CN111400792B - 两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法 - Google Patents

两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了针对一种两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，属于水电站过渡过程技术领域。包括以下步骤：步骤1：水流流态定义，调压室中的流态可按水流方向分为三类：合流、分流、调压室总流，是阻抗系数分析计算的基础；步骤2：针对调压室中的三种水流流态，定义各自的分流比η，是对水流流态的特征概化；步骤3：定义、计算阻抗系数，是对特定分流比下的阻抗系数的初步计算；步骤4：将阻抗系数ζij与分流比η采用二次函数进行拟合，是将阻抗系数推广到各个流量条件下的关键。本发明提供的方案能够简单、全面的对两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数进行分析计算。

Description

两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法
技术领域
本发明属于水利水电工程水电站过渡过程领域，具体是指一种两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法。
背景技术
水电站调压室的作用是缩短压力管道的长度，减少机组甩负荷时水击压力，保证水电站运行安全。而阻抗式调压室效果较为显著，在水电站设计中常常被采用。但阻抗式调压室的阻抗系数对调压室涌浪的幅值和衰减速度、系统的稳定性以及水击波反射率均有影响，所以正确地确定阻抗系数对于水电站设计是十分关键的问题。
目前阻抗系数的分析计算方法主要是针对“单管单机”阻抗式调压室，此种类型的调压室流态少、分析简单，定义方便，采用流量比与阻抗系数的拟合进行分析计算即可。而针对两机共用的调压室的阻抗系数计算，流态复杂多样，包含M1-M14共14种，至今未有人对流态进行归纳分类，并在此基础上给出对阻抗系数的分析计算方法。
发明内容
针对上述两机共用的调压室阻抗系数分析计算方面的空缺，本发明的目的是提供一种两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，旨在为两机共用的调压室阻抗系数分析计算提供一种新的思路和方式。
为实现上述目的，本发明提供的两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，其特征在于：对此种体型调压室中可能出现的水流流态进行分类定义，根据调压室内水流的不同流态，定义各自流态的分流比，并对调压室阻抗系数进行定义，调压室阻抗系数与分流比的拟合关系满足二次函数关系；具体包含以下步骤：
步骤1：水流流态定义：调压室中的流态可按水流方向分为三类：
(1.1)两条支管和隧洞水流方向两进一出或一进两出，并分出一股流入调压室，称为分流；
(1.2)两条支管和隧洞水流方向两进一出或一进两出，并汇入调压室流出的水流，称为合流；
(1.3)两条支管和隧洞都向调压室流入或都由调压室流出，此时调压室为总流，下简称为调压室总流；
步骤2：针对调压室中的三种水流流态，定义各自的分流比η：
(2.1)分流情况下，分流比定义为调压室流量与分流前管道内流量的比值；
(2.2)合流情况下，分流比定义为调压室流量与合流后管道内流量的比值；
(2.3)调压室总流情况下，分流比定义为支管流量与调压室流量的比值；
步骤3：根据两条支管中的流量是否相同，每个流态的水流定义3个或6个阻抗系数
Figure BDA0002404868800000021
其中，i表示进口断面，j表示出口断面，ΔHij表示断面水头差，v表示总流流速；
针对两台机组共用的调压室，(1)表示支管#1断面，(2)表示支管#2断面，(3)表示调压室断面，(4)表示隧洞断面；
步骤4：将阻抗系数ζij与分流比η采用二次函数进行拟合，便获得各个流量条件下的阻抗系数。
作为优选方案，所述步骤2中的分流比为在0—1间变化的相应水路管道流量比值的无量纲数。
进一步地，所述步骤3中，当两条支管中水流流量和方向相同时，共定义3个阻抗系数：ζ1/2，4，ζ1/2，3，ζ3，4，当两条支管中水流流量和方向不完全相同时，共定义6个阻抗系数:ζ1，2，ζ1，3，ζ1，4，ζ2，3，ζ2，4，ζ3，4。
本发明的优点及有益效果如下：
1、对针对两台机组共用的调压室内可能出现的流态进行了分类定义；
2、对每一类流态定义了通用的分流比，可供与阻抗系数的拟合；
3、针对某一水流流动方向组合，只需试验测量几个关键分流比处的阻抗系数，便可通过分流比与阻抗系数的二次函数拟合，获得这一水流流动方向组合下不同流量条件、不同分流比条件的阻抗系数。
附图说明
图1是本发明实施例的调压室正视图；
图2是本发明实施例的调压室左视图；
图3是本发明实施例的调压室俯视图；
图4是本发明实施例的调压室中可能的水流方向组合情况；
图5是本发明实施例的M7水流方向组合时的阻抗损失系数与分流比拟合图；
图6是本发明实施例的M7水流方向组合时的阻抗损失系数与分流比拟合图。
图中：1、支管#1断面；2、支管#2断面；3、调压室断面；4、隧洞断面。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1、图2、图3，两台机组共用的调压室结构形式。
请见图4，两台机组共用的调压室中可能的水流方向组合情况。
以某水电站两台机组共用的调压室为例，此种调压室共有4个进出水口(2个支管，1个调压室，1个隧洞)，包含14种水流流动方向组合的工况。每种水流流动方向组合的阻抗系数计算方法相同。以M7工况为例，即水流从支管#2断面2进入调压室底部，向调压室断面3进水，同时从支管#1断面1、隧洞断面4流出调压室，进行计算。
本实施例中的水电站水能动态模拟算法，采用如下的方法步骤：
步骤1：水流流态定义：两条支管和隧洞水流方向两进一出或一进两出，并分出一股流入调压室，M7工况水流流态为分流；
步骤2：针对分流，定义其分流比η：调压室断面3的流量比支管#1断面的流量。
步骤3：两条支管中的流量方向相反，定义、计算特定分流比下的6个阻抗系数：ζ1，2，ζ1，3，ζ1，4，ζ2，3，ζ2，4，ζ3，4。
步骤4：将阻抗系数ζij与分流比η采用二次函数进行拟合，便获得各个流量条件下的阻抗系数。
当水流流动方向为M7工况，即水流从一条支管流入调压室底部，向调压室进水，同时从另一条支管和隧洞流出时，可以通过计算相应分流比η，查询如图5、图6所示的阻抗系数与分流比的二次函数曲线，得到任意流量大小条件下的各个阻抗系数，指导工程实际。

