水电站引水隧洞的调压室设计探讨
【摘要】本文重点介绍了调压室的作用及设置条件、布置形式和基本结构类型，调压室水位波动的稳定问题和调压室的水力计算条件。
【关键词】调压室稳定问题水力计算
1 调压室的功用、要求
1.1 调压室的功用
（1）反射水击波。基本上避免了（或减小）压力管道传来的水击波进入压力引水道。
（2）减小水击压力（压力管道及厂房过水部分）。缩短了压力管道的长度
（3）改善机组在负荷变化时的运行条件。
1.2 调压室的基本要求
根据其功用，调压室应满足以下基本要求：
（1）调压室尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度。
（2）调压室应有自由水表面和足够的底面积，以保证水击波的充分反射；
（3）调压室的工作必须是稳定的。在负荷变化时，引水道及调压室水体的波动应该迅速衰减，达到新的稳定状态；
（4）正常运行时，水流经过调压室底部造成的水头损失要小。为此调压室底部和压力管道连接处应具有较小的断面积。
（5）结构安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。
1总平面布置 一般规定 变电站总平面布置应按最终规模进行规划设计，根据系统负荷发展要求，不宜堵死扩建的可能，并使站区总平面布置尽量规整。 变电站总平面布置应满足总体规划要求，并使站内工艺布置合理，功能分区明确，交通便利，节约用地。 站区总平面宜将近期建设的建（构）筑物集中布置，以利分期建设和节约用地。城市地下（户内）变电站土建工程可按最终规模一次建设。 变电站的主要生产及辅助（附属）建筑宜集中或联合布置。当与换流站合并建设时，可根据辅助（附属）建筑的性质、使用功能要求分类集中或联合布置在站前区。 在兼顾出线规划顺畅、工艺布置合理的前提下，变电站应结合自然地形布置，尽量减少土（石）方量。当站区地形高差较大时，可采用台阶式布置。 山区变电站的主要生产建（构）筑物、设备构支架，当靠近边坡布置时，建（构）筑物距坡顶和坡脚的安全距离应按第条确定。 城市地下（户内）变电站与站外相邻建筑物之间应留有消防通道。消防车道的净宽度和净高度要满足GB50016《建筑设计防火规范》的相关规定。 主控通信楼（室）、户内配电装置楼（室）、大型变电构架等重要建（构）筑物以及GIS 组合电器、主变电器、高压电抗器、电容器等大型设备宜布置在土质均匀、地基可靠的地段。 位于膨胀土地区的变电站，对变形有严格要求的建（构）筑物，宜布置在膨胀土埋藏较深、胀缩等级较低或地形较平坦的地段；位于湿陷性黄土地区的变电站，主要建（构）筑物宜布置在地基湿陷等级低的地段。 扩建、改建的变电站宜充分利用原有建（构）筑物和设施，尽量减少拆迁，避免施工对已建设施的影响。 主要建（构）筑物 主控通信楼（室）宜布置在便于运行人员巡视检查、观察户外设备、减少电 缆长度、避开噪声影响和方便连接进站大门的地段。 主控通信楼（室）宜有较好的朝向，并使主控制室方便同时观察到各个配电装置区域。
水电站调压室设计规范 Specification for design of surge chamber of hydropowerstation 中华人民共和国电力行业标准 水电站调压室设计规范 主编部门：电力工业部华东勘测设计研究院 批准部门：中华人民共和国电力工业部 中华人民共和国电力工业部 关于发布《水电站调压室设计规范》 电力行业标准的通知 电技［1996］733号 各电管局，各省、自治区、直辖市电力局，水电水利规划设计总院，各有关单位： 《水电站调压室设计规范》电力行业标准，经审查通过，批准为推荐性标准，现予发布。其编号为：DL/T5058－1996 该标准自1997年5月1日起实施。 请将执行中的问题和意见告水电水利规划设计总院，并抄送部标准化领导小组办公室。1996年10月31日 目次 1总则 2术语、符号 3调压室的设置条件及位置选择 4调压室的基本布置方式、基本类型及选择 5调压室的水力计算及基本尺寸的确定 6抽水蓄能电站调压室的设计 7调压室的结构设计、构造、观测及运行要求 附录A压力水道水头损失计算公式 附录B调压室的涌波计算公式 附录C抽水蓄能电站水泵工况断电、导叶拒动时的调压室涌波计算方法 本规范用词规定 附加说明 1总则 1.0.1水电站调压室是压力水道系统中一项重要建筑物，为体现国家现行的技术经济政策，积极慎重地采用国内外先进技术和经验，统一调压室设计的标准、要求，特制定本规范。 1.0.2本规范适用于大、中型水利水电枢纽工程中常规水电站和抽水蓄能电站调压室设计，小型水电站的调压室设计可参照执行。 1.0.3水电站调压室设计应根据地形、地质情况、压力水道的布置、机电特性和运行条件等资料，经综合论证，做到因地制宜、经济合理、安全可靠。 1.0.4水电站调压室设计除必须遵守本规范的规定外，还应符合SDJ12—78《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)》(试行)及补充规定、SD134—84《水工隧洞设计规范》、SDJ173—85《水力发电厂机电设计技术规范》(试行)、DL/T5057—1996《水工混凝土结构设计规范》、SDJ10—78《水工建筑物抗震设计规范》(试行)等现行的国家、行业有关标准与规定。以上标准将来如有修改，则执行其新版本。 2术语、符号 2.0.1名词术语
