调压室水力试验

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。

>中华人民共和国电力行业标准水电站调压室设计规范条文说明目次总则调压室的设置条件及位置选择调压室的水力计算及基本尺寸的确定抽水蓄能电站调压室的设计总则为了在今后调压室的设余座调编制过程中也参照了国外的调压室规范和因此小型水电站的调压室设调压室的设置条件及位置选择调压室的设置条件置调压室说明以压力水道的水流惯性时间常数取长湖电站机组容量万达图是根据美国垦务局和田纳西流域管理局使用的与调速性能关系图按我国法定机组的加速时间常数达值达国外设置调压室的初步判据见表一般较小和流速不均匀分布修正系数表国外设置调压室条件的初步判据与各地大气压力都把水头作为代替调压室的位置选择越能减少压力管道及机组所承受的水为了水力联系密切本条为调压室的基本布置方式本条为调压室的基本类型简单式与阻抗式的区别水室式而完全用双室的实例溢流式专指调压室顶部设有溢流堰泄水的型式不包括有溢流堰的水室式与有溢流堰升差动式亦可与大室相邻分开设置阻抗孔可设在大室与升管之间气垫式我国采用混合型调压室的有及优缺点应注意各种调压室的基本特点简单式调压室结构最简单反射水击波效果最好溢流式调压室当丢弃负荷时具差动式调压室具有溢流和阻抗调压室的优点调压室内的压缩空气大大削减了水调压室的水力计算及基本尺寸的确定调压室的稳定断面面积随着电力系统容量的增大和电器装置的完善国内外均有一些电站在设计中考虑系统或调速器的作用等而采用了小于托马条件的调托马公式的形式现在常见的有以下几种式中的气体体积调压室的涌波计算水击主要对压力管道影响较大孔尺寸选择恰当时是存在的根据以往设计台增至台或由全部负荷时在调压室涌波水位计算中特别是波动周期较长的调压室在上一工况未稳定时另一工况和在设计中应根后重新开机的时间限制等合理的运行要求调压室基本尺寸的确定时压力管道末端及调压时对抑制波动幅度与表表部分阻抗式调压室阻抗孔的取值差动式调压室设计按理想差动状态设计即在设计库水位丢弃负荷时大室最高涌波水位大室最低涌波水位等于升管最初时段的下降水必要时还要抽水蓄能电站调压室的设计因抽水蓄能电站的工况复杂变化频繁和发电工况丢弃全算法列入附录表国内外部分抽水蓄能电站调压室型式及尺寸表续表调压室的结构设计混凝土衬砌厚度调压室结构采用锚杆喷混凝土支护在国内尚无先例有条件的采用锚喷支护地下建筑物具有良好的抗地震的能力已为国内外许多实践资料所证实因此在地下建筑物中多不强调抗震计算与校核的要求进行抗震并做好边坡的加固处与闸门之间的相互不利作用并提出电站运行。

本科教学实验指导书水力学实验易文敏编写李克锋四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室前言水力学实验课的基本任务是：观察分析水流现象，验证所学理论，学会和掌握科学实验的方法和操作技能，培养整理实验资料和编写实验报告的能力。

在进行实验的过程中，要注意培养自己的动手能力和独立工作的能力。

使每个实验者有观察现象，进行操作和组织实验的机会，并能独立进行整理分析实验成果，受到实验技能的基本训练。

各项实验分别介绍了每个实验的目的、原理、实验设备、步骤、注意事项，以及可供实验者编写实验报告时参考的表格。

要求做好实验后，实验者要独立认真完成一份实验报告，按时交指导教师批阅。

为了使实验者能深入地掌握和巩固有关实验内容，每个实验项目的结尾都列有一定数量的思考题，供实验者进一步深入思考，并要求在实验报告中作出书面回答，随实验报告交指导教师审阅批改。

实验一 静水压强一、实验目的：1. 实测容器中的静水压强;2. 测定X 液体的容重；3. 通过实验，掌握静水压强的基本方法和了解测压计的应用。

二、实验设备：如图所示，1管和2管、3管和4管、5管和6管组成三支U 型管，其中5管和6管组成的U 型管装X 液体，其余U 型管装水。

1管、3管和5管与大气连通，2管、4管和6管与水箱顶部连通。

3管和4管组成的U 型管的底部与水箱的A 点连通，1管和2管组成的U 型管的底部与水箱的B 点连通。

水箱底部与调压筒连通。

三、实验原理：利用调压筒的升降来调节水箱内液体表面压强和液体内各点的压强。

1. 根据静水压强基本公式：p=p 0+ρg h 可得p A =ρg 水(▽3-▽A ) p B =ρg 水(▽1-▽B )2. 由于2、4、6管与水箱顶部连通，所以2、4、6管液面压强与水箱液面压强相同，于是可得：p 0=ρg 水(▽1-▽2)= ρg 水（▽3-▽4）=ρg X （▽5-▽6）ρg X =6543∇-∇∇-∇ρg 水 或ρg X =6521∇-∇∇-∇ρg 水3. 若水箱内气体压强p 0≠p a ,则p 1≠p 2、p 3≠p 4、p 5≠p 6。

