黔中水利樞紐渠首電站調(diào)壓閥選型計(jì)算及仿真驗(yàn)證

□姚慶祝（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院）

1.調(diào)壓閥的選型計(jì)算

調(diào)壓閥的選型主要是根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)蝸殼最大壓力上升值和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速升高率以及引水系統(tǒng)各端面最小壓力，結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)計(jì)算選擇調(diào)壓閥的直徑Dx、行程Yx，確定機(jī)組的快關(guān)時(shí)間Ts和機(jī)組的慢關(guān)時(shí)間Tss。

1.1 電站初步設(shè)計(jì)選型基本參數(shù)

水輪機(jī)型號(hào)：JP502（O°）-LJ-122，最大水頭：27m，額定水頭：22.5m，最小水頭：10.5m。發(fā)電引水隧洞長：1130m，洞徑：3.6m，支管長：20m，管徑：1.8m。發(fā)電引用流量：23m3/s，校核洪水位：1333.52m，設(shè)計(jì)洪水位：1331.83m，正常運(yùn)行高水位：1331.00m，最低運(yùn)行水位：1305.00m，設(shè)計(jì)尾水位：302.86m，最低尾水位：1299.25m。

1.2 管道特性常數(shù)計(jì)算

根據(jù)規(guī)范規(guī)定并考慮一定的安全裕度取蝸殼最大壓力上升值ξ=40%、機(jī)組最大轉(zhuǎn)速升高率β=50%進(jìn)行計(jì)算；ΣLiVi=2530、ΣL=1150m、水擊波速a=1000m/s；機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=15t.m2將參數(shù)代入管道特性計(jì)算公式：

1.3 導(dǎo)葉慢關(guān)時(shí)間Tss計(jì)算

1.4 導(dǎo)葉快關(guān)時(shí)間Ts計(jì)算

將 ns=480代入公式（2）求得 τn=0.6，將 τn=0.6、f2=1.21、GD2=15t.m2、β=50%、n0=500、N0=2210代入公式（1）得：

1.5 水輪機(jī)空載流量Qg計(jì)算

查JP502（O°）水輪機(jī)模型特性曲線知，特性曲線中所示模型導(dǎo)葉最小開度a10=26°時(shí)對應(yīng)的單位流量Q10=1.06m3/s，因無模型空載開度的準(zhǔn)確值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定其模型相對空載開度為12%，則模型絕對空載開度：

空載流量Qg=D2Q11H01/2=1.222×0.245×22.51/2=1.73m3/s

1.6 調(diào)壓閥泄放流量Qx計(jì)算

在初步設(shè)計(jì)階段，缺乏導(dǎo)葉接力器行程參數(shù)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，采用導(dǎo)葉快關(guān)時(shí)間的90%來作為導(dǎo)葉的拐點(diǎn)關(guān)閉時(shí)間Tg：

Tg=Ts×90%=8.03×90%=7.23s調(diào)壓閥泄放流量：

1.7 調(diào)壓閥的型號(hào)及參數(shù)

蝸殼的最大上升壓力Hmax=（1+ξ）H0=（1+0.4）×22.5=31.5m

根據(jù)Qx=7.2m3/s、Hmax=31.5m，查調(diào)壓閥使用范圍圖，確定選用調(diào)壓閥型號(hào)為Φ800/80，DX=800mm，YX=200mm。

2.仿真計(jì)算分析

在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段，結(jié)合主機(jī)設(shè)備的實(shí)際采購參數(shù)，對渠首電站設(shè)置兩臺(tái)Φ800/80調(diào)壓閥的水力過渡過程進(jìn)行仿真計(jì)算分析。電站采購水輪發(fā)電機(jī)組型號(hào)參數(shù)：水輪機(jī)ZZ550-LJ-130、發(fā)電機(jī)SF210-12/2600、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=15t.m2,其它參數(shù)與初步設(shè)計(jì)一致。水力過渡過程的仿真計(jì)算成果如下：

第一，推薦采用導(dǎo)葉兩段線性關(guān)閉規(guī)律。導(dǎo)葉第一段關(guān)閉規(guī)律是在1.0s內(nèi)，導(dǎo)葉由y=1.0線性關(guān)閉到y(tǒng)=0.75；導(dǎo)葉第二段關(guān)閉規(guī)律是在1.0～25s內(nèi)，導(dǎo)葉由y=0.75線性關(guān)閉到y(tǒng)=0.0（完全關(guān)閉）。

