一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱制造技术

本发明专利技术公开了一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，包括牵引控制系统、流量控制系统、水箱主体、溢流管道及行走护廊。牵引控制系统由电机支撑架、伸缩装置、PLC控制器、信号线、平水槽、滚轮、导轨和可伸缩波纹管组成。流量控制系统由PLC控制器、水泵、补水流量调节阀、泄水流量调节阀、补泄水管道及循环水道组成。在进行模型试验时，PLC控制器通过行程信号控制伸缩装置带动平水槽上下运动，进而实现下游水箱水位随着平水槽做正弦波动和随机波动。本发明专利技术适用于海水抽水蓄能模型电站和水位变幅较大的常规模型抽水蓄能电站，做波浪扰动环境下的大波动、小波动、水力干扰等过渡过程及其他相关问题的模型试验研究。

A Pumped Storage Model Test Downstream Tank for Simulating Wave Water Level Fluctuation

The invention discloses a downstream water tank for model test of pumped storage which can simulate wave water level fluctuation, including traction control system, flow control system, main body of the water tank, overflow pipeline and walking gallery. The traction control system is composed of motor support frame, telescopic device, PLC controller, signal line, level water tank, roller, guide rail and telescopic bellows. Flow control system is composed of PLC controller, water pump, supplementary flow regulating valve, discharge flow regulating valve, supplementary and drainage water pipeline and circulation water pipeline. In the model test, the PLC controller controls the expansion device to drive the horizontal flume up and down through the stroke signal, and then realizes the sinusoidal and random fluctuation of the water level of the downstream water tank with the horizontal flume. The invention is suitable for the seawater pumped storage model power station and the conventional model pumped storage power station with large variation of water level. The model test of the transition process of large fluctuation, small fluctuation, hydraulic interference and other related problems under the environment of wave disturbance is carried out.