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。

第十五章调压室第三节调压室的基本类型一、调压室的基本布置方式根据水电站不同的条件和要求，调压室可以布置在厂房的上游或下游，在有些情况下，在厂房的上下游都需要设置调压室而成双调压室系统。

调压室在引水系统中的布置有以下四种基本方式。

图15-2 调压室的几种布置方式1、上游调压室（引水调压室）调压室在厂房上游的有压引水道上，如图15-1所示，它适用于厂房上游有压引水道比较长的情况下，这种布置方式应用最广泛，后面我们还要较详细地讨论。

2、下游调压势（尾水调压室）当厂房下游具有较长的有压尾水隧洞时，需要设置下游调压室以减小水锤压力，如图15-2(a)所示，特别是防止丢弃负荷时产生过大的负水锤，因此尾水调压室应尽可能地靠近水轮机。

尾水调压室是随着地下水电站的发展而发展起来的，均在岩石中开挖而成，其结构型式，除了满足运行要求外，常决定于施工条件。

尾水调压室的水位变化过程，正好与引水调压室相反。

当丢弃负荷时，水轮机流量减小，调压室需要向尾水隧洞补充水量，因此水位首先下降，达到最低点后再开始回升；在增加负荷时，尾水调压室水位首先开始上升，达最高点后再开始下降。

在电站正常运行时，调压室的稳定水位高于下游水位，其差值等于尾水隧洞中的水头损失。

尾水调压室的水力计算基本原理及公式与上游调压室相同，应用时要注意符号的方向。

3、上下游双调压室系统在有些地下式水电站中，厂房的上下游都有比较长的有压输水道，为了减小水锤压力，改善电站的运行条件，在厂房的上下游均设置调压室而成双调压室系统，如图15-2 (b)所示。

当负荷变化水轮机的流量随之发生变化时，两个调压室的水位都将发生变化，而任一个调压室的水位的变化，将引起水轮机流量新的改变，从而影响到另一个调压室的水位的变化，因此两个调压室的水位变化是相互制约的，使整个引水系统的水力现象大为复杂，当引水隧洞的特性和尾水隧洞接近时，可能发生共振。

因此设计上下游双调压室时，不能只限于推求波动的第一振幅，而应该求出波动的全过程，研究波动的衰退情况，但在全弃负荷时，上、下游调压室互不影响，可分别求其最高和最低水位。

浅谈水电站调压室的设置陈德润;涂忆【摘要】调压室是一种修建在水电站压力引水隧洞与高压水道之前或长的压力引水管道之间的建筑物.根据其布置形式,可以分为调压井或调压塔,调压井为利用地形从山中开挖出的井筒式,调压塔为在地面上修建的塔式.当水轮发电机突然增加或丢弃负荷时,水轮机的导叶将会关闭,在此时压力水道中将产生水锤,水锤波在压力水道中往返传播,引起压力的升降,在正水锤时,由于水锤波引起水压力增加,此时就需要加强整个压力引水道的结构和水轮机的强度,在负水锤时,为了防止产生真空,可能要求降低引水道的高程,从而加大设计水压力.过大的水锤压力不仅增加水工建筑物和水轮发电机组的造价,同时也给电力系统的稳定产生影响,因此需要修建调压室来改善水锤压力波.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2017(045)012【总页数】3页(P133-135)【关键词】调压室;水锤波;水轮机;引水隧洞;高压水道【作者】陈德润;涂忆【作者单位】黔南布依族苗族自治州水利水电勘测设计研究院,贵州都匀558000;黔南布依族苗族自治州水土保持站,贵州都匀558000【正文语种】中文【中图分类】TV732.51 调压室的作用及设置调压室的条件1.1 调压室的作用1)由于调压室具有自由水面和扩大断面，由高压水道传来的正水锤波到达调压室后，就会立即产生负水锤波反射回去，阻止了正水锤波向上游继续传播，使引水道中只有很小的压力升高，因而其结构厚度可以减小。

2)可以改善机组在负荷变化时的运行条件。

3)减少引水系统中的水锤压力。

1.2 调压室设置的条件调压室的作用主要是在于减少水锤的影响，设置调压室需要增加投资，因此根据影响水锤压力大小的主要因素来判断是否需要建造调压室是十分有必要的，一般根据下式来判断是否需要设置调压室，当下式成立时，则需要建造调压室：∑Livi>KH0(1)式中：∑Livi为引水系统中具有相同流速的各段长度与其流速乘积的总和，m2/s；H0为水电站最小水头，m；K为k可采用16-20，在系统中所占比重不大时k可取值范围为20-50。

