[发明专利]抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法

权利要求书

1.抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的某一台尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等。

2.如权利要求1所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述阻尼宽顶堰的梯形截面的高度值需满足的条件为：所述阻尼宽顶堰的梯形截面在设定的高度值的情况下，所产生的局部水头损失能够阻尼消除尾水支渠压力振荡。

3.如权利要求2所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的迎水面为斜坡式进水口，斜边与底部之间的夹角为锐角。

4.如权利要求3所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的背水面为斜坡式出水口；所述出水口角度大于进水口角度。

5.如权利要求4所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的堰顶长度小于堰底长度。

6.一种基于权利要求1至5之一所述的抑制水轮发电机超低频振荡的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：

步骤1：根据尾水支渠以及尾水渠的结构和水力参数，采用水力阻抗法仿真计算，求解能够阻尼消除尾水水压振荡的水头损失dH；

步骤2：根据尾水支渠水工尺寸设计阻尼宽顶堰，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，并绘制尾水支渠及其阻尼宽顶堰三视示意图；

步骤3：绘制尾水支渠增加阻尼宽顶堰后所形成的尾水支渠堰流示意图，再取堰前和堰上两个断面的水头能量方程，进行堰高P仿真计算，在设定的前提条件下计算出多个满足设定的条件的所需堰高P结果；

步骤4：进行堰高合理性计算，计算得出合理性最高的堰高P；

步骤5：对堰高P的仿真计算结果进行精度计算，找出流量满足宽顶堰堰流流量计算公式所得理论流量值的解对应的各状态；

步骤6：在步骤4和步骤5的计算结果的基础上，得到能够产生局部水头损失dH的堰高，然后提升设定的裕度值，安装在两台水轮发电机尾水洞合并之前的某一台水轮发电机尾水支渠里，然后执行步骤7；

步骤7：进行通过三维动力学仿真验证，具体包括：首画出三维仿真中阻尼宽顶堰安装位置示意图，计算和显示三维模型的网格划分及压力分布情况。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阻尼宽顶堰的梯形截面的高度值需满足的条件为：所述阻尼宽顶堰的梯形截面在设定的高度值的情况下，所产生的局部水头损失能够阻尼消除尾水支渠压力振荡；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的迎水面为斜坡式进水口，斜边与底部之间的夹角为锐角；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的背水面为斜坡式出水口；所述出水口角度大于进水口角度；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的堰顶长度小于堰底长度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3的堰前断面的水头能量方程，使用如下公式表示：其中，H₁＝H₂+C+P，H₁是堰前水深、H₂是堰上水深、P是所需堰高、C是水位抬升量，V₁、Q₁、B分别表示堰前行近流速、渠内流量和渠道宽度，g＝9.8m/s²为重力加速度；所述堰上断面的水头能量方程，使用如下公式表示：其中，堰前和堰上流量不变Q₂＝Q₁，且假设由于宽顶堰会产生局部水头损失dH，V₂是堰上行近流速，Q₁、B分别表示堰前渠内流量和堰上渠道宽度，g＝9.8m/s²为重力加速度。