测调压室阻抗系数的模型实验装置及方法与流程

本发明属于水电站工程模型实验领域，具体是一种测调压室阻抗系数的模型实验装置及方法。

背景技术：

在含有调压室系统的水力过渡过程计算中，特别是抽水蓄能电站，工况转换频繁，调压室底部流态复杂，可能发生的流态有很多，水流流进、流出阻抗式调压室时的阻抗系数选用是否合理，直接影响结果的可靠性。

而基于模型试验以获取调压室阻抗系数并应用于工程实际，是普遍适用于各国水电站建设的方法。目前，现有的模型实验装置多是单管单机系统，水流进出调压室的工况较少也较简单，复杂工况下的模型实验少有涉及。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种测调压室阻抗系数的模型实验装置，特别指两机一洞阻抗式尾水调压室的尾水系统，可实现在14种不同工况下对调压室阻抗系数的测量试验，给国内外调压室设计和水力过渡过程计算提供一定的参考作用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种测调压室阻抗系数的模型实验装置，其特征在于：包括上游水箱，调压室试验段，下游水箱，电磁流量计#1，电磁流量计#2，电磁流量计#3，电磁流量计#4，上游侧控制阀门#1，上游侧控制阀门#2，上游侧控制阀门#3，上游侧控制阀门#4，下游侧控制阀门#1，下游侧控制阀门#2，下游侧控制阀门#3，下游侧控制阀门#4，红色阀门，蓝色阀门和水泵；

所述上游水箱通过红色阀门所在的排水管直接将格栅溢流出的水排入下游水箱；所述水泵通过蓝色阀门所在的给水管将水从下游水箱抽入上游水箱；所述上游水箱中的水在高差作用下可通过上游侧控制阀门#1和电磁流量计#1所在第一管道经由尾水支管#1，上游侧控制阀门#2和电磁流量计#2所在第二管道经由尾水支管#2，上游侧控制阀门#3和电磁流量计#3所在第三管道经由调压室管道以及上游侧控制阀门#4和电磁流量计#4所在第四管道经由尾水隧洞自流入调压室试验段；所述调压室试验段中的水在高差作用下可通过下游侧控制阀门#1和电磁流量计#1所在第五管道经由尾水支管#1，下游侧控制阀门#2和电磁流量计#2所在第六管道经由尾水支管#2，下游侧控制阀门#3和电磁流量计#3所在第七管道经由调压室管道以及下游侧控制阀门#4和电磁流量计#4所在第八管道经由尾水隧洞自流入下游水箱；

所述上游水箱，下游水箱，红色阀门所在的排水管以及蓝色阀门和水泵所在的给水管组成循环系统，用以给实验提供一个动态稳定的上游水头。

第二方面，本发明提供一种测调压室阻抗系数的模型实验方法，其特征在于：利用如权利要求1所属的测调压室阻抗系数的模型实验装置，以调压室为研究对象，有四处进出口，每处水流方向有两种可能，四处水流方向的组合理论上有2⁴种，除去水流全进和全出调压室的两种不符合实际的工况，共有14种水流进出调压室的工况，实现不同工况具体包括以下步骤：

步骤1：根据水流流进和流出调压室试验段的情况，定义m1～m14调压室水流组合工况，具体为：

m1工况：水流从尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#1、尾水支管#2和调压室管道流出；

m2工况：水流从调压室管道进入调压室，从尾水支管#1、尾水支管#2和尾水隧洞流出；

m3工况：水流从调压室管道和尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#1和尾水支管#2流出；

m4工况：水流从尾水支管#1和尾水支管#2进入调压室，从调压室管道和尾水隧洞流出；

m5工况：水流从尾水支管#1、尾水支管#2和尾水隧洞进入调压室，从调压室管道流出；

m6工况：水流从尾水支管#1、尾水支管#2和调压室管道进入调压室，从尾水隧洞流出；

m7工况：水流从尾水支管#1进入调压室，从尾水支管#2、调压室管道和尾水隧洞流出；

m8工况：水流从尾水支管#1和尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#2和调压室管道流出；

m9工况：水流从尾水支管#1和调压室管道进入调压室，从尾水支管#2和尾水隧洞流出；

m10工况：水流从尾水支管#1、调压室管道和尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#2流出；

m11工况：水流从尾水支管#2进入调压室，从尾水支管#1、调压室管道和尾水隧洞流出；

m12工况：水流从尾水支管#2和尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#1和调压室管道流出；

m13工况：水流从尾水支管#2和调压室管道进入调压室，从尾水支管#1和尾水隧洞流出；

m14工况：水流从尾水支管#2、调压室管道和尾水隧洞进入调压室，从尾水支管#1流出；

步骤2：先将红色阀门和蓝色阀门打开1/4的相对开度，开启水泵，再将红色阀门和蓝色阀门打开到合适的开度，使得上游水箱、下游水箱中的水流能够稳定循环，同时上游水箱的水位达到格栅淹没高度并保持动态稳定状态；