水电站调压室的基本类型 (1) 简单圆筒式调压室 特点：断面尺寸形状不变，结构简单，反射水击波效果好。但水位波动振幅较大，衰减较慢，因而调压室的容积较大；在正常运行时，引水系统与调压室连接处水力损失较大。为了克服上述缺点，可采用有连接管的圆筒式调压室。 适用：低水头小流量的水电站。 (2) 阻抗式调压室 将圆筒式调压室的底部，用较小断面的短管或用较小孔口的隔板与隧洞及压力管道连接起来，这种孔口或隔板相当于局部阻力，即为阻抗式调压室。 特点：进出调压室的水流在阻抗孔口处消耗了一部分能量，可以有效地减小水位波动的振幅，加快了衰减速度，因而所需调压室的体积小于圆筒式。正常运行时水头损失小。由于阻抗的存在，水击波不能完全反射，压力引水道中可能受到水击的影响。 (3) 双室式调压室 特点：双室式调压室是由一个竖井和上下两个储水室组成。 上室供丢弃负荷时储水用，一般在最高净水位以上，在正常运行时是空的。下室在正常运行时充满水，供增加负荷时补给水量用，应在调压室中最低静水位以下。竖井是用来连接上下室和引水道与压力管道的。刚丢弃负荷时，由于竖井断面较小，水位迅速上升，当水位达到上室时，其上升的速度放慢，从而减小波动振幅。当增加负荷时，水位迅速下降到下室中，并由下室补充不足的水量，因此限制了水位的下降。 适用：水头较高，要求的稳定断面较小，水库水位变化比较大的水电站。 上室的底部高程由水库最高水位控制，下室的顶部高程由水库的死水位控制。 (4) 溢流式调压室 溢流式调压室顶部设有溢流堰。 当丢弃负荷时，调压室的水位迅速上升，达到溢流堰顶后开始溢流，限制了水位的进一步升高，有利于机组的稳定运行，溢出的水量，可以设上室加以储存，也可排至下游。(5) 差动式调压室 由两个直径不同的同心圆筒组成，中间的圆筒直径较小，上有溢流口，称为升管，其底部以阻力孔口与外室相通。 特点：外室直径较大，起盛水及保证稳定的作用，其断面由波动稳定条件控制。差动式调压室所需容积较小，水位波动衰减得也较快。但其构造复杂，施工难度大，造价高。 适用：地形和地质条件不允许大断面的中高水头水电站，在我国采用较多。 (6) 气垫式或半气垫式调压室 在压力隧洞上靠近厂房的位置建造一个大洞室，室中一部分充水，另一部分充满高压空气。利用调压室中的空气压缩或膨胀，来减小水位涨落的幅度。 适用：深埋于地下的引水道式地下水电站。目前我国尚未采用。
1 总平面布置 1.1一般规定 1.1.1 变电站总平面布置应按最终规模进行规划设计，根据系统负荷发展要求，不宜堵死扩建的可能，并使站区总平面布置尽量规整。 1.1.2变电站总平面布置应满足总体规划要求，并使站内工艺布置合理，功能分区明确，交通便利，节约用地。 1.1.3站区总平面宜将近期建设的建（构）筑物集中布置，以利分期建设和节约用地。城市地下（户内）变电站土建工程可按最终规模一次建设。 1.1.4变电站的主要生产及辅助（附属）建筑宜集中或联合布置。当与换流站合并建设时，可根据辅助（附属）建筑的性质、使用功能要求分类集中或联合布置在站前区。 1.1.5在兼顾出线规划顺畅、工艺布置合理的前提下，变电站应结合自然地形布置，尽量减少土（石）方量。当站区地形高差较大时，可采用台阶式布置。 山区变电站的主要生产建（构）筑物、设备构支架，当靠近边坡布置时，建（构）筑物距坡顶和坡脚的安全距离应按第2.3.4条确定。 1.1.6城市地下（户内）变电站与站外相邻建筑物之间应留有消防通道。消防车道的净宽度和净高度要满足GB50016《建筑设计防火规范》的相关规定。 1.1.7主控通信楼（室）、户内配电装置楼（室）、大型变电构架等重要建（构）筑物以及GIS组合电器、主变电器、高压电抗器、电容器等大型设备宜布置在土质均匀、地基可靠的地段。 1.1.8位于膨胀土地区的变电站，对变形有严格要求的建（构）筑物，宜布置在膨胀土埋藏较深、胀缩等级较低或地形较平坦的地段；位于湿陷性黄土地区的变电站，主要建（构）筑物宜布置在地基湿陷等级低的地段。 1.1.9扩建、改建的变电站宜充分利用原有建（构）筑物和设施，尽量减少拆迁，避免施工对已建设施的影响。 1.2主要建（构）筑物 1.2.1主控通信楼（室）宜布置在便于运行人员巡视检查、观察户外设备、减少电缆长度、避开噪声影响和方便连接进站大门的地段。 主控通信楼（室）宜有较好的朝向，并使主控制室方便同时观察到各个配电
第一部分引水建筑物 第一章水电站的布置形式及组成建筑物 一、填空题 1．水电站的基本布置形式有_______、__________、__________ 三种，其中坝式水电站分__________、__________、__________等形式。 2．有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成；而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。 3．抽水蓄能电站的作用是___________________________________，包括_________________和_________________两个过程。 4．按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。 二、思考题 1．按照集中落差的方式不同，水电站的开发分为几种基本方式？各种水电站有何特点及适用条件？ 2．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？ 3．抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么？潮汐电站基本工作原理是什么 4．何为水电站的梯级开发？ 第二章水电站进水口及引水建筑物 一、判断题 1．无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凸岸。( ) 2．有压进水口的底坎高程应高于死水位。( ) 3．通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。( ) 4．进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。() 5．渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。( ) 6．明渠中也会有水击现象产生。( ) 二、填空题
