调压室水力试验

调压室水力试验水电站实验——调压室水力试验第2页目录一、实验目的................................................................................................................................2二、实验任务与要求....................................................................................................................2三、实验设备及模型数据............................................................................................................2四、实验成果................................................................................................................................3问题1：描述实验观察到的阻抗式和差动式调压室中的水力现象.........................3问题2：根据阻抗式调压室模型数据用解析水电站实验——调压室水力试验第3页法求出上水箱为高水位丢荷后调压室的最高水位，并与实验成果比较............................................................................................4问题3：比较差动式和阻抗式在同一实验情况时观察到的水力现象.....................6问题4：在引用流量相同的情况下，比较不同引水管长度对阻抗式调压室水力现象的影响....................................................................................................................................8问题5：比较不同阻抗孔口面积对差动式调压室水力现象的影响.........................9五、实验的收获与不足.................................................................................................................9水电站实验——调压室水力试验第4页实验三调压室水力实验一、实验目的1、增强对调压室水力现象的感性认识，验证和巩固理论知识。2、初步了解进行水电站水力模型实验的方法。3、密切理论和实践的联系，培养运用所学理论知识分析实际问题的能力。二、实验任务与要求利用调压室实验台阻抗式调压室和差动式调压室进行下列实验：1、观察并记录上水箱的高水位149cm时，流量由满负荷突然减少至零（相当于水电站正常水位丢弃全部负荷）阻抗式和差动式调压室中水位波动过程及稳定所需要的时间。2、观察并记录上水箱的低水位145cm时，流量由零突然增至满负荷（相当于水电站死水位增加部分负荷情况）及丢弃全部负荷第二振幅涌浪水位，阻抗式和差动式调压室中水位波动水电站实验——调压室水力试验第5页过程中全部水力现象，以确定其最低涌浪水位，水位稳定所需要的时间，观察调压室内水位波动衰减过程。3、观察并记录不同管道长度以及不同阻抗孔面积对调压室水位波动幅值得影响。三、实验设备及模型数据1、实验设备调压室水力模型由上水箱、管道、调压室、阀门、电磁流量计、下水箱及循环泵组成。水由上水箱经水管引至调压室，并经调压室后由水管引至电磁流量计最后流入下水箱，由水泵抽水至上水箱形成循环。在回水管道上设有手动快速阀门及尾水闸阀，前者用以快速改变水管流量使调压室中水位产生波动，后者用以调节流量以满足实验要求。在调压室的大室壁及升管上设有标尺，可直接读出水位波动的最高和最低值，以及引水管道至调压室的水头损失wh，波动稳定时间可用秒表测定。调压室水位波动过程中的最高水位、最低水位以及上下两个水箱中的水位，都可以通过固定在水电站实验——调压室水力试验第6页相应位置的标尺，用目测方法人工记录。调压室水位波动过程线和管道中的流量可由计算机数据采集系统完成，过程如下：LGY-3A型浪高仪将调压室水位的波动过程变成电压信号送到计算机数据采集系统，LDZ-4B型电磁流量计将输水管引用流量转换成电压信号送至计算机，计算机数据采集系统自动记录这些信号，并存储到硬盘中，供分析使用。在完成实验前的所有准备工作后，进入试验程序。其步骤如下：a、开启计算机，双击桌面上“实验台程序”图标；b、进入“河海大学水电站非恒定流实验数据采集系统”界面；c、点击鼠标进入“传感器初始状态检测”界面；d、界面右下方依次显示“重现”、“退出”、“调零”、“确定”四个按钮，点击“确定”按钮；e、弹出“进入实时测量”和“传感器标定”界面，选择“进入实时测量”，点击“确定”按钮；f、在弹出的界面中选择本次试验所需用到的水电站实验——调压室水力试验第7页传感器，并选择所有传感器是否在同一坐标显示，点击“确定”按钮；g、在弹出的界面中粗鲁“文件名”、“采样时间”和“最大水头”，点击确定，在弹出的界面中显示“将覆盖上次同名数据文件”点击“确定”按钮进入测量过程。