加快调压室水位波动衰减的阻抗孔及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水电站调压室技术领域，特别是设及一种用于加快调压室水位波动衰 减的阻抗孔形式，适用于水电站调压室。
【背景技术】
[0002] 现有的阻抗式调压室的结构如图1所示，包括引水隧桐1和调压室2,在调压室底板 7上具有连通引水隧桐1和调压室2的阻抗孔。对于设置超长引水隧桐的水电站，由于引水隧 桐的长度过长，管道中水流惯性大。当机组发生甩负荷时，在惯性作用下隧桐中的水流涌入 调压室，造成调压室内水位快速上升，而后随着水流流出调压室水位又大幅度下降，在其后 发生长时间的周期波动。调压室内水位的大幅波动对调压室的结构及电站的灵活运行极为 不利，国内某些长引水式电站由于调压室内的水位波动，限制机组运行，大大影响了电站的 经济效益。因此，在满足调保要求的前提下，采取措施加快调压室水位波动衰减的速度，对 于水电站调压室的设计W及电站今后灵活运行都具有重大的意义。
[0003] 调压室阻抗孔尺寸对于调压室内涌浪的衰减具有较大的影响，进出调压室的水流 在阻抗孔口处消耗了一部分能量，因此，阻抗孔口越小，越有利于调压室内涌浪的衰减。但 同时，阻抗孔尺寸也影响调压室反射水键波的效果，过小的面积可能会导致甩负荷时机组 蜗壳压力过大W及发生水键穿室的现象。因此，合理的选择调压室阻抗孔面积，需综合考虑 调压室反射水键压力的能力W及对调压室内涌浪的影响。在目前调压室设计中，基本都采 用固定大小的阻抗孔面积，无法很好的平衡水键压力和调压室涌浪之间的矛盾，本发明进 一步挖掘优化调压室阻抗孔体型的方法，加快调压室水位波动衰减的速度。
【发明内容】
[0004] 发明目的：对于面积固定的调压室阻抗孔形式，难W同时将反射水键压力与加快 调压室水位波动衰减控制在较优的范围内。为了克服固定阻抗孔的运一缺点，确保机组和 水电站安全、可靠运行，并加快调压室内水位波动衰减，本发明旨在提供了一种新型加快调 压室水位波动衰减的阻抗孔形式:单向限流结构形式的阻抗孔，在满足调保要求的前提下， 可W加快调压室内水位波动的衰减。
[0005] 技术方案:本发明的一种加快调压室水位波动衰减的阻抗孔，包括连通引水隧桐 和调压室底部的阻抗孔，所述调压室底部靠近阻抗孔处安装有的转轴，所述转轴上安装有 活动挡板，当水流从阻抗孔流入调压室时，所述活动挡板在自动开启，当水流从阻抗孔流出 调压室时，所述活动挡板处于闭合状态时，限制水流流出时阻抗孔的面积。
[0006] 优选地，所述活动挡板靠近转轴的端部轮廓包括圆弧段和直线段，当活动挡板完 全开启时，直线段与调压室底板重合，阻止了活动挡板的进一步张开;所述圆弧段用于防止 活动挡板旋转时与调压室发生摩擦造成破坏。
[0007] 优选地，所述挡板与调压室底板之间设有缓冲装置。可W避免关闭时由于速度过 快对调压室底板及活动挡板造成破坏。
[000引所述直线段包括相互具有夹角目的长度n与长度m的直线，
[0011] n=m. COS白+h. sin白
[0012] 1 = 0.h
[0013] 式中，a转轴至调压室底板边界的长度，b活动挡板超出调压室底板的长度，1圆弧 段弧长，h转轴中屯、至调压室底板的高度，活动挡板的厚度为化，活动挡板所能开启的最大 弧度为9。底部=角形可限制活动挡板(3)的进一步开启，弧线避免旋转时对调压室底板(7) 造成破坏。
[0014] 本发明同时提出一种加快调压室水位波动衰减的方法，在所述调压室底部靠近阻 抗孔处安装转轴，所述转轴上安装有活动挡板，所述活动挡板在水流从阻抗孔流入调压室 时自动开启，在水流从阻抗孔流出调压室时，自动调节阻抗孔口面积。
[001引具体地，阻抗孔口面积在过渡过程中自动变化，当隧桐中的水流流入调压室时，挡 板迅速打开，阻抗孔面积较大，可W很好地反射水键波；而当调压室内水流开始回流时，活 动挡板关闭，缩小回流时阻抗孔的面积，增大水流经过阻抗孔的水头损失，加快调压室水位 波动的衰减。
