水力发电引水管压力脉动消除法一种能彻底消除水力发电引水管道压力脉动的技术方案。根据水流在不断向上加速其流径会变小使管内出现负压或真空区，在大气压向上推力和惯性的作用下产生压力脉动的特点。将引水管道设计成入口大出口小，或直接缩短引水管道入口与出口的垂直距离使管道不能产生负压从而消除压力脉动，汽蚀和混乱水流。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可彻底消除水力发电引水管压力脉动技术方案，尤其是高坝水力发电更是必不可少。
技术介绍
水轮运动过程中有时会出现水流压力脉动。目前公认的水力学认为压力脉动是由于水流速度过高 弓l起的。现有压力脉动消除法是针对流速而采用加大引水管道降低水流速度的办法，或是水轮叶的斜 度片数等作有益改进使压力脉动消除或下降到水轮机可接受的范围，但这些方法仍无法彻底消除脉 动，有一定适用范围。 一直以来水力发电产生的压力脉动被视为世界级的技术难题。
技术实现思路
为了能彻底消除威力脉动，保证水轮机在任何水位安全运行，本专利技术提出一套全新的水力学理论， 并据此推出可彻底消除压力脉动的技术方案。本专利技术解决其技术问题所采用的理论和技术方案是在低速物理现象中非脉动的作用力以脉动的 方式表现出来其关键就是物体惯性作用和此消彼长的作用力变化。如左右摇摆的吊锤，其左右向作用 力此消彼长，其惯性运动起到转换，积压作用力的作用。而水力发电产生的压力脉动亦与此类同。为了便于解释可用以下实验作说明。首先将一条几十米长的硬质水管水平方向摆放，再向水管的 一头输入髙压力水，使水从管道内高速流过。结果无论水流速度多高都没有产生压力脉动。再将这条 硬质水管吊起一头向上一头向下，垂直方向摆放，向上的一头插入大漏斗的出水内，再向漏斗内不断 加水，斗内保持有水。结果管内水流发生明显压力脉动。由此说明，压力脉动与流速无关。再将管道 下端堵住另开一小洞，水流的压力脉动消失。漏斗内的消水速度并无太大变化。再将这条硬管撤走， 观察漏斗下的水流，其流径由大变小，水流速度不断加快，之后散成水花。如果改用粘稠度较大的机 油作实验，可看到更长的流柱，上大下小，尾部细如丝线，且没有压力脉动。而管内出现压力脉动都 是管内出现负压，大气压产生向上推力和惯性共同作用的缘故。在准备发电时先将引水管道灌满水排20净空气，才打开导板发电。水流在管道内越是往下水流速度越快流径亦随之变小而出现负 压。只要管道出现负压，大气压就会对管道的入口和出口起作用，使管道的负压区压力回 升，同时大气压作用随之减弱，之后又因流速加快流径就小而产生负压……。就这样反反 复复形成压力脉动，水流的惯性起到扩大脉动幅度的作用使其暂时找不到平衡点。而水流 可将其向平衡点靠拢的努力全部冲走。如果入水口较深亦可使负压区出现的高度向下移。 比如入水口在水面下50米，那么在入水口垂直向下50米的管道内不会有负压区。那么安 装水轮机在垂直距离入水口 50米内就不会出现压力脉动。但随着水位下降负压区的起点 就会随之上移，使管内水流出现压力脉动，压力脉动可分为两个等级，即直空脉动和非直 空脉动。大气压等于10米水柱，向下加压10米，向上减速10米，大气压可使垂直髙度 20米内管内水流满管而不出现真空脉动。如果入水口深度是50米加上大气压作用20米， 那么在入水口垂直向下50米后会出现非真空脉动。垂直向下70米后出现真空脉动和混乱 水流并可能产生汽蚀。如果有尾水管的吸拉，真空脉动区就会上移。在自来水管道偶然出现的压力脉动是因为水流经过未全开的水阀或被分流后出现差 异较大的低速和高速水流，而高速水流带动力超过大气压力而出现脉动，这是题外话，这 里不多作解释。由以上实验和理论得出以下解决压力脉动的技术方案，造成压力脉动的几个关键因素 是大气压、惯性、水流加速引起的流径变小与管径无变化共同作用引起的负压和真空。这 几个要素只要消除其中一个就能消除压力脉动，也只有最后一个要素是可消除的。解决方 法是将引水管设计成上大下小，管道由上至下逐步缩小，使管径始终等于管内水流流径。 这样管道内就无法产生负压，流量也不会减少，也不会有压力脉动，适用于冲击式水轮机。 