调压室水力试验
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
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)
一、设计课题 水电站有压引水系统水力计算。 二、设计资料及要求 1、设计资料见《课程设计指导书、任务书》； 2、设计要求： （1）、对整个引水系统进行水头损失计算； （2）、进行调压井水力计算球稳定断面； （3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位； （4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。 三、调压井水力计算求稳定断面 <一>引水道的等效断面积：∑= i i f L L f ， 引水道有效断面积f 的求解表 栏号 引水道部位 过水断面f i （m 2 ） L i (m) L i/f i
所以引水道的等效断面积∑= i i f L L f =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失 h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 1, 2 2g 2h Q ?ξ局局= g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数 局部水头损失h 局计算表 栏号 引水建筑物部位及运行 工况 断面面积 ω（m 2 ） 局部水头损失系数 局部水头损失 10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口 拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307 (2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段 23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066 0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7) 调 压 正常运行 19.63 0.10 0.138 2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2 3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7) 调压井前管段 19.63 10.98 0.559
调压室的功用、要求及设置条件 一、调压室的功用 在较长的压力引水系统中，为了降低高压管道的水击压力，满足机组调节保证计算的要求，常在压力引水道与压力管道衔接处建造调压室。调压室将有压引水系统分成两段：上游段为压力引水道，下游段为压力管道。调压室的功用可归纳为以下三点： (1) 反射水击波。基本上避免了（或减小）压力管道传来的水击波进入压力引水道。 (2) 减小水击压力(压力管道及厂房过水部分)，缩短了压力管道的长度。 (3) 改善机组在负荷变化时的运行条件。 二、调压室的基本要求 根据其功用，调压室应满足以下基本要求： (1) 调压室尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度。 (2) 调压室应有自由水表面和足够的底面积，以保证水击波的充分反射； (3) 调压室的工作必须是稳定的。在负荷变化时，引水道及调压室水体的波动应该迅速衰减，达到新的稳定状态； (4) 正常运行时，水流经过调压室底部造成的水头损失要小。为此调压室底部和压力管道连接处应具有较小的断面积。 (5) 结构安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。 三、调压室的设置条件 调压室是改善有压引水系统、水电站运行条件的一种可靠措施。但调压室一般尺寸较大，投资较大，工期长，特别是对于低水头电站。 调压室的造价可能占整个引水系统造价的相当大的比例。因此是否设置调压室，应在机组过流系统调节保证计算和机组运行条件分析的基础上，考虑水电站在电力系统中的作用、地形及地质条件、压力管道的布置等因素，进行技术经济比较后加以确定。 1．上游调压室的设置条件 初步分析时，可用水流加速时间(也可称为压力引水道的时间常数)Tw来判断，设置上游调压室的条件： Tw的物理意义：在水头Hp作用下，不计水头损失时，管道内水流速度从0增大到V所需的时间。显然，Tw越大，水击压力的相对值也越大，对机组调节过程的影响也越大。