《水力学实验》静水压强实验报告指导老师：何建京参加者：静水压强试验仪型号：H0-02实验仪器编号：试验台：水力学实验室13桌水电院08级水工一班一．实验概述1. 实验目的①掌握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。

②验证平面静水总压力理论。

2. 实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P等于该平面形心处的压强pc与平面面积A的乘积：P=PcA方向垂直指向受压面。

对于上下边与水面平行的矩形平面上的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采用压力图法：静水总压力P的大小等于压强分布图的面积Ω和以宽度b所构成的压强分布体的体积。

P=Ωb若压强分布图为三角形分布，如图，则P=1/2ρgH2be=1/3H式中:e-为三角形压强分布图的形心距底部的距离.若压强分布图为梯形分布,如图,则P=1/2ρg(H1+H2)abe=a/3·(2H1+H2)/ (H1+H2)式中:e-为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离3. 实验步骤1熟悉仪器,测记有关常数.2用底脚螺丝调平,使水泡居中.3调整平衡锤使平衡杆处于水平状态.4打开进水阀门K1,待水流上升到一定高度后关闭.5在天平盘上放置适量砝码.若平衡杆仍无法达到水平状态,可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水量直至平衡.6测记砝码质量及水位的刻度数.7重复步骤4～6,水位读数在100mm以下做4次,以上4次.,将水排净,并将砝码放入盒中.实验结束.8打开放水阀门K24. 注意事项1 在调整平衡杆时,进水或放水速度要慢.2 测度数据时,一定要等平衡杆稳定后再读.二．实验装置及实验数据1.有关常数：（1）天平臂距离L0=27.5cm（2）扇形体垂直距离L=20cm （3）扇形体宽度b=7.5cm 2.量测记录表格三．实验成果分析：对于平面静水总压力，用一般的方法很难测出。

现在使用杠杆原理来间接求出作用在物体表面上的压力。

这个实验装置的设计十分精巧，其中前壁与后壁由于对称所以产生的静水总压力可以抵消，在左侧弧形的部分由于其静水压力作用方向经过杠杆转动轴心，所以其产生的力矩为0。

调压室水力计算的电算法简介电算法与常用的解析法和图解法相比，具有计算理论严密，简化假设少，速度快，精度高，可以计算不同类型的调压室在各种工况下的涌波全过程并可与水锤、机组转速变化联合求解等许多优点。

尤其在研究某参数对调压室水位变化过程的影响时，电算法更为便利。

进行调压室水位波动计算时，以水轮机、阀门的出流方程作为边界条件，从某种已知初始状态开始，采用四阶龙格-库塔数值积分法求解调压室水流连续方程和隧洞水流动力方程。

本节仅介绍阻抗式、简单式调压室的水位波动计算，给出IBM-PC/XT机FORTRAN语言的计算程序及计算实例。

对程序稍加修改，便可用于某些布置方式较特殊的调压室波动计算。

一、调压室水位波动的基本微分方程调压室的基本方程为：.连续方程2.动力方程式中Q——隧洞中的流量；——压力管道中的流量；F——调压室的截面积；Z——调压室水位；——上游水库水位；K——调压室阻抗水头损失系数；——调压室中的流量，以进人调压室时为正；R——隧洞的沿程损失和局部损失系数；g——重力加速度；A——隧洞的截面积；L——隧洞的长度。