此方案需测定不同的垂直髙度水流加快的程度。管道入水口截面积与水轮机跟前管口截面 之比等于管道入水口流速与水轮机跟前的管口水流速度之反比。在实际使用中水轮叶的斜度有一定阻流作用，加上管道入水口以上的水压可传到管道 内，使这一比率允许较大偏差。以引水管道入口至水轮的垂直高度减去引水管道入水口至 最低可发电水位线的垂直距离得出的垂直高度和引水管入口至水轮的实际高度作为允许 误差的幅度。在这两个髙度之间取任何一个高度作为计算参数所得的流径截面积既能消除 脉动又能不影响其原有的动能总量。这是因为水惯性和压力同时推动水轮，其总能量与单 纯的惯性能量或单纯的压力能量是相等的。亦可直接下移管道入水口，缩短其垂直高度。 即管道入水口设置在水库最低可发电水位线至水轮机之间垂直线的中间点及其以下。这样管道口至水面的水压就能以压力的方式传入管道深处直至水轮机，管道内无法形成负压就 不会产生压力脉动。但现有的水电站难以作此改动，且此法可能要用新型闸门/对于反击式水轮亦可不缩小管道，而是缩水轮的入水口，水轮片承力面的斜度不改变。 水轮的总过水面积与前一方案缩小的程度相同。在水轮叶片的背部加焊阻水板。对于桨式 水轮亦可采用中间遮盖缩小法。即剪一圆形钢板将水轮中间遮盖留下环形过水通道。无论 怎样缩小都要入小出大，因为水流将动能传给水轮机后其自身失去动能而速度减慢，需要 较大的通道流出水轮，否则新进的水流要分出一部分动能给这些失去太多动能的水流，就 变成了浪费。另外水流产生压力脉动时会分出一部分动能去搞破坏，搞振动也是一种动能 浪费。据本人测算每米垂直高度水流加快0.01倍，这个技术参数可能不够准确。测量方法 是在一条高压立水管上的不同高度，钻口径相同的小孔，相同的时间内取水计算出每米增 加一米水压所增加的水量。亦可直接把测速器吊到管道内测量。本专利技术的有益效果是可彻底消除引水管道内产生的压力脉动、汽蚀、混乱水流，保 证水轮机在任何水位安全运行，提高水动能利用率。权利要求1、水力发电引水管压力脉动消除法，引水管道和水轮由上至下分布，其特征是根据管道入水口至水轮的垂直高度与其水流加快程度的反比例设定引水管道入口和出口的截面积使其入口大出口小，或是直接缩短引水管道入口与水轮的垂直距离，将管道入口下移到最低可发电水位至水轮垂直线中间点及其以下。2、 根据权利要求l所述的压力脉动消除法，其特征是在反击式水轮使用本技术时， 通过缩小水轮过水截面积来达到引水管道入口大出口小的要求。3、 根据权利要求1所述的压力脉动消除法，其特征是以引水管道入水口至最低可 发电水位线的垂直距离得出的垂直高度和引水管至水轮的实际垂直距离作为允许误差幅 度的计算参数。全文摘要水力发电引水管压力脉动消除法一种能彻底消除水力发电引水管道压力脉动的技术方案。根据水流在不断向上加速其流径会变小使管内出现负压或真空区，在大气压向上推力和惯性的作用下产生压力脉动的特点。将引水管道设计成入口大出口小，或直接缩短引水管道入口与出口的垂直距离使管道不能产生负压从而消除压力脉动，汽蚀和混乱水流。文档编号E02B9/00GK101565941SQ20091013309公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月4日 优先权日2009年4月4日专利技术者温贵程 申请人:温贵程本文档来自技高网...
【技术保护点】
水力发电引水管压力脉动消除法，引水管道和水轮由上至下分布，其特征是：根据管道入水口至水轮的垂直高度与其水流加快程度的反比例设定引水管道入口和出口的截面积使其入口大出口小，或是直接缩短引水管道入口与水轮的垂直距离，将管道入口下移到最低可发电水位至水轮垂直线中间点及其以下。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温贵程，
申请(专利权)人：温贵程，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]
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