调压室的水力计算 1. 调压室断面计算 当上游死水位，下游为最低水位，最小水位H min=188.9m，三台机满发，引水道糙率取最小值，压力管道糙率取最大值，通过水轮机的流量为57m3s?，则此时的引水隧洞水头损失的计算如表格1，压力钢管水头损失的计算如表格2。引水道应选可能的最小糙率0.012，压力管道应选择可能的最大糙率0.013。 表格1引水隧洞水头损失表 表格2压力钢管水头损失表 F T?> Lf 2αgH1 = Lf 2αg(H0??w0?3?wT ) =45.548m2 其中 H0——最小水头损失，H0=188.9m； ?w0——引水隧洞损失，?w0=17.802+0.296=18.098； ?wT 0——压力管道水头损失，?wT =3.110+2.805=5.915m； L——引水隧洞长度，12662m；g——重力加速度，g=9.81m/s2 f——引水隧洞面积，16.62m2。α——引水道阻力系数 v0=Q f = 57 16.619 =3.43m s? α=?w0 v02 = 18.098 3.4302 =1.5385
为了保证大波动的稳定，一般要求调压室断面大于托马斯断面，初步分析时可取（1.0~1.1）F T?，作为调压室的设计断面。这里选取D=7.8m，则系数k为： F k=47.784 k=F k/F T?=1.05 2. 最高涌波水位计算 按正常蓄水位时共用同一调压室的三台机组全部满载运行瞬时丢弃全部负荷（即流量由Q max=57减至流量Q=0）作为设计工况。引水隧洞的糙率取尽可能的最小值（能耗少，涌波高）。n=0.012 引水道损失由表格1和表格2得： ?w0=? w0程+? w0局 =17.802+0.296=18.098m v0为时段开始时管中流速v0=Q f =3.43m s?；f为引水隧洞断面面积。 F为调压井断面面积，145.267m2；引水隧洞长L=12662m，g=9.81m s2 ?得引水道—调压室系统的特性系数。 λ= Lfv02 2gF?w0 = 12662×16.62×3.432 2×9.81×47.784×18.098 =145.89 令X0=?w0 λ=0.124，X=z λ ，则要求最高涌波水位z max，只需要求出X max=z max λ 即可。X max的符号在静水位以上为负，以下为正。 ln（1+X max）?X max=?X0 运用牛顿切线法求解方程的根 令 φ(x)=ln（1+x）?x+X0牛顿迭代公式为： x k+1=x k?φ(x)φ′(x) 取迭代初值x0=?0.5，计算结果见下表 表格3迭代计算结果 由表格3可以看出精确到0.001，X max=z max λ =?0.419 |z max|=?λX max=61.128m 根据《水电站调压室设计规范》调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于1m。所以调压室的顶高程： Z=1279+61.128+1.5=1341.63m
某水电站引水系统设计 该水电站所在河流中下游地段侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇形地貌，为修建引水式水电站提供了有利的地形条件。某水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800m ，而两端河水位差达13m ，本区地层主要是前震旦系的黑云母混合片麻岩通过，沿洞线未发现断层，且洞线顶上部新鲜岩体厚达80～160m ，深部裂隙已趋闭合因此工程地质条件较好，洞线前部通过两条较大岩脉均大致与洞线正交，一条为石英斑岩，宽30～40m ，另一条为正常闪岩，宽26～30m ，岩脉与围岩接触良好，厂房后山坡地形坡度约50o～60o，坡高40m 左右，后山坡边坡基本稳定。 7.1隧洞洞径及洞线选择 布置考虑了地质条件、地形条件、施工条件与水力条件，由于施工技术条件的限制，引水洞径不宜大于12m ，因此，选择两条引水隧洞，四条压力管道分别给每台机组供水，供水方式为单元供水（即单管单机），钢管轴线与厂房轴线相垂直，这样可以使水流平顺，减小水头损失。 7.1.1有压引水隧洞洞径计算 由于水轮机选型部分已知单机最大引用流量：3max 124.91/Q m s = 隧洞断面面积：max 2e Q A V = 24 A D π= 式中： 4.2/e V m s = 由上式得：2max 22124.9159.484.2e Q A m V ?= == 则洞径8.7D m === 本设计中取9.0D m =。 7.1.2洞线选择原则 1）地质条件：尽可能位于完整坚硬的岩石中，避开岩体软弱、山岩压力大、地下水充沛及岩石破碎带、地震区。必须穿越软弱夹层或断层时尽可能正交布置。隧洞通过层状岩体时洞线与岩层走向夹角尽可能大，以利于围岩稳定，提高承载