步骤3：根据步骤1中所定义的14种调压室水流组合工况，对上游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4和下游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4进行相应的开闭操作；前述八个控制阀门上游侧和下游侧为同一数字编号的两两配对，为实现工况，操作过程中配对的两个阀门一开一闭，具体为：

m1工况时开启下游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m2工况时开启下游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m3工况时开启下游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m4工况时开启上游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m5工况时开启上游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m6工况时开启上游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m7工况时开启上游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m8工况时开启上游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m9工况时开启上游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m10工况时开启上游侧控制阀门#1、下游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m11工况时开启下游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m12工况时开启下游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、下游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

m13工况时开启下游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、下游侧控制阀门#4；

m14工况时开启下游侧控制阀门#1、上游侧控制阀门#2、上游侧控制阀门#3、上游侧控制阀门#4；

步骤4：对于m1～m14中任一工况，经过步骤3中所述相应的阀门开闭操作，待整个装置中的水体达到动态稳定后，读取电磁流量计示数并通过测针测量调压室试验段的测压管水头，通过公式计算可获得调压室阻抗系数。

本发明根据水流流进和流出调压室试验段的情况，定义了m1～m14调压室水流组合工况，并通过控制阀门的开闭，控制进出调压室的水流方向以实现这14种工况。

本发明的优点及有益效果如下：

1、装置中的水泵和格栅可为实验提供动态稳定的上游水头；

2、由于连接调压室的管道数较多，装置可实现的水流组合工况多达14种；

3、为实现某特定工况或由某一工况切换到另一工况，只需控制相应阀门的开闭，操作相对简单，工况转换便捷。

附图说明

图1为本发明的结构俯视示意图。

图2为本发明m1～m14调压室水流组合工况示意图。

图3为本发明具体实施例m4工况阀门的开闭情况及装置中的水流方向示意图。

图中：1-上游水箱，2-调压室试验段，3-下游水箱，4-电磁流量计#1，5-电磁流量计#2，6-电磁流量计#3，7-电磁流量计#4，u1-上游侧控制阀门#1，u2-上游侧控制阀门#2，u3-上游侧控制阀门#3，u4-上游侧控制阀门#4，d1-下游侧控制阀门#1，d2-下游侧控制阀门#2，d3-下游侧控制阀门#3，d4-下游侧控制阀门#4，r-红色阀门，b-蓝色阀门，p-水泵；l1-排水管，l2-给水管，n1-第一管道，n2-第二管道，n3-第三管道，n4-第四管道，n5-第五管道，n6-第六管道，n7-第七管道，n8-第八管道，t1-尾水支管#1，t2-尾水支管#2，t3-调压室管道，t4-尾水隧洞。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。

如图1所示的测调压室阻抗系数的模型实验装置，包括1-上游水箱，2-调压室试验段，3-下游水箱，4-电磁流量计#1，5-电磁流量计#2，6-电磁流量计#3，7-电磁流量计#4，u1-上游侧控制阀门#1，u2-上游侧控制阀门#2，u3-上游侧控制阀门#3，u4-上游侧控制阀门#4，d1-下游侧控制阀门#1，d2-下游侧控制阀门#2，d3-下游侧控制阀门#3，d4-下游侧控制阀门#4，r-红色阀门，b-蓝色阀门，p-水泵。

如图2所示的调压室水流组合工况，以m4工况为例，水流从上游水箱经由两尾水支管流入调压室，再从调压室经由尾水隧洞和调压室管道流出。以调压室为研究对象，m4为一种水流两进两出的工况。根据水流流进和流出调压室试验段的情况，m1～m14调压室水流组合工况的具体定义如下表：

注：表中“-”表示水流流出调压室试验段，“+”表示水流流入调压室试验段。

如图3所示，首先将红色阀门r和蓝色阀门b打开1/4的相对开度，开启水泵p，再将红色阀门r和蓝色阀门b打开到合适的开度，使得上下游水箱中水流能够稳定循环，并使上游水箱的水位达到格栅淹没高度并保持动态稳定状态。然后，开启上游侧控制阀门#1u1、上游侧控制阀门#2u2、下游侧控制阀门#3d3、下游侧控制阀门#4d4，同时关闭下游侧控制阀门#1d1、下游侧控制阀门#2d2、上游侧控制阀门#3u3、上游侧控制阀门#4u4，可实现如上所述m4工况。具体水流流量大小可根据管道所对应的电磁流量计示数，进行阀门的开度调整，以达到预期的实验要求。

在此工况基础上可进行调压室阻抗系数测量试验，从而得到对应工况下的阻抗系数。另13种工况可依此类推，通过控制阀门的开闭，控制进出调压室的水流方向，具体阀门开闭操作如下表：

以上所述的发明优选实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。