【技术实现步骤摘要】
一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱
本专利技术属于抽水蓄能电站模型试验
，更具体地，涉及一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，用于在抽水蓄能电站模型试验时，研究波浪扰动环境对大波动、小波动、水力干扰等过渡过程及其他相关问题的影响。
技术介绍
我国的海水资源丰富且岛屿较多，沿海城市及岛屿可再生能源开发应用急需储能技术。海水抽水蓄能电站既能有效利用海水资源，又拥有传统抽水蓄能电站的优点，因此海水抽水蓄能技术亟待研究及应用。海水抽水蓄能电站利用海洋作为下游水库，水源充足，可以大幅减少电站的土建工程费用，解决传统抽水蓄能电站对淡水资源的依赖问题。然而，海水的正弦周期性波动，台风、潮汐等自然因素引起的海浪非周期性波动对抽水蓄能机组的稳定性会产生影响。在海水抽水蓄能电站模型试验中，如何模拟海浪水位波动环境，并分析该环境下抽水蓄能机组各工况的运行稳定性，是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了在海水抽水蓄能电站模型试验中，开展海浪水位波动环境下的抽水蓄能机组运行稳定性研究，本专利技术提出了一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，该下游水箱适用于海水抽水蓄能模型电站和水位变幅较大的常规模型抽水蓄能电站，做波浪扰动环境下的大波动、小波动、水力干扰等过渡过程及其他相关问题的模型试验研究。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：包括水箱主体、牵引控制系统、流量控制系统、溢流管、溢流口和循环水道，所述水箱主体通过尾水入口与抽水蓄能模型机组下游管道连接，水箱主体底部通过流量控制系统与循环水道相连，所述循环水道与抽水蓄能模型试验平台的蓄水池相连，通过流量控制系统可以调节水箱主体内液位高低，所述溢流口通过可伸缩的软管与溢流管相连，溢流管下端连接循环水道，所述溢流口设于水箱主体内上部，并通过牵引控制系统驱动能在水箱内上下运动，从而调整溢流管内溢流速度。作为改进，所述牵引控制系统包括支撑架、伸缩装置、PLC控制器和平水槽，所述伸缩装置通过支撑架安装在水箱主体上，平水槽与伸缩装置的下部可伸缩端固定相连，所述溢流口设于平水槽中部，所述PLC控制器用于控制伸缩装置运动。作为改进，所述伸缩装置为电动推杆、气缸、液压缸和丝杠螺母机构中的任意一种。作为改进，所述伸缩装置为数字液压缸，其包括伺服电机和液压执行机构，所述平水槽与液压执行机构的伸缩端相连。作为改进，所述平水槽为平板状，其上设有减少其上下运动阻力的过水栅。作为改进，所述流量控制系统包括水泵、补水流量调节阀、泄水流量调节阀和补泄水管道，所述水泵入口与循环水道相连，水泵的出口通过补水流量调节阀与补泄水管道相连通，所述泄水流量调节阀一端与补泄水管道相连通另一端直接与循环水道相连，补泄水管道顶部与水箱主体底部连通，所述水泵、补水流量调节阀和泄水流量调节阀均通过PLC控制器控制。作为改进，所述牵引控制系统还设有导向装置，所述导向装置包括导轨和与导轨配合安装的滚轮，所述导轨竖直的固定于水箱主体的内壁，所述滚轮设于平水槽四周。作为改进，所述平水槽上的溢流口通过可伸缩波纹管与溢流管相连。作为改进，所述支撑架上还设有行走护廊。一种抽水蓄能模型试验下游水箱的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制方法主要包括以下四种模式：（1）当下游水箱内水位波动幅值较小，频率较小时，尾水入口的来水量可以维持水位波动的水量需求，当平水槽向下运动时，多余水量经过溢流口，由溢流管道进入到循环水道中；当平水槽向上运动时，尾水入口的来水量能维持水箱水位跟随平水槽同步移动；（2）当下游水箱内水位波动幅值较小，频率较快，尾水入口的来水量较大时，当平水槽向下运动时，下游水箱的多余水量在短时间内无法通过溢流管道流出，此时PLC控制器控制泄水流量调节阀打开，下游水箱的部分水经补泄水管道进入循环水道，加快泄水以保证水位跟随平水槽移动，泄水流量调节阀的开度由尾水入口的流量决定；（3）当下游水箱内水位波动幅值较大，频率较快，尾水入口的来水量较小时，尾水入口的来水量不足以维持水位波动的水箱水量，PLC控制器控制补水流量调节阀打开，水泵启动，循环水道中的水通过补泄水管道泵入水箱主体中，保证水位跟随平水槽移动；（4）当抽水蓄能模型试验平台停机或检修时，PLC控制器控制泄水流量调节阀打开，下游水箱水全部由补泄水管道流入循环水道中。本专利技术有益效果是：（1）本专利技术可以模拟海浪水位波动环境，将其应用在海水抽水蓄能模型试验平台上，由模型试验结果来验证抽水蓄能电站在海浪引起下游水位波动下运行稳定性，为设计遮浪坝提供依据；（2）本专利技术为研究海浪水位干扰、水泵水轮机压力脉动、电网频率功率扰动等多项扰动叠加对电站的运行稳定性影响研究提供了物理条件，为海水抽水蓄能电站在波浪扰动环境下的大波动、小波动及水力干扰工况的过渡过程实证研究奠定了基础，将常规抽水蓄能电站过渡过程研究向海水抽水蓄能电站过渡过程研究向前推进了一大步。附图说明图1为本专利技术抽水蓄能模型试验下游水箱整体结构示意图（主视图）。图2为图1中水箱主体部分局部放大示意图。图3为本专利技术水箱主体左视图。图4为本专利技术平水槽结构示意图（俯视图）。图5为本专利技术电机支撑架示意图（俯视图）。图6为本专利技术滚轮在平水槽的定位图。图7为本专利技术滚轮安装示意图。附图标号注释：1-支撑架，2-伺服电机，3-液压执行机构，4-平水槽，5-滚轮，6-导轨，7-水箱主体，8-可伸缩波纹管，9-尾水入口，10-行走护廊，11-PLC控制器，12-信号线，13-补水流量调节阀，14-泄水流量调节阀，15-水泵，16-补泄水管道，17-溢流管道，18-循环水道，19-检修口，20-溢流口，21-过水栅，22-牵引头，23-螺栓螺母结构，24-高强度横梁钢板，25-螺栓螺母结构，26-支撑架护梁。具体实施方式为了清晰地阐释本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱（简称下游水箱），由牵引控制系统、流量控制系统、水箱主体7、溢流管道17及行走护廊10组成，水箱主体7通过尾水入口9与抽水蓄能模型机组下游管道连接，水箱主体7分别通过补泄水管道16和溢流管道17与循环水道18连接，循环水道18与模型试验平台的蓄水池连接，实现水的循环利用。整个下游水箱根据安装高程与混凝土预埋基础焊接相连。所述水箱主体7通过尾水入口9与抽水蓄能模型机组下游管道连接，水箱主体7底部通过流量控制系统与循环水道18相连，所述循环水道18与抽水蓄能模型试验平台的蓄水池相连，通过流量控制系统可以调节水箱主体7内液位高低，所述溢流口20通过可伸缩的软管与溢流管相连，溢流管下端连接循环水道18，所述溢流口20设于水箱主体7内上部，并通过牵引控制系统驱动能在水箱内上下运动，从而调整溢流管内溢流速度。所述牵引控制系统包括支撑架1、伸缩装置、PLC控制器11和平水槽4，所述伸缩装置通过支撑架1安装在水箱主体7上，平水槽4与伸缩装置的下部可伸缩端固定相连，所述溢流口20设于平水槽4中部，所述PLC控制器11用于控制伸缩装置运动。如图1至图3所示，以数字液压缸作为牵引控制系统的伸缩装置为例，所述牵引控制系统包括支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：包括水箱主体、牵引控制系统、流量控制系统、溢流管、溢流口和循环水道，所述水箱主体通过尾水入口与抽水蓄能模型机组下游管道连接，水箱主体底部通过流量控制系统与循环水道相连，所述循环水道与抽水蓄能模型试验平台的蓄水池相连，通过流量控制系统可以调节水箱主体内液位高低，所述溢流口通过可伸缩的软管与溢流管相连，溢流管下端连接循环水道，所述溢流口设于水箱主体内上部，并通过牵引控制系统驱动能在水箱内上下运动，从而调整溢流管内溢流速度。