第二节调压室的工作原理和基本方程 一、调压室的工作原理 水电站在运行时负荷会经常发生变化。负荷变化时，机组就需要相应地改变引用流量，从而在引水系统中引起非恒定流现象。压力管道中的非恒定流现象（即水锤现象）在上一章中已经加以讨论。引用流量的变化，在“引水道-调压室”系统中亦将引起非恒定流现象，这正是本节要加以讨论的。 图13-5为一具有调压室的引水系统。当水电站以某一固定出力运行时，水轮机引用的流量亦保持 不变，因此通过整个引水系统的流量均为，调压室的稳定水位比上游水位低，为通过引水道时所造成的水头损失。 当电站丢弃全负荷时，水轮机的流量由变为零，压力管道中发生水锤现象，压力管道的水流经过一个短暂的时间后就停止流动。此时，引水道中的水流由于惯性作用仍继续，流向调压室，引起调压室水位升高，使引水道始末两端的水位差随之减小，因而其中的流速也逐渐减慢。当调压室的水位达到水库水位时，引水道始末两端的水位差等于零，但其中水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位继续升高直至引水道中的流速等于零为止，此时调压室水位达到最高点。因为这时调压室的水位高于水库水位，在引水道的始末又形成了新的水位差，所以水又向水库流去，即形成了相反方向的流动，调压室中水位开始下降。当调压室中水位达到库水位时，引水道始末两端的压力差又等于零，但这时流速不等于零，由于惯性作用，水位继续下降，直至引水道流速减到零为止，此时调压室水位降低到最低点。此后引水道中的水流又开始流向调压室，调压室水位又开始回升。这样，引水道和调压室中的水体往复波动。由于摩阻的存在，运动水体的能量被逐渐消耗，因此，波动逐渐衰减，最后全部能量被消耗掉，调压室水位稳定在水库水位。调压室水位波动过程见图13-5中右上方的一条水位变化过程线。 当水电站增加负荷时，水轮机引用流量加大，引水道中的水流由于惯性作用，尚不能立即满足负荷变化的需要，调压室需首先放出一部分水量，从而引起调压室水位下降，这样室库间形成新的水位差，使引水道的水流加速流向调压室。当调压室中水位达到最低点时，引水道的流量等于水轮机的流量，但因室库间水位差较大，隧洞流量继续增加，并超过水轮机的需要，因而调压室水位又开始回升，达最高点后又开始下降，这样就形成了调压室水位的上下波动，由于能量的消耗，波动逐渐衰减，最后稳定在一个新的水位，此水位与库水位之差为引水道通过水轮机引用流量的水头损失。水位变化过程见图13-5中右下方的一条水位变化过程线。 从以上的讨论可知，“引水道一调压室”系统非恒定流的特点是大量水体的往复运动，其周期较长，伴随着水体运动有不大的和较为缓慢的压力变化。这些特点与水锤不同。在一般情祝下，当调压室水位达到最高或最低点之前，水锤压力早已大大衰减甚至消失，两者的最大值不会同时出现，因此在初步估算时可将两者分开计算，取其大者。但在有些情况下，如调压室底部的压力变化较快（如阻抗式或差动式调压室）或水轮机的调节时间较长（如设有减压阀或折流板等），这时水锤压力虽小，但延续时间长，则需进行调压室波动和水锤的联合计算，或将两者的过程线分别求出，按时间叠加，求出各点的最大压力。 在增加负荷或丢弃部分负荷后，电站继续运行，调压室水位的变化影响发电水头的大小，调速器为了维持恒定的出力，随调压室水位的升高和降低，将相应地减小和增大水轮机流量，这进一步激发调压室水位的变化，因此调压室的水位波动，可能有两种情况：一种是逐步衰减的，波动的振幅随时间而减小；另一种是波动的振幅不衰减甚至随时间而增大，成为不稳定的波动，产生这种现象的调压室其工作是不稳定的，在设计调压室时应予避免。 因此，研究调压室水位波动的目的主要是： (1)求出调压室中可能出现的最高和最低涌波水位及其变化过程，从而决定调压室的高度和引水道的设计内水压力及布置高程。
目录 目录..................................................................................................................................................... - 1 - 第一章设计基本资料..................................................................................................................... - 3 - 1.1地理位置 (3) 1.2水文气象 (3) 1.2.1水文条件............................................................................................................................ - 3 - 1.2.2气象条件............................................................................................................................ - 4 -1.3工程地质 (4) 1.4交通状况 (5) 1.5设计控制数据 (5) 第二章水轮机................................................................................................................................. - 5 - 2.1特征水头 (5) 2.1.1 H min的确定 ........................................................................................................................ - 5 - 