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水电站有压引水系统的非恒定流现象直接影响到水电站的安全稳定运行,所以对引水系统非恒定流的研究是水电站设计、运行、控制的重中之重,主要集中在对压力管道水锤压力波动和调压室内水位波动的分析研究。 本论文的主要内容将围绕以下几个方面展开: (1)针对带有气垫式调压室的水电站工程实例,选取电站运行过程当中可能出现的各种不利工况,结合气垫式调压室的特点,运用特征线法建立水电站有压引水系统的基本数学模型以及可能出现的各种边界条件,包括进出口边界、串联管边界、分岔管边界、阀门处边界、气垫式调压室边界以及水轮机边界等,并编写计算程序。将有压引水系统中的非恒定流的两种波动(即水锤压力波动和调压室质量波动)进行联合计算,采用这种方法既能提高计算结果的精确度,又能最大限度的揭示气垫式调压室有压引水系统非恒定流的内在规律。 (2)计算不同导叶关闭时间下的气垫式调压室水位波动,气室绝对压力,隧洞末端压力,蜗壳末端压力以及机组转速变化,结果表明导叶关闭时间的不同取值对蜗壳末端最大内水压力,其峰值出现的时间以及机组转速最大上升率有显著的影响,最优导叶关闭时间并不是越长越好,要保证蜗壳末端最大内水压力尽可能小,又能使机组转速最大上升率满足设计要求。 (3)气垫式调压室参数对水力瞬变过程也有一定的影响,将多方指数和初始气室高度作为考虑因素,运用控制变量法得出相同初始气室高度下不同多方指数对水力瞬变过程的影响,得出不同多方指数的应用条件;增大初始气室高度有利于降低调压室整体高度,减小总的开挖量,但是会降低调压室内最低涌浪值,要确保调压室内最低涌浪始终高于调压室内最低限制水位,避免由于调压室内水位过低引起气体进入引水管道。 (4)通过工况Ⅰ和工况Ⅱ的计算已经确定调压室的参数,利用工况Ⅲ来确定和验证调压室的最低涌浪值和调压室的底板高程。结果表明:相对于工况Ⅰ和工况Ⅱ,工况Ⅲ的调压室最低涌浪值是最低的,但距离调压室底板的距离完全符合要求。 本文通过对计算结果的分析确定了合理的导叶关闭方式以及气垫式调压室的参数对水力瞬变过程的影响,揭示了气垫式调压室内的工作特性、优越性及缺点,对于气垫式调压室的不足之处,我们可以采取一些措施进行弥补和改进,使气垫式调压室设计的理论和经验日臻成熟与完善。