金沙江向家坝水电站右岸地下电站变顶高尾水系统研究
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摘要
本文针对向家坝右岸地下电站的特点,采用模型试验和数值模拟方法对变顶高尾水洞方案进行了较为系统的研究,为工程设计和施工组织提供了参考依据。全文共分以下几部分。
第一章:从总体上介绍向家坝电站的工程概况,提出了向家坝右岸地下电站布置方案存在的问题,阐述了国内外变顶高尾水洞技术的最新研究现状,提出了向家坝变项高尾水洞方案有待深入研究的主要内容和研究路线,说明了本文研究的重要意义。
第二章:主要论述了变顶高尾水洞的工作原理、体型设计和适用条件以及过渡过程计算的数值计算模型,重点在于数学模型的建立与分析,明满流交替现象中选择了合理的计算模型和计算方法;
第三章:着重介绍了向家坝变顶高尾水洞方案模型试验的研究内容和主要结果。通过带模型机组的过渡过程的物理模型试验,了解了向家坝地下电站在恒定流、非恒定流条件下变顶高尾水洞中的水流状态;大波动过程中机组的调保参数、沿管轴线的压力分布、以及变顶高尾水洞内的涌浪;小波动条件下变顶高尾水洞体型对机组运行稳定性的影响;水力干扰过渡过程中变顶高尾水洞的适应性等。论证了向家坝采用变顶高尾水洞方案的可行性,为工程设计提供可靠的依据。
第四章:由于变顶高尾水洞的设计理论尚未完全成熟,有待深入研究探讨,采用物理模型试验和数值仿真计算相互论证、相互比较的研究方法是必不可少的。本章根据物理模型的试验条件和试验工况进行相应的数值计算,即在数值计算中,输入的管道、机组特性等参数均为模型试验实测数据,程序根据模型比尺输出原型的计算结果信息,并与原型化后的模型试验数据分析比较。由对比计算结果可以看到,两者对比的结果仍是合理的。无论大波动、小波动和水力干扰,不仅计算和试验波动过程的变化趋势一致,而且控制值的大小基本接近。
第五章:综合介绍了其他几家科研单位的研究结果,总结向家坝电站变顶高尾水洞的成果。从工程实际的角度讨论了它的适用范围,对后续工程的应用前景进行了展望。
According to the characteristic of Xiangjiaba Underground Hydropower Station at the right bank of Jinsha River, one alternative option that the tailrace tunnel with sloping ceiling is adopted has been studied comprehensively, by method of model test and numerical calculation. The results provide important warrantee for the engineering design and construction organizing. The paper consists of several chapters:Chapter 1 introduces the general situation of Xiangjiaba Hydropower Station. And the problem existed in the project arrangement on the right bank underground hydropower station is brought forward. By getting over the state of the art about the technique of the tailrace tunnel with sloping ceiling, the research contents and study ways and means are put forward, and the importance to research is explained.Chapter 2 introduces the working principle of the tailrace tunnel with sloping ceiling. And the design of body type, appliance condition and the numerical model for transient process are illuminated. The main point is to establish and analyze the numerical model, and to select a rational calculation model and method to simulate the o the free surface and pressurized flow.Chapter 3 introduces the research contents and the results of the model test about the Xiangjiaba tailrace tunnel with sloping ceiling. By the model test with model hydro turbine and generator units, on the condition of the steady flow, unsteady flow, and the flow state in the tailrace tunnel with sloping ceiling is understood. The large oscillation, small oscillation and hydraulic disturbance have been analyzed. It shows that the design of tailrace tunnel with sloping ceiling is suitable and provides a hard foundation for the project design.Chapter 4 shows the results of the numerical calculation. And the comparison between the numerical calculation and the model test illustrates that the two results are consistent. It verified the validity of the numerical model and the calculation method.Chapter 5 introduces several research results by several scientific research units. The research finding of the tailrace tunnel with sloping ceiling is summarized. The scope of application is discussed according to the practical engineering, and is has a good prospect.