2.1.1.1校核洪水位................................................................................................................................. - 5 - 2.1.1.2 设计洪水位................................................................................................................................ - 6 - 2.1.1.3 正常蓄洪水位............................................................................................................................ - 6 - 2.1.1.4设计低水位................................................................................................................................. - 7 - 2.1.2 H max的确定........................................................................................................................ - 7 - 2.1.2.1 校核洪水位................................................................................................................................ - 7 - 2.1.2.2 设计洪水位................................................................................................................................ - 8 - 2.1.2.3 正常蓄洪水位............................................................................................................................ - 8 - 2.1.2.4设计低水位................................................................................................................................. - 9 - 2.1.3 H av的确定....................................................................................................................... - 9 - 2.2选型比较 (10) 3.3调速系统 (14) 3.4水轮机转轮流道尺寸： (15) 3.4.1蜗壳尺寸.......................................................................................................................... - 15 - 3.4.2尾水管尺寸...................................................................................................................... - 16 -第三章发电机................................................................................................................................... - 16 -第四章混凝土重力坝................................................................................................................... - 18 - 4.1枢纽布置 (18) 4.1.1枢纽布置形式.................................................................................................................. - 18 - 4.1.2坝轴线位置...................................................................................................................... - 18 -4.2挡泄水建筑物.. (18) 