【技术特征摘要】
1.一种可模拟海浪水位波动的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：包括水箱主体、牵引控制系统、流量控制系统、溢流管、溢流口和循环水道，所述水箱主体通过尾水入口与抽水蓄能模型机组下游管道连接，水箱主体底部通过流量控制系统与循环水道相连，所述循环水道与抽水蓄能模型试验平台的蓄水池相连，通过流量控制系统可以调节水箱主体内液位高低，所述溢流口通过可伸缩的软管与溢流管相连，溢流管下端连接循环水道，所述溢流口设于水箱主体内上部，并通过牵引控制系统驱动能在水箱内上下运动，从而调整溢流管内溢流速度。2.如权利要求1所述的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：所述牵引控制系统包括支撑架、伸缩装置、PLC控制器和平水槽，所述伸缩装置通过支撑架安装在水箱主体上，平水槽与伸缩装置的下部可伸缩端固定相连，所述溢流口设于平水槽中部，所述PLC控制器用于控制伸缩装置运动。3.如权利要求2所述的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：所述伸缩装置为电动推杆、气缸、液压缸和丝杠螺母机构中的任意一种。4.如权利要求3所述的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：所述伸缩装置为数字液压缸，其包括伺服电机和液压执行机构，所述平水槽与液压执行机构的伸缩端相连。5.如权利要求2所述的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：所述平水槽为平板状，其上设有减少其上下运动阻力的过水栅。6.如权利要求2所述的抽水蓄能模型试验下游水箱，其特征在于：所述流量控制系统包括水泵、补水流量调节阀、泄水流量调节阀和补泄水管道，所述水泵入口与循环水道相连，水泵的出口通过补水流量调节阀与补泄水管道相连通，所述泄水流量调节阀一端与补泄水管道相连通另一端直接与循环水道相连，补泄水管道顶部与水箱主体底部连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李定林，杨建东，滕军，陈满，吴新平，彭煜民，王文辉，赵志高，王学武，杨威嘉，向正林，陈仕贝，吴秋芳，林文婧，
申请(专利权)人：南方电网调峰调频发电有限公司，武汉大学，广东省水利电力勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44