如已知出流变化规律，则，可以根据四阶龙格-库塔法来逐步求解式(15-53)和式(15-54）。

二、龙格-库塔法计算公式如已知t时刻的、值，则可以根据以下公式来求t十△t时刻的、之值。

三、程序框图程序框图如图15-25所示。

图15-25 计算框图四、程序中所用符号的意义NS——调压室高程—截面曲线已知点数。

ZA (I, J)——调压室高程—截面曲线。

共I行，每行二列，分别为一个高程值及相应的调压室截面积。

ZA(I，1)为高程，ZA(I，2)为面积。

HR——上游水库水位，m。

TS——水轮机导叶或阀门关闭或开启时间，s。

KI——水流流进调压室时的阻抗系赦，即为中的系数，单位为。

K0——水流流出调压室时的阻抗系数，。

Q0——起始流量，。

QE——终止流量，。

Z——起始时调压室中的水位，m。

L——从水库到调压室处的引水隧洞长度，m。

一、有压隧洞的水力计算1、沿程水头损失：h f =Lv²/(C²R)=λLv²/(d2g)=Ln²Q²/(F²R^4/3)R=A/χi上游调压室的设置条件λ=8g/C²C=R^(1/6)/n2、局部水头损失：hj=ζv²/(2g)3、有压隧洞的基本计算公式：①自由出流：Q=μω√(2g(T 0-h p ))式中，Tw—压力水道中水流惯性h p =0.5a+p ′/γLi—压力水道及蜗壳和压②淹没出流：Q=μω√(2g(T 0-h s ))vi—压力水道内各分段流 Hp—水轮机设计水头，m 4、①自由出流：μ=1/(1+∑ζj *(ω/ωj )^2+∑2gl i *(ω/ωi )^2/(C i ²*R i ))^0.5； [Tw]—Tw 的允许值，一般②淹没出流：μ=1/((ω/ω2)^2+∑ζj *(ω/ωj )^2+∑2gli*(ω/ωi)^2/(C i ²*R i ))^0.5,式中：ω2—隧洞出口下游渠道断面面积 ω—隧洞出口断面面积 ζj —几部水头损失系数ωj —与 ζj 相应流速之断面面积L i 、ωi 、R i 、C i —某均匀洞段之长度、面积、水力半径、谢才系数压力钢管经济直径D=1.128(Q/v e )^0.5= 或 压力钢管经济直径D=(5.2*Q max ^[]w w T T ＞iw i pL vT gH =∑二、阻抗式调压室（一）、托马断面计算：A=K*A th =K*L*A 1/(2g*(α+1/(2g))*(H 0-h w0-3*h wm ))式中：A th —托马临界稳定断面面积 L—压力引水道长度 A 1—压力引水道断面面积H 0—发电最小静水头（电站上下游水位差）α—自水库至调压室水头损失系数，α=h w0/v²，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管 v—压力引水道流速h w0—压力引水道水头损失 h wm —压力管道水头损失K—系数，一般可采用1.0~1.1（二）、最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：A=K*A th =K*L*A 1/(2g*(α+1/(2g))*(H 0-h w0-3*1、阻抗孔水头损失计算：h c =（Q/(Ψs)^2)/(2g)式中： h c —通过阻抗孔的水头损失 S—阻抗孔断面面积0.6~0.8之间选用2、丢弃全负荷时的最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：λ′=2gA(h c0+h w0）/(LA 1v 0²)(1+λ′Z max )-ln(1+λ′Z max )=(1+λ′h w 0)-ln(1-λ′h c 0)(λ′|Z max -1|)＋ln(λ′|Z max |－1)=ln(λ′h c 0-1)-(λ′h w 0+1)34、增加负荷时的最低涌波计算：1+(((0.5ε-0.275m ′^0.5)^0.5)+0.1/ε-0.9)×(1-m ′)(1-m ′/(0.65ε^0.62))m ′=Q/Q 03、甩负荷时的第二振幅Z2m′=Q/Q0ε=LA1v0²/(gAh w0²)上游调压室的设置条件式中，Tw—压力水道中水流惯性时间常数，s；i—压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m ；i—压力水道内各分段流速，m/s ；Hp—水轮机设计水头，m ；Tw]—Tw 的允许值，一般取2~4s式中： v e —经济流速，明钢管和地下埋管为4~6m ∕s ；管经济直径D=1.128(Q/v e )^0.5= 3.140219≈3.1 钢筋砼管为2~4m/s ；坝内埋管为3~7m/s 压力钢管经济直径D=(5.2*Q max ^3/H)^(1/7)=3.434174≈3.4Q max —管道的最大流量[]w w T T ＞iw i pL vT gH =∑二、阻抗式调压室水力计算程摩擦水头损失），在无连接管时用α代替（α+1/（2g））A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-h w0-3*h wm))141216441618 m′)(1-m′/(0.65ε^0.62))管为4~6m∕s；埋管为3~7m/s。

浅谈水力发电厂调压室作用及类型水力发电厂的调压室（或称调压井）对于减少水力脉动，确保机组安全稳定运行起到至关重要的作用，此为电站不可缺少的一部分。

笔者对于调压室的作用、基本要求、设置条件、基本布置方式、基本类型等进行阐述。

标签：调压室、水力发电厂、调压井设置条件、；1 调压室的作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。

调压室的作用：（1）反射水击波。

避免压力管道传来水击波进入压力引水道。

（2）减小水击压力。

缩短压力管道长度。

（3）改善机组在负荷变化时运行条件。

2 调压室的基本要求根据其作用，调压室应满足基本要求：（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）調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。

3 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，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。

3.1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：T w的物理意义是在水头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，T w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。

[Tw ]——T w的允许值，一般取2～4s。

[T w]的取值与电站出力在电力系统中占的比重有关。