[发明专利]一种整定爆破膜启爆压力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种整定爆破膜启爆压力的方法，属于水利水电工程领域。

背景技术

调压室的功用是缩短压力管道或尾水管道的长度，优化增减负荷时的各种特征参数指标，对提高电站的运行安全性、供电质量有着不可忽视的作用。但调压室一般尺寸较大，造价较高，尤其地下式电站对围岩稳定和支护影响较大。有时受到地形地质条件的限制，亦难以在合适的位置建造调压井。对于中小型水电工程来说，由于其水道较长、水体惯性较大，极易发生直接水锤事故，故对于这一类中小型电站为降低工程造价，满足调保要求，采用爆破膜方案取代调压井方案(即“以膜代井”方案)具有较明显的优势，因而在国内外一些长引水管道的中小型电站上，爆破膜得到了普遍应用。爆破膜是用机械装置代替调压井的一项研究成果，其工作原理是：将一组经过严格计算、准确制造加工的金属膜片，安装在压力管道末端，作为人为给定的薄弱环节(如图1所示)。当机组突然甩负荷，水压力上升达到整定值时，膜片爆破，泄放流量，压力下降。如果泄量不够，随着导叶的继续关闭，水压力再次上升，当达到整定的爆破压力时，又有其他膜片相继爆破，泄流面积增大，使整个引水系统各部分的水压力均控制在允许值以内。由于水压力得到有效控制，导叶关闭时间可缩短，从而使机组的转速升高亦控制在允许值以内。一般情况下，爆破膜结构如图1所示，包括压力钢管1和支管2，在支管末端设置爆破膜3并用螺栓等紧固件4将爆破膜固定。

但目前爆破膜设置相关技术体系还不够完善，限制了爆破膜防护措施的应用。其中，爆破膜启爆压力的整定就是爆破膜设置技术体系中的一个薄弱环节。爆破膜的启爆压力是指作用在爆破膜孔口的测压管水头差达到了膜片的极限值而爆破的压力值，启爆压力的整定则是确定这个压力值并为厂家提供设计依据的工作。爆破膜的启爆压力是正确设置爆破膜调保措施的一个极为重要参数，但前人所作的研究中，并没有对这个问题太过重视，亦没有给出相应的整定方法或准则，大多认为爆破膜的爆破压力应小于设计规定的蜗壳压力，但仅仅凭启爆压力H_B小于规定的蜗壳压力这一非常粗略的条件是不足以正确整定出启爆压力的。并且，爆破膜不能同级备用，即如果设置多片爆破膜，各爆破膜的爆破压力一致，其效果相当于设置直径更大的爆破膜，启爆后产生的负压波传至上游可能造成上游压力隧洞失事。显然，如若启爆压力整定出错，则会影响爆破膜的水锤防护效果，甚至给将来应用此项不成熟技术的电站埋下安全隐患。

发明内容

针对当前爆破膜设置技术体系中存在的理论缺陷，爆破膜启爆压力的整定这一关键性问题，本发明旨在对爆破膜启爆压力整定起决定性的几个因素进行了研究，并定性的给出启爆压力大小的整定方法，可便捷的用于爆破膜的设置，而省略繁琐的过渡过程数值模拟计算，从而完善中小型水电站采用爆破膜作为水锤防护措施的设计技术体系。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

步骤一，确定爆破膜启爆压力的主要影响因素；

步骤二，推导爆破膜启爆压力整定的计算公式；

步骤三，整定各级爆破膜启爆压力。

具体地，所述步骤一中影响爆破膜启爆压力的三个主要因素分别为：(1)升压波传至爆破膜及降压波传至机组过程中的水头损失；(2)设升压波传至爆破膜的时间t₁，爆破膜爆破后产生的降压波传至机组的时间t₂，在t₁+t₂时间内蜗壳末端的压力上升值；(3) 由膜片制作工艺及误差所需留有的安全裕量。

具体地，所述步骤二中爆破膜启爆压力整定的计算公式为

其中，H₁为爆破膜最高一级的启爆压力；H_max为规定的蜗壳末端最大压力；h_f0为恒定状态下爆破膜至机组总的水头损失；[H]为留有的安全裕量，其取值可根据膜片制作工艺及误差而定；L₁为爆破膜位置距机组的距离；a₁为水锤波的波速；k为初始阶段水锤压力上升斜率。

具体地，爆破膜不能同级备用，在设置多级爆破膜时，低一级的启爆压力应比高一级的小一安全值，所述步骤三中各级爆破膜启爆压力的整定方法为

H₁′＝H₁-a，H₁″＝H₁′-a,……

其中，a为各级启爆压力间的安全差值；H₁′为第二级启爆压力；H₁″为第三级启爆压力；...