黔中水利枢纽渠首电站调压阀选型计算及仿真验证

□姚庆祝（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1.调压阀的选型计算

调压阀的选型主要是根据设计规范所规定的机组甩负荷时蜗壳最大压力上升值和机组最大转速升高率以及引水系统各端面最小压力，结合水轮发电机组参数计算选择调压阀的直径Dx、行程Yx，确定机组的快关时间Ts和机组的慢关时间Tss。

1.1 电站初步设计选型基本参数

水轮机型号：JP502（O°）-LJ-122，最大水头：27m，额定水头：22.5m，最小水头：10.5m。发电引水隧洞长：1130m，洞径：3.6m，支管长：20m，管径：1.8m。发电引用流量：23m3/s，校核洪水位：1333.52m，设计洪水位：1331.83m，正常运行高水位：1331.00m，最低运行水位：1305.00m，设计尾水位：302.86m，最低尾水位：1299.25m。

1.2 管道特性常数计算

根据规范规定并考虑一定的安全裕度取蜗壳最大压力上升值ξ=40%、机组最大转速升高率β=50%进行计算；ΣLiVi=2530、ΣL=1150m、水击波速a=1000m/s；机组转动惯量GD2=15t.m2将参数代入管道特性计算公式：

1.3 导叶慢关时间Tss计算

1.4 导叶快关时间Ts计算

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

1.5 水轮机空载流量Qg计算

查JP502（O°）水轮机模型特性曲线知，特性曲线中所示模型导叶最小开度a10=26°时对应的单位流量Q10=1.06m3/s，因无模型空载开度的准确值，根据经验，设定其模型相对空载开度为12%，则模型绝对空载开度：

空载流量Qg=D2Q11H01/2=1.222×0.245×22.51/2=1.73m3/s

1.6 调压阀泄放流量Qx计算

在初步设计阶段，缺乏导叶接力器行程参数，结合工程经验，采用导叶快关时间的90%来作为导叶的拐点关闭时间Tg：

Tg=Ts×90%=8.03×90%=7.23s调压阀泄放流量：

1.7 调压阀的型号及参数

蜗壳的最大上升压力Hmax=（1+ξ）H0=（1+0.4）×22.5=31.5m

根据Qx=7.2m3/s、Hmax=31.5m，查调压阀使用范围图，确定选用调压阀型号为Φ800/80，DX=800mm，YX=200mm。

2.仿真计算分析

在招标设计阶段，结合主机设备的实际采购参数，对渠首电站设置两台Φ800/80调压阀的水力过渡过程进行仿真计算分析。电站采购水轮发电机组型号参数：水轮机ZZ550-LJ-130、发电机SF210-12/2600、机组转动惯量GD2=15t.m2,其它参数与初步设计一致。水力过渡过程的仿真计算成果如下：

第一，推荐采用导叶两段线性关闭规律。导叶第一段关闭规律是在1.0s内，导叶由y=1.0线性关闭到y=0.75；导叶第二段关闭规律是在1.0～25s内，导叶由y=0.75线性关闭到y=0.0（完全关闭）。

第二，水库水位1326.0m，尾水位1302.86m时机组设计工况甩满负荷。采用了TFW800/160型调压阀，调压阀启闭规律是：第一段调压阀快速线性开启，在0～3.0s内，调压阀由y=0.0线性开启到y=0.6；第二段调压阀开度保持不变关闭规律是:在3.0～25s内，调压阀开度保存y=0.6线性；第三段调压阀缓慢线性关闭，在25.0～45s内，调压阀由y=0.6线性关闭到y=0.0（完全关闭）。调压阀最大流量为0.53Qr，机组飞逸转速1.37n0，蜗壳最大水压为1.40H0，其中H0是蜗壳初始水压。

第三，水库水位1326.0m，尾水位1302.86m时机组设计工况甩满负荷。采用了TFW800/160型调压阀，调压阀启闭规律是：第一段调压阀快速线性开启，在0～5.0s内，调压阀由y=0.0线性开启到y=0.6；第二段调压阀开度保持不变关闭规律是:在5.0～25s内，调压阀开度保存y=0.6线性；第三段调压阀缓慢线性关闭，在25.0～45s内，调压阀由y=0.6线性关闭到y=0.0（完全关闭）。调压阀最大流量为0.53Qr，机组飞逸转速1.37n0，蜗壳最大水压为1.40H0。

第四，水库水位1333.52m，尾水位1299.25m时甩满负荷，导叶初始开度。采用了TFW800/160型调压阀，调压阀启闭规律是：第一段调压阀快速线性开启，在0～3.0s内，调压阀由y=0.0线性开启到y=0.4；第二段调压阀开度保持不变关闭规律是：在3.0～25s内，调压阀开度保存y=0.4线性；第三段调压阀缓慢线性关闭，在25.0～45s内，调压阀由y=0.4线性关闭到y=0.0（完全关闭）。调压阀最大流量为0.45Qr，机组飞逸转速1.42n0，蜗壳最大水压为1.34H0。

第五，在调压阀拒动条件下，控制工况是水库校核洪水位和最低尾水位两台机组甩满负荷，机组最高转速1.67n0，蜗壳最大水压1.39H0，即45.96m水头。其它工况，虽然蜗壳最大水压与初始水压的比值大一些，但蜗壳最大水压均<47.77m水头。

3.小结

渠首电站设置Φ800/80的调压阀，在机组甩负荷时调压阀按其设定的开启-关闭规律动作，可以有效的控制机组的最高转速和蜗壳的最大压力均满足设计规范的要求。调压阀拒动，机组慢关时其最高转速为835r/min，小于机组飞逸转速1150 r/min；蜗壳最大压力47.77m，小于蜗壳承压水头60m；满足设计要求。整个引水系统各个端面均不出现负压。

［1］姚建国.古宅二级水电站调压阀选型及计算[J].湖北水利水电，2008（3）：99-100.

［3］冯世良，把多铎.汤峪水电站调压阀运行可靠性分析[J].西北农业学报，1995（6）：63-68.