由孔越小,调压井内水位波动衰减就越快。
当然,自由孔的面积大小,还与机组开机有关,通过自由孔流出的流量,应满足机组开机或增负荷的要求。
单向逆止阻抗孔的概念,同样适用于下游调压井,只是水流通过单向逆止阻抗孔的方向是只出不进。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明首次提出了水电站调压井单向逆止阻抗孔的概念,有效地解决了在确保最大水击压力上升值不增加的情况下,如何加快调压井水位波动衰减速度的问题。
本发明的调压井水位波动衰减大约加快了2.5倍,这对提高电站的调节品质,特别是对超长输水系统水电站,效果十分显著。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1是简单式调压井一种结构示意图;
图2是阻抗式调压井一种结构示意图;
图3是差动式调压井一种结构示意图;
图4是单向逆止阻抗孔一种实施例的结构示意图;
图5是单向逆止阻抗孔另一种实施例的结构示意图;
在图中
1-水流方向;2-连接管;3-阻抗孔;4-大室;5-升管;6-调压室;7-自由孔;8-单向逆止阻抗孔;9-铰链;10-活动挡板。
具体实施方式
实施例1
一种水电站上游调压井,如图4所示,包括调压室6及与其相通的引水管,在调压室6内、水位以下设有至少一个自由孔7和至少一个阻抗孔;所述阻抗孔为单向逆止阻抗孔8,该单向逆止阻抗孔8上装有限制调压室6内水流通过阻抗孔进入引水管内的单向逆止结构,该单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板10,该活动挡板10位于调压室6内。所述自由孔7和单向逆止阻抗孔8均设置在调压井底板上,如图4所示,调压井底板上设有一个自由孔7和一个单向逆止阻抗孔8。或如图5所示,所述调压井底板上设有一个自由孔7和至少两个设置在自由孔7外侧的单向逆止阻抗孔8,且调压井底板上有一段向调压室6内凹进呈倒桶状,该凹进段的顶部开有所述自由孔7,在凹进段的两个侧壁上各设有一个单向逆止阻抗孔8。所述自由孔7横截面积和单向逆止阻抗孔8的横截面积相等。
实施例2
一种水电站下游调压井,包括调压室6及与其相通的引水管,在调压室6内、水位以下设有至少一个自由孔7和至少一个阻抗孔;其特征在于,所述阻抗孔为单向逆止阻抗孔8,该单向逆止阻抗孔8上装有限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室6内的单向逆止结构,该单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板10,该活动挡板10位于引水管内。
余下结构与实施例1类似,不再赘述。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明,而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种水电站调压井,包括调压室(6)及与其相通的引水管;在所述调压室(6)内、水位以下设有至少一个自由孔(7)和至少一个阻抗孔;其特征在于,所述阻抗孔为单向逆止阻抗孔(8),该单向逆止阻抗孔(8)上装有限制调压室(6)内水流通过阻抗孔进入引水管内或限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室(6)内的单向逆止结构。
2.根据权利要求1所述的水电站调压井,其特征在于,当单向逆止阻抗孔(8)上装有限制调压室(6)内水流通过阻抗孔进入引水管的单向逆止结构时,所述单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板(10),该活动挡板(10)位于调压室(6)内。
3.根据权利要求1所述的水电站调压井,其特征在于,当单向逆止阻抗孔(8)上装有限制引水管内水流通过阻抗孔进入调压室(6)内的单向逆止结构时,所述单向逆止结构包括铰接在引水管壁面上的活动挡板(10),该活动挡板(10)位于引水管内。
4.根据权利要求1~3之一所述的水电站调压井,其特征在于,所述自由孔(7)和单向逆止阻抗孔(8)均设置在调压井底板上。
5.根据权利要求4所述的水电站调压井,其特征在于,所述调压井底板上设有一个自由孔(7)和一个单向逆止阻抗孔(8)。
6.根据权利要求5所述的水电站调压井,其特征在于,所述调压井底板上设有一个自由孔(7)和至少两个设置在自由孔(7)外侧的单向逆止阻抗孔(8)。
7.根据权利要求6所述的水电站调压井,其特征在于,所述调压井底板上至少一段向调压室(6)内凹进,该凹进段的顶部开有所述自由孔(7),在凹进段的两个侧壁上各设有一个单向逆止阻抗孔(8)。
8.根据权利要求7所述的水电站调压井,其特征在于,所述凹进段呈倒桶状。
9.根据权利要求1~3之一所述的水电站调压井,其特征在于,所述自由孔(7)的孔横截面积总和与单向逆止阻抗孔(8)的孔横截面积总和相等。
10.根据权利要求1~3之一所述的水电站调压井,其特征在于,还包括施工支洞,该施工支洞与所述调压室(6)的上部连通,且施工支洞的底板高程低于调压室(6)最高涌浪高程。
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