第一章:从总体上介绍向家坝电站的工程概况,提出了向家坝右岸地下电站布置方案存在的问题,阐述了国内外变顶高尾水洞技术的最新研究现状,提出了向家坝变项高尾水洞方案有待深入研究的主要内容和研究路线,说明了本文研究的重要意义。
第二章:主要论述了变顶高尾水洞的工作原理、体型设计和适用条件以及过渡过程计算的数值计算模型,重点在于数学模型的建立与分析,明满流交替现象中选择了合理的计算模型和计算方法;
第三章:着重介绍了向家坝变顶高尾水洞方案模型试验的研究内容和主要结果。通过带模型机组的过渡过程的物理模型试验,了解了向家坝地下电站在恒定流、非恒定流条件下变顶高尾水洞中的水流状态;大波动过程中机组的调保参数、沿管轴线的压力分布、以及变顶高尾水洞内的涌浪;小波动条件下变顶高尾水洞体型对机组运行稳定性的影响;水力干扰过渡过程中变顶高尾水洞的适应性等。论证了向家坝采用变顶高尾水洞方案的可行性,为工程设计提供可靠的依据。
第四章:由于变顶高尾水洞的设计理论尚未完全成熟,有待深入研究探讨,采用物理模型试验和数值仿真计算相互论证、相互比较的研究方法是必不可少的。本章根据物理模型的试验条件和试验工况进行相应的数值计算,即在数值计算中,输入的管道、机组特性等参数均为模型试验实测数据,程序根据模型比尺输出原型的计算结果信息,并与原型化后的模型试验数据分析比较。由对比计算结果可以看到,两者对比的结果仍是合理的。无论大波动、小波动和水力干扰,不仅计算和试验波动过程的变化趋势一致,而且控制值的大小基本接近。
第五章:综合介绍了其他几家科研单位的研究结果,总结向家坝电站变顶高尾水洞的成果。从工程实际的角度讨论了它的适用范围,对后续工程的应用前景进行了展望。
According to the characteristic of Xiangjiaba Underground Hydropower Station at the right bank of Jinsha River, one alternative option that the tailrace tunnel with sloping ceiling is adopted has been studied comprehensively, by method of model test and numerical calculation. The results provide important warrantee for the engineering design and construction organizing. The paper consists of several chapters:Chapter 1 introduces the general situation of Xiangjiaba Hydropower Station. And the problem existed in the project arrangement on the right bank underground hydropower station is brought forward. By getting over the state of the art about the technique of the tailrace tunnel with sloping ceiling, the research contents and study ways and means are put forward, and the importance to research is explained.Chapter 2 introduces the working principle of the tailrace tunnel with sloping ceiling. And the design of body type, appliance condition and the numerical model for transient process are illuminated. The main point is to establish and analyze the numerical model, and to select a rational calculation model and method to simulate the o the free surface and pressurized flow.Chapter 3 introduces the research contents and the results of the model test about the Xiangjiaba tailrace tunnel with sloping ceiling. By the model test with model hydro turbine and generator units, on the condition of the steady flow, unsteady flow, and the flow state in the tailrace tunnel with sloping ceiling is understood. The large oscillation, small oscillation and hydraulic disturbance have been analyzed. It shows that the design of tailrace tunnel with sloping ceiling is suitable and provides a hard foundation for the project design.Chapter 4 shows the results of the numerical calculation. And the comparison between the numerical calculation and the model test illustrates that the two results are consistent. It verified the validity of the numerical model and the calculation method.Chapter 5 introduces several research results by several scientific research units. The research finding of the tailrace tunnel with sloping ceiling is summarized. The scope of application is discussed according to the practical engineering, and is has a good prospect.
