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⽔电站的⽔击及调节保证计算第四章⽔电站的⽔击及调节保证计算本章重点内容：⽔电站有压引⽔系统⾮恒定流现象和调节保证计算的任务、单管⽔击简化计算、复杂管路的⽔击解析计算及适⽤条件、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，称为⽔电站的不稳定⼯况。
其主要表现为：(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“⽔击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压⼒随之变化→“⽔击”。
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，将在压⼒管道和蜗壳内引起压⼒下降，⽽在尾⽔管中则引起压⼒上升。
(3) 在⽆压引⽔系统(渠道、压⼒前池)中产⽣⽔位波动现象。
⼆、调节保证计算的任务(⼀) ⽔击的危害(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→尾⽔管汽蚀，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) 调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算，⼀般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引⽔系统的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，防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据；(2) 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。
(3) 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。
(4) 研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式，使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
可编辑修改精选全文完整版青羊沟水电站水锤及调节保证计算1概述青羊沟水电站工程位于甘肃省酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内的疏勒河干流上，为甘肃省境内疏勒河干流昌马水库以上河段水电开发规划中的梯级电站之一。
电站厂房距玉门镇约109km，距玉门市昌马乡38km，距肃北县鱼儿红乡政府约52km，对外交通便利。
电站采用有压引水式开发方式，是以发电为主的日调节中型水电站工程，电站额定水头116m。
主厂房装设2台单机容量为23MW（以下称大机）和1台单机容量为10MW（以下称小机）共3台混流式水轮发电机组，并要求大、小机在运行水头介于116m至133.42m范围内能超额定出力运行，其超额定出力范围为10%（机组具有10%的超发能力），即大机为26.356 MW、小机为11.583MW。
电站保证出力为10.23MW，多年平均年发电量为2.131亿kW.h，装机年利用小时数为3805h。
电站引水发电系统由进水口、引水发电隧洞、调压井、压力管道主管、压力管道支管组成，水流通过水轮发电机组后由尾水渠流入河道。
引水发电隧洞长7177.59m，设计流量55.3m3/s，隧洞为圆形有压洞，纵坡1/265.837，洞径D=4.6m，设计流速3.33m/s。
调压井布置于副厂房上游侧，调压井型式为阻抗式调压井，竖井内径10.0m，阻抗孔直径1.98m，底部高程2286.00m，顶部高程2335.50m。
调压井底部垂直接压力管道主管，压力主管由垂直管、弯管和水平管组成，其中垂直管长85.5m，弯管长18.85m（R=12m，a=900），水平管长205.65m，主管总长310m，主管内径4.0m（暂定），设计流速4.40m/s。
压力主管末端3条支管为“卜”型布置，1#大机支管长31m，内径2.5m，2#大机支管长24m，内径2.5m，3#小机支管长30m，内径1.6m。
厂内安装2台23MW和1台10MW共3台混流式水轮发电机组，水轮机型号分别为HLA685－LJ－177和HLA685－LJ－122；单机引用流量22.65m3/s和10m3/s，额定水头116m。
1摘要通过水轮机调节课程的学习，明确调保计算的任务，就是电站在运行过程中，常会由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成甩负荷。
在甩负荷时，由于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步选定设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升max及最大的压力上升值ζmaxc。
调节保证计算一般应对两个工况进行，即计算额定水头和最大水头下甩全负荷的压力上升和转速上升，并取其大者。
最终选定一个T，作为该电站的导叶关闭时间。
合理的fThrough turbine regulating course of study, clear the computing task, is the power station in the process of running, often due to accidents, suddenly and system solution, resulting in load rejection. During load rejection, because the guide vane quickly closed, turbine flow will change sharply, so the turbine will generate water hammer for water system, adjusting guarantee calculation is in preliminary design phase to calculate the above selected maximum speed rises and the maximum stress in the process of appreciation. Regulation guarantee calculation generally deal with the two conditions, namely the full load shedding is calculated under rated head and the maximum water head of pressure riseT, as the and speed up, and take its head. Finally selected a reasonablefguide vane closing time of the hydropower station.关键词:水轮机调节调节保证计算甩负荷转速上升压力上升2引言由于很多水电站的导叶关闭时间和关闭方式存在一些不合理，导致压力钢管爆破的灾难性事故。
第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、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，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(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“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
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，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(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→尾水管汽蚀，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) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的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，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 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。
(3) 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。
(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。
第三章水电站压力管道一、判断题1．选取的钢管直径越小越好。
( )2．钢管末端必须设置阀门。
( )3．快速闸阀和事故阀下游侧必须设置通气孔或通气阀。
( )4．伸缩节一般设置在镇墩的下游侧。
( )5．明钢管只在转弯处设置镇墩。
( )6．对同一电站来说，选用地下埋管的造价一般高于明钢管。
