氣墊調壓室體型優(yōu)化與運行控制研究項目摘要

隨著我國西部地區(qū)水力資源的開發(fā)利用及對環(huán)境保護的日益重視，氣墊調壓室在高水頭、長輸水系統(tǒng)的水電站建設中具有重大的推廣應用價值。但目前對氣墊調壓室的研究多為上世紀70 年代挪威的水電建設經(jīng)驗總結，資料較為零散，缺乏細致的分析論證。本項目擬通過理論分析與數(shù)值模擬，在模型試驗與水力過渡過程計算成果分析的基礎上，結合現(xiàn)場原型觀測數(shù)據(jù)的反演分析，建立含氣墊調壓室及機組的輸水發(fā)電系統(tǒng)整體數(shù)學模型，確定氣墊調壓室在水電站輸水系統(tǒng)中的設置位置；制定氣室面積、高度與安全水深選取原則。根據(jù)氣墊調壓室密閉氣體真實動態(tài)特性、水錘波反射性能、運行穩(wěn)定性要求，針對國內在建與擬建的含氣墊調壓室的水電站輸水系統(tǒng)，合理選取氣墊調壓室體型參數(shù)、運行控制模式并提出事故防治對策，為氣墊調壓室在水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)中的優(yōu)化設計、安全運行提供理論指導及實踐依據(jù)。

長引水道、大流量引水發(fā)電系統(tǒng)中的調壓室往往需要很大的高度和橫斷面積才能保證其有足夠的容積容納水體并滿足波動穩(wěn)定性要求，這不僅增加了工程開挖量和造價，而且也容易誘發(fā)水力共振等不利于電站安全穩(wěn)定運行的現(xiàn)象。調壓室高度通常由水位波動幅值確定，而其斷面尺寸往往取決于其波動穩(wěn)定斷面。作為一種性能優(yōu)良的平壓建筑物，氣墊調壓室被廣泛應用于引水式水電站中以控制水位波動幅值并依靠其高壓氣室消除共振。但是迄今為止，關于此類調壓室的運行控制仍無系統(tǒng)的理論闡述，且存在諸多概念上的誤解。另一方面，調壓室波動穩(wěn)定斷面通常由基于一維水流特性的托馬（斯韋）斷面確定。但是，考慮三維流場特性的調壓室臨界穩(wěn)定斷面的研究無疑是更合理、更貼近實際的。受本項目資助，取得的成果如下： （1）在氣墊調壓室緊急停機水位和壓力的基礎上考慮漏氣、溫度變化以及上游水庫水位變化對氣室初始壓力和體積的影響，從而確定了氣墊調壓室在不同控制模式下的監(jiān)測參數(shù)的合理變化范圍，給出了空壓機和排氣閥的啟閉依據(jù)，并建立了不同控制模式的選擇標準和適用條件。依此理論控制空壓機和排氣閥的動作，將避免上述因素變化而導致的機組頻繁停機和啟動； （2）以文獻提供的試驗結果為依據(jù)，選取了合適的湍流計算模型，用三維流場計算方法模擬了帶長連接管的調壓室的底部流場，分析了影響連接管內回流區(qū)強度和尺度的因素，給出了回流流量和與之相關的水頭損失系數(shù)的計算公式，并在此基礎上推導了帶長連接管的調壓室波動臨界穩(wěn)定斷面； （3）引入自由液面模擬方法，分析了阻抗氣墊式調壓室底部阻抗孔內回流區(qū)高度和強度的變化規(guī)律，給出了回流流量、高度和相關局部水頭損失系數(shù)的計算公式，并據(jù)此推導了氣墊調壓室波動穩(wěn)定斷面，明確了調壓室底部流速水頭在穩(wěn)定斷面計算中的有利作用和取值方法。 2100433B

本書系國內首部氣墊式調壓室設計專著。共分7章，系統(tǒng)總結了國內已經(jīng)建成的多座水電站氣墊式調壓室的設計研究成果，從工程地質勘察、調壓室布置及結構設計、水力計算及穩(wěn)定分析、設備選擇和自動監(jiān)測系統(tǒng)設計等方面，歸納提出了設計的要求、原則和方法，還給出了一些工程應用案例。 2100433B

適用于水電站3級及以下上游氣墊式調壓室的設計。水電站2級及以上氣墊式調壓室設計應進行專門研究。