引文
1.王树人,刘天雄,彭天玫,水击理论与水击计算,清华大学出版社,1981;
2.吴荣樵,陈鉴治,水电站水力过渡过程,中国水利水电出版社,1997.10;
3.M.H. 乔德里著,陈家远译,实用水力过渡过程,四川省水力发电工程学会,1985;
4.马善定,汪如泽主编,水电站建筑物,中国水利水电出版社,1996;
5.徐正凡主编,武汉水利电力学院水力学教研室编,水力学,高等教育出版社,1985;
6.钱木金,直接水击的计算公式,水电能源科学,1996.6;
7.雷军,夏勇,陈家远,尾水管水击与尾水调压室涌波联合求解的和种方法,水电站设计,2002.3;
8.孟安波,殷豪,叶鲁卿,一种新的弹性水击计算方法,华北水利水电学院学报,2003.12;
9.徐军,鞠小明,水电站甩负荷后机组间相互影响的水力计算研究,四川水力发电,2002.9;
10.侯建国,安旭文,李春霞,何英明,水电站压力钢管水锤压力的统计特征研究,长江科学院院报,2004.2;
11.陈乃祥,张扬军,屠明奇,梅祖彦,抽水蓄能电站中水力干扰下的过渡过程及其稳定问题的研究,水利学报,1996.10;
12.程永光、陈鉴治、杨建东,水电站调压室涌浪最不利叠加时刻的研究,水利学报,2004[7];
13.刘保华,长引水隧洞电站调压室的水力计算及工况选择,水力发电学报,1995[4];
14.陈祥荣,沈家俊,长引水隧洞电站调压室的特殊水力学问题研究,红水河,vol.18,No.1;
15.鞠小明,陈家远,调压室涌波叠加计算研究,四川水力发电,1997.12;
16.陈绍钢,王振斌,水电站大波动过渡过程组合工况调压室涌波计算,水利科技,2003.4:
17.张芹芬,索丽生,调压室涌浪分析的随机模型,河海大学学报,vol.25,No.5,1997.9;
18.牟绪程,邓新元,董文达,《波动与光学》(下册),清华大学出版社,1994;
19.李广庭,《普通物理学》,北京航空航天大学出版社,1997;
20.R.W.获区本,《光学Ⅰ》,高等教育出版社,1986;
21.余虹,姜东光,张殿凤,刘中原,《大学物理学》,科学出版社,2003;
22.赵近芳主编,《大学物理学》,北京邮电大学出版社,2002。
23.克里夫琴科主编,常兆堂译,水电站动力装置中的过渡过程,水利出版社,1981
24.丁浩,水电站有压引水系统非恒定流,水利电力出版社,1986
25.何文学,李茶青,水电站大波动过渡过程研究现状及发展趋势,水利水电科技进展,2003,23[4];
26.E.B.怀利,V.L斯特里特著,清华大学流体传动与控制教研室译,瞬变流,水利电力出版社,1983
27.金钟元,水力机械(第二版),水利水电出版社,1992
28.刘启钊,彭守拙,水电站调压室,水利电力出版社,1995
29.常近时,水力机械过渡过程,机械工业出版社,1991
30.张师华,抽水蓄能电站的水力过渡过程,华中理工大学出版社,1996.3
31.魏先导,水力机组过渡过程计算,水利电力出版社,1991
32. Streeter, V. L., and Wylie, E. B., Fluid Transients, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, N.Y., 1978
33. Yang Jian-dong, on basic equations of water hammer, J. of Hydrodynamics Ser.B, Vol. 8, No.2, 1996
34.严亚芳,水力机组暂态特性及参数优化,中国水利水电出版社,1993
35.常近时,寿梅华等,水轮机运行,水利电力出版社,1983
36.C. 耶格尔著,王树人等译,水力不稳定流,大连工学院出版社,1987
37.Φ.Φ.古宾主编,徐锐等译,水力发电站,水利电力出版社,1983.10
38. P.W.Agnew, The Goveming of Francis Turbine, Water Power, Apr, 1974
39. S.N.Sivanandam & B.Ramanattan, Power System Stability-analytical Method, Indian Journal of Power and River Valley Development, Oct, 1975
40.陈丹,杨建东,导叶关闭规律和尾水调压室对尾水管真空度的影响,水电能源科学,2004[2]。
41.朱承军,杨建东,非棱柱体管道的一维水击计算及分析,水力发电学报,1998.2