( )7．坝后式电站多采用坝内钢管，供水方式一般为单元供水。
( )8．明钢管上加劲环的刚度越小，则环旁管壁的应力就越大。
( )9．地下埋管的破坏事故多数由外压失稳造成。
( )10．镇墩的作用是防止水管发生滑移。
( )11．通气孔一般应设在工作闸门的上游侧。
( )12．明钢管强度校核中，支承环断面的允许应力与跨中相同。
( )二、填空题1．压力管道的供水方式有、、三种，其中地下埋管多采用方式。
2．对地面压力钢管，当温度变化时，由于在和处产生摩擦力而引起管壁轴向力。
3．水电站压力管道的闸门布置在管道的端，而阀门布置在管道的端，一般在钢管的设置排水管。
4．支墩的常见类型有、、三种。
5．钢管的转弯半径不易小于倍管径，明钢管底部至少高出地表面m。
6．岔管的典型布置型式有、、三种。
7．地下埋管的灌浆分为、、三种。
8．坝式压力管道有、、三种型式。
三、思考题1．压力水管的供水方式有几种？各有什么优缺点？其适用条件是什么？2．镇墩、支墩、伸缩节的作用是什么？3．作用在明钢管上的荷载有哪几类？各产生什么应力？计算应力时应选取哪几个断面？4．明钢管的抗外压稳定的概念。
失稳的原因及防止措施是什么？5．简述压力钢管的设计步骤。
6．岔管的工作特点？常见的岔管有哪几种类型？各适用于什么条件？7．镇墩和支墩的作用有何不同？二者分别设置在地面压力钢管的什么部位？8．支墩有哪几种类型？各有何特点？适用什么情况？9. 伸缩节的作用和类型？其要求是什么？10．地下埋管的施工程序各有何要求？11．地下埋管外压稳定的影响因素？如何防止其外压失稳？12．混凝土坝式压力管道有哪几种型式？各适用于什么情况？13．混凝土坝内埋管在坝剖面上有哪几种布置型式？各适用于什么情况？14．如何选择压力管道的线路？15. HD的含义是什么，其大小说明了什么？第四章水电站的水击及调节保证计算一、判断题1．导叶的关闭时间Ts愈大，水击压力愈大，机组转速升率愈。
论水电站引水系统中调节保证计算论水电站中引水系统的调节保证计算对于水电站引水系统，利用美国垦务局等经验公式对引水管道经济直径进行分析使相应调保计算成果满足要求，为电站安全运行提供可靠的依据。
关键词：水电站引水系统设计调节保证计算5.水锤及调节保证计算5.1调节保证计算的任务和标准水锤及调节保证计算，是水电站设计的重要内容之一。
它不仅影响压力管道、机组、蜗壳等过流部件的强度，而且关系到电站运行的安全和机组运行的稳定性。
调节保证计算是机组负荷在较大范围内突然变化的情况下，考虑到调速器的影响以进行限制水锤压力和机组装机变化值的计算，解决水力惯性、机组惯性和调整性能三者之间的矛盾，以期达到电能质量最佳、机组运行经济合理、安全可靠的目的。
5.1.1水锤及调节保证计算的目的和任务1、水锤计算的目的决定管道内的最大内水压力，作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；研究水锤与机组运行的关系。
2、调节保证计算的目的通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上伸值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，水锤压力和转速上伸值均在经济合理的允许范围内。
3、水锤及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组的特性，合理选择调速器的调节时间调节规律，进行水锤压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许内，并尽可能地降低水锤压力。
5.1.2 调节保证计算的标准调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变化在技术经济上合理的允许值。
标准在规范中有所规定，但这是在一定时期和一定技术水平和经济条件下制定的，用时应结合具体情况加以确定。
1、水锤压力的计算标准甩全负荷时，允许的相对压力升高max ξ一般可按以下不同情况考虑：表5-1：max ξ取值表当设置减压阀或折流板时，max ξ=20%对于增加负荷时的负水锤，以压力水管顶部任何一点不出现负压并保持有2m 以上的余压为限。
调保计算（附件5）调保计算⼀、调节保证计算的任务（⼀）⽔击的危害(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→尾⽔管汽蚀，⽔泵运⾏时产⽣振动；(3)压强波动→机组运⾏稳定性和供电质量下降。
（⼆）调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算，⼀般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引⽔系统的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、蜗壳和⽔泵强度的依据；最⼩内永压⼒作为压⼒管道线路布置，防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据；(2)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。
(3)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。
(4)研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒盒机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式，使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
⼆、⽔击现象1．定义在⽔站运⾏过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，⽽突然启闭⽔泵导叶时，由于⽔流具有较⼤的惯性，进⼊⽔泵的流量迅速改变，流速的突然变化使压⼒⽔管、蜗壳及尾⽔管中的压⼒随之变化，这种变化是交替升降的⼀种波动，如同锤击作⽤于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为⽔击。
2．⽔击特性(1)⽔击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，因⽽⽔击压⼒往往较⼤，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，⽔击压⼒将以弹性波的形式沿管道传播。
注:⽔击波在管中传播⼀个来回的时间 tr=2L/a，两个相为⼀个周期2tr=T(3)⽔击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。
三、⽔击波的传播速度⽔击波速与管壁材料、厚度、管径、管道的⽀承⽅式以及⽔的弹性模量等有关，其计算公式为：式中K—⽔的体积弹性模量，⼀般为2.06×l03MPa;E—管壁材料的纵向弹性模数（钢村E=2.06×l03MPa，铸铁E=0.98×l05MPa，混凝⼟E=2.06×l04MPa)；为声波在⽔中的传播速度，随温度和压⼒的升⾼⽽加⼤，⼀般取1435m/s。
水电站的布置形式及组成建筑物一、填空题1．水电站的基本布置形式有_坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站三种，其中坝式水电站分河床式、坝后式、坝内式、溢流式等形式。
2．有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成；而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。
3．抽水蓄能电站的作用是___________________________________，包括_________________和_________________两个过程。
4．按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。
二、思考题1．按照集中落差的方式不同，水电站的开发分为几种基本方式？各种水电站有何特点及适用条件？2．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？3．抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么？潮汐电站基本工作原理是什么4．何为水电站的梯级开发？水电站进水口及引水建筑物一、判断题1．无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凸岸。
( )2．有压进水口的底坎高程应高于死水位。
( )3．通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。
( )4．进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。
( )5．渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。
( )6．明渠中也会有水击现象产生。
( )二、填空题1．水电站的有压进水口类型有______________、______________、____________、____________等几种。
2．水电站有压进水口主要设备有______________、______________、______________和______________。