[0016] 本发明的理论依据为：阻抗孔面积的最小值，往往取决于不利工况下机组突然甩 负荷，蜗壳末端最大水键压力值。阻抗孔越大，反射水键波的能力越强，蜗壳末端最大水键 压力越小，从该角度出发，希望阻抗孔口越大越好，但阻抗孔越大，调压室水位振幅越大，水 位波动衰减越慢。工程设计中综合水键压力、调压室水位振幅W及工程布置等多项因素确 定阻抗孔口面积。由调压室的工作原理W及水键波的传播原理可W看出，优化孔口面积是 基于水流流进调压室阶段，即在水流流进调压室阶段，优化的阻抗孔口面积需满足水键压 力和调压室涌浪等要求，而对于水流流出调压室阶段，阻抗孔口的限制相对较小，因此当水 流流出调压室时，可W减小阻抗孔口的尺寸，从而减小调压室内水位的振幅，加快调压室内 水位波动的衰减。
[0017] 使用时，本发明的一种水电站调压室阻抗孔，包含调压室及与其相通的输水管道， 阻抗孔上部的活动挡板W及与之相连的固定底座与转轴。活动挡板通过转轴W及底座与调 压室底板相连接，其结构特点是，所述阻抗孔为单向限流阻抗孔，水流可W自由流入调压 室，单向限流阻抗孔是可W限制调压室内水流通过阻抗孔进入引水管内的结构，即水流流 入调压室时，阻抗孔口面积保持不变，当水流流出调压室时，阻抗孔口面积缩小，达到加快 水位波动衰减的目的。
[0018] 进一步技术方案:通过推导的计算公式，计算活动挡板各部分尺寸，详见具体实施 方式，可实现阻抗孔口面积的自动调节。当活动挡板达到最大开度时阻止其进一步开启，避 免活动挡板的开度超过90度致使调压室内水流回流时不能自动关闭；
[0019] 进一步的是，在活动挡板顶部与调压室底板上设置缓冲装置，起到缓冲作用，避免 活动挡板关闭时由于速度过快发生破坏。
[0020] 单向限流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限流结 构，所述单向限流结构包括通过转轴和底座与调压室底板相连接的活动挡板，该活动挡板 位于调压室内。
[0021] 下面将W上游阻抗式调压室为例，说明单向限流阻抗孔的工作原理和效果。
[0022] 当水轮机机组开始甩负荷时，引水系统的水流在惯性的作用下，通过阻抗孔进入 调压室。在水压力的作用下活动挡板开启，当活动挡板达到最大开度时，活动挡板=角形底 部与调压室地板重合，阻止活动挡板进一步开启；此时的阻抗孔口处于全开的状态，能够很 好的反射由于水轮机关闭而传播过来的水键波，从而起到良好的降压效果。
[0023] 当水流停止流入调压室之后，在涌浪压力的作用下调压室内的水开始流出调压 室。此时活动挡板处于最大开度。由于倾斜角度的存在，在水流W及活动挡板自重的作用下 活动挡板开始关闭，当活动挡板关闭快要结束时，缓冲转置开始工作，对活动挡板施加反向 作用力。在反向作用力的作用下，活动挡板关闭速度减慢，最后缓慢关闭。
[0024] 由调压室阻抗孔的水头损失计算公式
-可知，调压室阻抗孔口的水头 损失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。随着阻抗孔面积的 减小，水流经过阻抗孔室的水头损失不断增大，调压室内水位波动衰减越快，对调压室稳定 越有利。
[0025] 与现有技术相比，本发明有效地解决了在确保有效反射水轮机导叶关闭引起的水 键压力的同时加快调压室水位波动哀减的问题，运对调压室体型的进一步优化，电站调节 品质的提高W及灵活稳定运行，特别是对含有超长引水系统的水电站，具有十分显著的效 果。
【附图说明】
[0026] 图1为现有的阻抗式调压室的结构示意图；
[0027] 图2为本发明在调压室活动挡板处于开启状态时的调压室正视图；
[0028] 图3为本发明在调压室活动挡板处于开启状态时的调压室俯视图；
[0029] 图4为本发明在调压室活动挡板处于关闭状态时的调压室正视图；
[0030] 图5为本发明在调压室活动挡板处于关闭状态时的调压室俯视图；
[0031 ]图6为本发明调压室阻抗孔局部放大图；
[0032] 图7为本发明阻抗孔口相关尺寸示意图；
[0033] 图8为本发明实施例的模拟输水系统布置示意图；
[0034] 图9为本发明实施例不同阻抗孔口流出面积下调压室涌浪变化过程线；
[0035] 图10为本发明实施例不同阻抗孔口流出面积下进出阻抗孔流量变化过程线；
[0036] 图11为本发明实施例不同阻抗孔口流出面积下蜗壳末端压力变化过程线；
[0037] 图12为本发明实施例不同阻抗孔口流出面积下机组转速变化过程线；
[003引图中：引水隧桐1，调压室2,活动挡板3,转轴4,缓冲装置5,阻抗孔6,