42.王林锁,索丽生,刘德有,抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述,水利水电科学进展,2001.6
43.杨建东,导叶关闭规律的优化及对水力过渡过程的影响,水力发电学报,1999.2
44.沈祖诒,严亚芳,王煦时,水轮机甩负荷过渡过程最佳控制的研究,华东水利学院学报,1980.3
45.谢庆涛,混流式水轮机甩负荷过程导叶关闭规律的优化计算,水利学报,1987.8
46.张师华,导叶二段关闭时机组转速升高的计算,武汉水利电力学院学报,1985.3
47.常近时,导叶分段关闭对水轮机甩负荷过渡过程解析计算,水力机械技术,1987.6
48.杨建东,地下厂房机组安装高程的确定及影响,水力发电学报,2000.1
49.杨建东,关于水电站调保计算标准若干问题的探讨,水动力学研究与进展(A辑),第13卷(增刊),1998.3
50.刘德友,刘启钊,变截面调压室突弃全负荷后水位波动解析计算,河海大学学报,1994.3;
51.程永光,陈鉴治,杨建东,翁文林,连接管长度对调压井水位波动和水锤压力的影响,水利学报,2003.5;
52.刘德友,索丽生,抽水蓄能电站上调最高水位控制工况,水利水电技术,1996[2];
53.程永光,张师华,具有长尾水渠的水电站的过渡过程,武汉水利电力大学学报,1997.6;
54.张耀普,万家寨水电站1号机组试运行及运行工况综述,内蒙古电力科技,2000[4];
55.聂华江,张仁福,韩玉林,渔子溪电站水轮机组改造与运行工况,水力发电,1999[9];
56.沈维义,林雁庆,水头变幅大的水电站混流式水轮机额定水头及最优工况水头选择的探讨,水电站设计,1998.6;
57.杨建东,陈鉴治,陈文斌,李世熙,水电站变顶高尾水洞体型研究,水利学报,1998.3;
58.邓命华,刘德友,周建旭,水电站变顶高尾水洞瞬变流计算有体型设计,河海大学学报(自然科学版),2003.7;
59.李靖,彭水工程厂房尾水隧洞新型结构选择,人民长江,1999.1;
60.雷艳,杨建东,赖旭,孙利华,楚湘林,某电站变顶高尾水洞水力工作特性模型试验研究,武汉水利电力大学学报,1999.12;
61.薛阿强,罗禹权,王列,严伟,三峡地下电站变顶高尾水洞水动力特性,长江科学院院报,2001.8;
62.赖旭,陈鉴治,杨建东,变顶高尾水洞水电站机组运行稳定性研究,水力发电学报,2001.4:
63.王建华,李修树,江会福,三峡右岸地下电站变顶高尾水系统分析研究,人民长江,2002.7;
2.吴荣樵,陈鉴治,水电站水力过渡过程,中国水利水电出版社,1997.10;
3.M.H. 乔德里著,陈家远译,实用水力过渡过程,四川省水力发电工程学会,1985;
4.马善定,汪如泽主编,水电站建筑物,中国水利水电出版社,1996;
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10.侯建国,安旭文,李春霞,何英明,水电站压力钢管水锤压力的统计特征研究,长江科学院院报,2004.2;
11.陈乃祥,张扬军,屠明奇,梅祖彦,抽水蓄能电站中水力干扰下的过渡过程及其稳定问题的研究,水利学报,1996.10;
12.程永光、陈鉴治、杨建东,水电站调压室涌浪最不利叠加时刻的研究,水利学报,2004[7];
13.刘保华,长引水隧洞电站调压室的水力计算及工况选择,水力发电学报,1995[4];
14.陈祥荣,沈家俊,长引水隧洞电站调压室的特殊水力学问题研究,红水河,vol.18,No.1;
15.鞠小明,陈家远,调压室涌波叠加计算研究,四川水力发电,1997.12;
16.陈绍钢,王振斌,水电站大波动过渡过程组合工况调压室涌波计算,水利科技,2003.4:
17.张芹芬,索丽生,调压室涌浪分析的随机模型,河海大学学报,vol.25,No.5,1997.9;
18.牟绪程,邓新元,董文达,《波动与光学》(下册),清华大学出版社,1994;
19.李广庭,《普通物理学》,北京航空航天大学出版社,1997;
20.R.W.获区本,《光学Ⅰ》,高等教育出版社,1986;
21.余虹,姜东光,张殿凤,刘中原,《大学物理学》,科学出版社,2003;
22.赵近芳主编,《大学物理学》,北京邮电大学出版社,2002。
23.克里夫琴科主编,常兆堂译,水电站动力装置中的过渡过程,水利出版社,1981
24.丁浩,水电站有压引水系统非恒定流,水利电力出版社,1986
25.何文学,李茶青,水电站大波动过渡过程研究现状及发展趋势,水利水电科技进展,2003,23[4];