2、数据模型（1）引水管阻抗式调压室引水管长度：短管L1=170cm，长管L2=370cm；差动式调压室引水管长度：短管L1=170cm，长管L2=370cm；引水管内径d=5cm（2）调压室阻抗式调压室内劲D1=10cm差动式调压室大室内径D1=10cm；差动式调压室升管内径d=5cm差动式调压室升管高度Z=58.5cm（3）调压室水力模型数据水位：（高水位）上水箱水位149cm，下水箱水位0cm水电站实验——调压室水力试验第8页（低水位）上水箱水位145cm，下水箱水位0cm流量：水泵额定流量5hm/3，每次试验根据电磁流量计读数求出通过引水道流量。四、实验成果问题1：描述实验观察到的阻抗式和差动式调压室中的水力现象。阻抗式调压室：1、当流量突然减少为0时，调压室水位迅速上升,到最高点后开始下降，下降到最低点后调压室水位又上升，上升到次高点后再下降，反复循环，调压室水位上下进行波动，但振幅随时间而减小，最后调压室水位稳定上水箱水位附近处。2、当流量突然由0增大至最大时，调压室水位迅速下降到最低点，而后以很小的振幅上下波动，直至趋于稳定。差动式调压室：1、当流量突然减少为0时，开始升管水位迅速上升，大室水位也较快上升，但落后于升管水电站实验——调压室水力试验第9页水位，升管和大室间形成水位差，升管水位超过溢流顶时，水体溢入大室，大室水位迅速上升，最后与升管水位齐平，而后两者水位一同上升至最高点，接着水位开始下降，到最低点水位后又上升，调压室水位上下进行波动，但振幅随时间而减小，最后调压室水位稳定在在上水箱水位附近处。2、当流量突然由0增大至最大时，升管水位与大室水位均迅速降低，但升管水位下降速度较大室快，最后两者水位齐平下降到最低点，此后水位又回升、下降，以很小的振幅上下波动，直至趋于稳定。问题2：根据阻抗式调压室模型数据用解析法求出上水箱为高水位丢荷后调压室的最高水位，并与实验成果比较。1、阻抗式短管高水位甩荷计算：①计算过程：上库水位调压室初始水位流量电磁流量计读数引水道管长水头损失0wh阻抗孔直径调压室直径引水道直径水电站实验——调压室水力试验第10页引水道流量0Q=5*0.79038=3.9519hm/3；引水道面积A=3.14159*5*5/4=19.6352cm；引水道流速V=0Q/A=3.9519/（3600*19.635）*10000=0.5591sm/；ffb；由《水工设计手册7——水电站建筑物》可以查出：阻抗系数7.1；mgvhc02709.081.925591.07.122200；1548.0499.17/709.200wchh；4423.0)17499.0108540.781.9/(5591.0109635.17.123232020whgFLfV20X4.522；200whS0.0387；0SZX由公式：00)1(])1(1ln[)1(])1(1ln[XXXXmm试算得：8656.0maxx，故cmSxZ350.3100387.08656.020maxmax计算得阻抗式短管高水位甩荷时调压室最高水位=149+3.350=152.350cm149cm131.501cm5hm/379.038%170cm17.499cm5cm10cm5cm水电站实验——调压室水力试验第11页②分析与结论实验测得的最高水位=154.454cm相对误差=1.381%%100350.152454.154350.152结论：实验算出来的调压室最高水位与理论计算出来的比较接近，说明实验结果合理。2、阻抗式长管高水位甩荷计算：①计算过程：引水道流量0Q=5*0.76019=3.80095hm/3；引水道面积A=3.14159*5*5/4=19.6352cm；引水道流速V=0Q/A=3.80095/（3600*19.635）上库水位调压室初始水位流量电磁流量计读数引水道管长水头损失0wh阻抗孔直径调压室直径引水道直径149cm128.501cm5hm/376.019%370cm20.499cm5cm10cm5cm水电站实验——调压室水力试验第12页*10000=0.5377sm/；ffb；由《水工设计手册7——水电站建筑物》可以查出：阻抗系数7.1；mgvhc02505.081.925377.07.122200；1222.0499.20/505.200wchh；6488.0)20499.0108540.781.9/(5377.0109635.17.323232020whgFLfV20X3.0826；200whS0.0665；0SZX由公式：00)1(])1(1ln[)1(])1(1ln[XXXXmm试算得：8851.0maxx，故cmSxZ886.5100665.08851.020maxmax计算得阻抗式长管高水位甩荷时调压室最高水位=149+5.886=154.886cm②分析与结论实验测得的最高水位=156.578cm相对误差=1.092%%100886.154578.156886.154结论：实验算出来的调压室最高水位与理论计算出来的比较接近，说明实验结果合理。水电站实验——调压室水力试验第13页问题3：比较差动式和阻抗式在同一实验情况时观察到的水力现象。1、甩荷时：同一实验情况下，如图1和图2，即均为短管、上库为低水位情况下，差动式调压室最高水位为152.807cm，最低水位为143.582cm，最大振幅为9.255cm；阻抗式调压室最高水位148.455cm，图1图2水电站实验——调压室水力试验第14页最低水位为140.702cm，最大振幅为7.753cm。因此在同一实情况下验下，差动式调压室最高水位较阻抗式调压室大，最低水位虽然也大于阻抗式调压室最低水位，但是差动式调压室的最大振幅较阻抗式大，即差动式调压室水位波动明显，但是差动式波动稳定时间较差动式短。我们看到差动式调压室的稳定水位较阻抗式调压室高，分析如下：差动式调压室起调水位133.0cm，稳定水位为147.3cm，调差为14.3cm；阻抗式调压室水位127.9cm，稳定水位为144.1cm，调差为16.2cm。由以上数据