Claims (3)

1.一种两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，其特征在于：对此种体型调压室中出现的水流流态进行分类定义，根据调压室内水流的不同流态，定义各自流态的分流比，并对调压室阻抗系数进行定义，调压室阻抗系数与分流比的拟合关系满足二次函数关系；具体包含以下步骤：
步骤1：水流流态定义：调压室中的流态按水流方向分为三类：
(1.1)两条支管和隧洞水流方向两进一出或一进两出，并分出一股流入调压室，称为分流；
(1.2)两条支管和隧洞水流方向两进一出或一进两出，并汇入调压室流出的水流，称为合流；
(1.3)两条支管和隧洞都向调压室流入或都由调压室流出，此时调压室为总流，下简称为调压室总流；
步骤2：针对调压室中的三种水流流态，定义各自的分流比η：
(2.1)分流情况下，分流比定义为调压室流量与分流前管道内流量的比值；
(2.2)合流情况下，分流比定义为调压室流量与合流后管道内流量的比值；
(2.3)调压室总流情况下，分流比定义为支管流量与调压室流量的比值；
步骤3：根据两条支管中的流量是否相同，每个流态的水流定义3个或6个阻抗系数
Figure FDA0003392759270000011
其中，i表示进口断面，j表示出口断面，ΔHij表示断面水头差，v表示总流流速；
步骤4：将阻抗系数ζij与分流比η采用二次函数进行拟合，便获得各个流量条件下的阻抗系数。
2.根据权利要求1所述的两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，其特征在于：所述步骤2中的分流比为在0—1间变化的相应水路管道流量比值的无量纲数。
3.根据权利要求1或2所述的两台机组共用的阻抗式调压室的阻抗系数分析计算方法，其特征在于：所述步骤3中，当两条支管中水流流量和方向相同时，共定义3个阻抗系数：ζ1/2，4，ζ1/2，3，ζ3，4，当两条支管中水流流量和方向不完全相同时，共定义6个阻抗系数:ζ1，2，ζ1，3，ζ1，4，ζ2，3，ζ2，4，ζ3，4。
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