4.2.1坝顶高程确定.................................................................................................................. - 18 - 4.2.1.1坝顶超出静水位高度△h ......................................................................................................... - 19 - 4.2.2挡水建筑物——砼重力坝.............................................................................................. - 19 - 4.2.2.1基本剖面................................................................................................................................... - 19 - 4.2.2.2实用剖面................................................................................................................................... - 21 -
带长连接管的水电站调压室最优阻抗特性研究 发表时间：2019-02-20T15:16:19.903Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：吴华明1 曾淑婷2 王炳豹3 [导读] 摘要：针对带长连接管的调压室，为了施工方便，设计人员往往将阻抗孔口下置到连接管与输水隧洞相接处，阻抗孔口的位置对水电站水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响缺乏专门的研究。 1.水能资源利用关键技术湖南省重点实验室长沙市 410000； 2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙市 410000 摘要：针对带长连接管的调压室，为了施工方便，设计人员往往将阻抗孔口下置到连接管与输水隧洞相接处，阻抗孔口的位置对水电站水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响缺乏专门的研究。本文通过理论分析和模型验证的方法研究了带长连接管调压室的阻抗孔口位置对水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响规律。研究表明：对于带长连接管的水电站调压室，阻抗孔口应上置在连接管与调压室大井相接处，同时连接管直径越大，阻抗孔口上置后对水电站的调节保证设计参数和调压室涌浪越有利。该结论同样适用于气垫式调压室的设计中。 关键词：阻抗式调压室；水击压力；连接管；阻抗孔口位置 Study on optimal throttled orifice characteristics of surge chamber with long connecting pipe WU Huaming1，WANG Bingbao 1，2，LI Xiaoqing2，ZHAO Lu2 （1.Hunan Provincial Key Laboratory of Key Technology on Hydropower Development，Changsha City 410000，China；2.POWER CHIAN ZHONGNAN ENGINEERING CORPORATION LIMITED，Changsha City 410000，China） Abstract：In order to make construction convenient，designers often place the throttled orifice under the connection between the connecting pipe and the water conveyance tunnel for the surge chamber with long connecting pipes.However，there is no relevant research on the impact of the location of the throttled orifice on water hammer pressure，surge and water hammer pressure coefficient through it of hydropower station. In this paper，the impact of the location of the throttled orifice on the water hammer pressure，surge and water hammer pressure coefficient through it is studied by the method of theoretical analysis and model verification.The