26.E.B.怀利,V.L斯特里特著,清华大学流体传动与控制教研室译,瞬变流,水利电力出版社,1983
27.金钟元,水力机械(第二版),水利水电出版社,1992
28.刘启钊,彭守拙,水电站调压室,水利电力出版社,1995
29.常近时,水力机械过渡过程,机械工业出版社,1991
30.张师华,抽水蓄能电站的水力过渡过程,华中理工大学出版社,1996.3
31.魏先导,水力机组过渡过程计算,水利电力出版社,1991
32. Streeter, V. L., and Wylie, E. B., Fluid Transients, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, N.Y., 1978
33. Yang Jian-dong, on basic equations of water hammer, J. of Hydrodynamics Ser.B, Vol. 8, No.2, 1996
34.严亚芳,水力机组暂态特性及参数优化,中国水利水电出版社,1993
35.常近时,寿梅华等,水轮机运行,水利电力出版社,1983
36.C. 耶格尔著,王树人等译,水力不稳定流,大连工学院出版社,1987
37.Φ.Φ.古宾主编,徐锐等译,水力发电站,水利电力出版社,1983.10
38. P.W.Agnew, The Goveming of Francis Turbine, Water Power, Apr, 1974
39. S.N.Sivanandam & B.Ramanattan, Power System Stability-analytical Method, Indian Journal of Power and River Valley Development, Oct, 1975
40.陈丹,杨建东,导叶关闭规律和尾水调压室对尾水管真空度的影响,水电能源科学,2004[2]。
41.朱承军,杨建东,非棱柱体管道的一维水击计算及分析,水力发电学报,1998.2
42.王林锁,索丽生,刘德有,抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述,水利水电科学进展,2001.6
43.杨建东,导叶关闭规律的优化及对水力过渡过程的影响,水力发电学报,1999.2
44.沈祖诒,严亚芳,王煦时,水轮机甩负荷过渡过程最佳控制的研究,华东水利学院学报,1980.3
45.谢庆涛,混流式水轮机甩负荷过程导叶关闭规律的优化计算,水利学报,1987.8
46.张师华,导叶二段关闭时机组转速升高的计算,武汉水利电力学院学报,1985.3
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48.杨建东,地下厂房机组安装高程的确定及影响,水力发电学报,2000.1
49.杨建东,关于水电站调保计算标准若干问题的探讨,水动力学研究与进展(A辑),第13卷(增刊),1998.3
50.刘德友,刘启钊,变截面调压室突弃全负荷后水位波动解析计算,河海大学学报,1994.3;
51.程永光,陈鉴治,杨建东,翁文林,连接管长度对调压井水位波动和水锤压力的影响,水利学报,2003.5;
52.刘德友,索丽生,抽水蓄能电站上调最高水位控制工况,水利水电技术,1996[2];
53.程永光,张师华,具有长尾水渠的水电站的过渡过程,武汉水利电力大学学报,1997.6;
54.张耀普,万家寨水电站1号机组试运行及运行工况综述,内蒙古电力科技,2000[4];
55.聂华江,张仁福,韩玉林,渔子溪电站水轮机组改造与运行工况,水力发电,1999[9];
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57.杨建东,陈鉴治,陈文斌,李世熙,水电站变顶高尾水洞体型研究,水利学报,1998.3;
58.邓命华,刘德友,周建旭,水电站变顶高尾水洞瞬变流计算有体型设计,河海大学学报(自然科学版),2003.7;
59.李靖,彭水工程厂房尾水隧洞新型结构选择,人民长江,1999.1;
60.雷艳,杨建东,赖旭,孙利华,楚湘林,某电站变顶高尾水洞水力工作特性模型试验研究,武汉水利电力大学学报,1999.12;
61.薛阿强,罗禹权,王列,严伟,三峡地下电站变顶高尾水洞水动力特性,长江科学院院报,2001.8;
62.赖旭,陈鉴治,杨建东,变顶高尾水洞水电站机组运行稳定性研究,水力发电学报,2001.4:
63.王建华,李修树,江会福,三峡右岸地下电站变顶高尾水系统分析研究,人民长江,2002.7;