第二，水庫水位1326.0m，尾水位1302.86m時(shí)機(jī)組設(shè)計(jì)工況甩滿負(fù)荷。采用了TFW800/160型調(diào)壓閥，調(diào)壓閥啟閉規(guī)律是：第一段調(diào)壓閥快速線性開啟，在0～3.0s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.0線性開啟到y(tǒng)=0.6；第二段調(diào)壓閥開度保持不變關(guān)閉規(guī)律是:在3.0～25s內(nèi)，調(diào)壓閥開度保存y=0.6線性；第三段調(diào)壓閥緩慢線性關(guān)閉，在25.0～45s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.6線性關(guān)閉到y(tǒng)=0.0（完全關(guān)閉）。調(diào)壓閥最大流量為0.53Qr，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速1.37n0，蝸殼最大水壓為1.40H0，其中H0是蝸殼初始水壓。

第三，水庫水位1326.0m，尾水位1302.86m時(shí)機(jī)組設(shè)計(jì)工況甩滿負(fù)荷。采用了TFW800/160型調(diào)壓閥，調(diào)壓閥啟閉規(guī)律是：第一段調(diào)壓閥快速線性開啟，在0～5.0s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.0線性開啟到y(tǒng)=0.6；第二段調(diào)壓閥開度保持不變關(guān)閉規(guī)律是:在5.0～25s內(nèi)，調(diào)壓閥開度保存y=0.6線性；第三段調(diào)壓閥緩慢線性關(guān)閉，在25.0～45s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.6線性關(guān)閉到y(tǒng)=0.0（完全關(guān)閉）。調(diào)壓閥最大流量為0.53Qr，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速1.37n0，蝸殼最大水壓為1.40H0。

第四，水庫水位1333.52m，尾水位1299.25m時(shí)甩滿負(fù)荷，導(dǎo)葉初始開度。采用了TFW800/160型調(diào)壓閥，調(diào)壓閥啟閉規(guī)律是：第一段調(diào)壓閥快速線性開啟，在0～3.0s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.0線性開啟到y(tǒng)=0.4；第二段調(diào)壓閥開度保持不變關(guān)閉規(guī)律是：在3.0～25s內(nèi)，調(diào)壓閥開度保存y=0.4線性；第三段調(diào)壓閥緩慢線性關(guān)閉，在25.0～45s內(nèi)，調(diào)壓閥由y=0.4線性關(guān)閉到y(tǒng)=0.0（完全關(guān)閉）。調(diào)壓閥最大流量為0.45Qr，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速1.42n0，蝸殼最大水壓為1.34H0。

第五，在調(diào)壓閥拒動(dòng)條件下，控制工況是水庫校核洪水位和最低尾水位兩臺(tái)機(jī)組甩滿負(fù)荷，機(jī)組最高轉(zhuǎn)速1.67n0，蝸殼最大水壓1.39H0，即45.96m水頭。其它工況，雖然蝸殼最大水壓與初始水壓的比值大一些，但蝸殼最大水壓均<47.77m水頭。

3.小結(jié)

渠首電站設(shè)置Φ800/80的調(diào)壓閥，在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)調(diào)壓閥按其設(shè)定的開啟-關(guān)閉規(guī)律動(dòng)作，可以有效的控制機(jī)組的最高轉(zhuǎn)速和蝸殼的最大壓力均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。調(diào)壓閥拒動(dòng)，機(jī)組慢關(guān)時(shí)其最高轉(zhuǎn)速為835r/min，小于機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速1150 r/min；蝸殼最大壓力47.77m，小于蝸殼承壓水頭60m；滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)引水系統(tǒng)各個(gè)端面均不出現(xiàn)負(fù)壓。

［1］姚建國.古宅二級水電站調(diào)壓閥選型及計(jì)算[J].湖北水利水電，2008（3）：99-100.

［3］馮世良，把多鐸.湯峪水電站調(diào)壓閥運(yùn)行可靠性分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1995（6）：63-68.