research shows that for the surge chamber with long connecting pipe，the throttled orifice should be placed at the junction of the connecting pipe and the surge chamber.At the same time，the larger the diameter of the connecting pipe is，the better the regulation of the hydropower station is when the impedance hole is placed.The conclusion is also applicable to the design of air cushion surge chamber. Key words：the throttled surge chamber；water hammer pressure；connecting pipe；the location of the throttled orifice 1 研究背景 对于长引水式水电站和抽水蓄能电站，由于引水隧洞坡度较大或机组安装高程较低，调压室连接管往往较长。此外，气垫式调压室同水道的连接同样需利用连接管，并设置阻抗［1］。连接管内水体动量（惯性）相对于引水（尾水）隧洞和压力管道（尾水管）内的动量（惯性）所占比重较大，连接管增长使调压室水位波动幅值减小，使水锤压力和穿井率增大［2］。设计中为了减轻长连接管带来的不利影响，往往在连接管内设置阻抗孔，并适当增加连接管断面尺寸，减小连接管内水体动量（惯性）。同时，将阻抗孔口下置到连接管与输水隧洞相接处以方便施工，但是阻抗孔口的位置和尺寸对水电站水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响缺乏专门的研究。 本文以理论分析和模型验证的方式，详细分析了阻抗孔口阻抗损失系数对调压室底部动水压力、蜗壳末端动水压力、调压室涌浪变化规律的影响。发现通过将连接管内阻抗孔口上置，可有效降低蜗壳末端最大动水压力值和调压室底部压力值，而调压室涌浪极值基本维持不变。此外，连接管直径越大，通过这种手段用来改善水电站调节保证设计参数的效果越明显。 2 基本方程和理论分析 在考虑管壁的弹性、水的可压缩性以及忽略摩擦力的情况下，非恒定管流所遵循的连续性方程和运动方程如下［2］： 图1水电站调压室系统示意图 式中V是时刻t位置x处的流速，H是时刻t位置x处测压管水头，g为重力加速度，a是水击波的传播速度，将方程（1）（2）联立，可以得到水击基本方程如下［3］： 这里，H（0）、V（0）是稳态是的测压管水头和流速，为逆压波，为顺压波。为了研究带长连接管调压室的水击波传播和反射情况，作如下假定：（1）连接管、压力引水道和压力管道交汇处各支管的进口存在压力相等的条件；（2）连接管、压力引水道和压力管道交汇处存在连续条件；（3）连接管与压力引水道和调压室大井相接处分别等效为下阻抗孔和上阻抗孔，下阻抗孔上下两点B1和B0的压力差等于下阻抗水头损失，上阻抗孔上下两点B4和B5的压力差等于下阻抗水头损失；（4）引水隧洞较长，不考虑隧洞中来自水库的反射波Ψ3。 考虑连接管内来自调压室大井反射波Ψ1的影响，可以得到压力引水道内透射波[3]为：
《水电站》课程标准 课程代码：132011009 课程学时：64 课程学分：4 课程类型：理实一体 课程性质：专业岗位核心课程 1．课程概述 1.1 课程性质与定位 水电站是水利水电建筑工程、水利工程等水利类专业的一门专业岗位核心课程，涉及的课程和知识面广泛，对学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑和明显促进作用。通过本课程的学习，使学生获得有关水电站建筑物的基本理论、基本知识与基本技能，训练和培养学生综合的思维方法及分析问题和解决问题的能力，为今后从事水电站工程规划的设计打下基础。 《水电站》课程应在学完《建筑材料与测试技术》、《水利工程制图》、《土力学与工程地质》、《工程水文及水利计算》、《工程力学》、《水工钢筋混凝土结构》《水力学》等课程后学习；其后续课程为《水利工程施工技术》、《水利工程造价与招投标》、《水工建筑物设计与施工》、《水利工程管理》等。 1.2 课程设计思路 (1) 该课程是依据CDIO工程教育理念设置的。 总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于CDIO的教学模式，教学做一体化。依托行业，以典型的水利工程项目为对象，组织学生学习相关的知识、培养相应的职业能力。 (2) 增强职业岗位能力，理论教学与实践教学融合 每个模块中理论教学和实训教学（包括认识实训、现场教学、仿真模拟、综合实训、顶岗实践）紧密结合、交替进行、互补共进、形成一个完整体系。加强理论实践一体化建设。 理论教学注重建筑物的型式、功能、适用条件、结构和构造以及设计方法和程序；以专职教师授课为主；实践教学则边看、边学、边做，加深工程理念，锻炼工程岗位动手能力，培养职业基本素质。以兼职教师讲课和现场教学为主。 (3) 以典型工程为载体，组织课程教学环节 以学生实际工作岗位的能力要求，以典型工程设计、施工、监理等具体过程组织课堂教学。 教学过程中以典型实际工程为教学载体，工程实例贯穿于教学全过程中。实现从书本到现