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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 Tℎ>Lf2αgH1=Lf2αg(H0−ℎw0−3ℎwT)=45.548m2其中H0——最小水头损失，H0=188.9m；ℎw0——引水隧洞损失，ℎw0=17.802+0.296=18.098；ℎwT0——压力管道水头损失，ℎwT=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=Qf=5716.619=3.43m s⁄α=ℎw0v02=18.0983.4302=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 Tℎ，作为调压室的设计断面。
这里选取D=7.8m，则系数k为：F k=47.784k=F k/F Tℎ=1.052. 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：ℎw0=ℎw0程+ℎw0局=17.802+0.296=18.098mv0为时段开始时管中流速v0=Qf=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=Lfv022gFℎw0=12662×16.62×3.4322×9.81×47.784×18.098=145.89令X0=ℎw0λ=0.124，X=zλ，则要求最高涌波水位z max，只需要求出X max=z maxλ即可。
涌水量预测计算方法一、前言 在隧道建设施工中,涌水灾害是隧道建设中备受关注的问题之一。
它不仅影响隧道建设的正常施工,且会波及到隧道建成后的安全运营。
因此,如何较为准确地预测隧道涌水量的大小,为隧道施工制定合理的防排水措施提供依据,成为众多岩土工程学者日益关注的课题之一。
隧道涌水的预测首先是从定性研究开始的,最早的预测只是通过查明隧道含水围岩中地下水的分布及赋存规律,分析隧道开挖的水文地质及工程地质条件,依据物探、钻探、水化学及同位素分析、水温测定等手段,确定地下水的富集带或富集区以及断裂构造带、裂隙密集带等可能的地下水涌水通道,并且用均衡法估计隧道涌水量的大小。
随着技术水平和施工要求的提高,基于定性分析的隧道涌水预测研究,发展成为隧道涌水的定量评价和计算,主要体现在隧道涌水位置的确定与涌水量预测两个方面。
在隧道涌水位置的确定方面,人们通过隧道围岩水文地质及工程地质条件的定性分析,发展了随机数学方法和模糊数学方法。
在涌水量预测方面,人们根据隧道环境地下水所处地质体的不同性质、水文地质条件的复杂程度、施工的方式及生产的要求等因素,提出了隧道涌水量计算的确定性数学模型和随机性数学模型两大类方法。
岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究, 因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。
岩溶区地质条件一向比较复杂, 从隧道施工期发生的比较严重的涌水事件来看,岩溶区易发生涌水地质条件可以分以下四类:⑴向斜盆地形成的储水构造；⑵断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面；⑶岩溶管道、地下河；⑷其他含水构造、含水体。
以上只从宏观上列举了一些可能发生严重涌水的地质条件, 这是远远不够的, 对隧道涌水条件应进行详细研究, 这是其他隧道涌水研究工作的基础,必须予以重视。
[1] 二、岩溶区隧道涌水量预测方法 目前涌水量预测计算方法很多, 主要有以下几种: 1.进似方法 这种方法主要包括涌水量曲线方程(一般称Q－S曲线)外推法和水文地质比拟法2 种。
习题一压力钢管水锤计算
某坝后式水电站，安装3台单机容量为1000kW、混流式水轮发电机组，引水系统的布置及尺寸如图2-1所示。
电站设计水头为35.4m，最大水头为45m，最小水头为26m，水轮机型号为HL220—WJ—71，发电机型号为TSW143/50—10，水轮机单机出力N=1064kW，发电机额定出力为1000kW，额定转速为600r/min，机组GD2=4.2×103Nm2，单机流量为 3.55m3/s，混凝土弹性模量E=2.1×105kg/cm2，水的弹性模量E=2.1×104kg/cm2，钢管弹性模量E=2.1×106 kg/cm2，尾水管吸出高度H s=1.47m。
（1）3号机组丢弃全负荷，导叶关闭时间T s=4s，并近似认为导叶开度τ随时间呈直线变化，计算3号机组末端E点的水锤压力。
（2）当3号机组负荷由0.7N max增至N max时，τ0=0.7，τ1=1，导叶突然开启时，计算末端E点的水锤压力降低值。
图2-1 某电站引水系统平面布置图
（其中AB段长110m，BC段长11.34m，CD段长7.3m，DE段长15.66m.）
习题二调压室涌波计算
某电站引水隧洞长L=400m，直径D=4.0m，洞内最大流速v max=4m/s，流量Q=50.2m3/s，设置直径为16m的圆桶式调压室（如图所示）。
试用解析法求解水电站丢弃全部负荷时调压室内的最大水位升高值。
图3-1 某水电站调压室布置图（单位：m）
2。
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涌水量计算方法：类比法；解析法；数值法；统计学方法
1．潜水完整井涌水量计算
潜水完整井是指井筒揭露了整个潜水含水层，并一直打到含水层隔水底板（图10-33）。
其涌水量计算
公式为：
式中Q——井筒涌水量，m3/d；
K——含水层渗透系数，m/d；
H——静止水位高度（对潜水完整井即潜水含水层厚度），m；
h——动水位至含水层底面的距离为动水位高度（h=H-s）,m；
s——水位降低值，m；
R——地下水降落范围，即影响半径，m；
r——井筒半径，m。
2.自流水完整井涌水量计算
自流水完整井是指井筒揭露了整个承压水含水层，并一直打到含水层底板隔水层（图10-34）。
其涌水
量计算公式为：
式中M——自流水含水层厚度,m。
井筒涌水量计算公式中参数R 的确定
计算影响半径R的公式有理论公式和经验公式两种
理论公式为：
潜水
承压水
经验公式
潜水——承压水
自流水
水平巷道涌水量的预测方法
通常水平巷道在排水初期，统一的降落漏斗未形成之前，可用下列公式计算其用水量。
（1）潜水完整水平巷道涌水量计算公式
式中K——渗透系数，m/d
B——巷道长度，m。
自流水完整水平巷道涌水量计算公式
采区或采面涌水量计算
例如，某一采区在承压含水层之下开拓，其平面形状近似正方形（图10-39）。
由于在煤层开采过程中，水位降低到隔水
顶以下，所以涌水量计算公式为：
(计算影响半径的经验公式，K单位为m/d)；M、H、K 可在勘探报告中查找到；h 值取零。
调压室水位波动计算1.计算说明1.1 最高涌波水位计算上游库水位应取正常发电可能出现的最高水位，引水道的糙率应取可能的最小值（使水头差最小），计算工况一般按丢弃全负荷考虑。
1.2 最低涌波水位计算上游库水位应取可能的最低水位，引水道糙率取可能最大值（阻力大，供水慢）。
在初步设计阶段，设计工况采用其余机组均满负荷运行，而最后一台机组投入运行的情况，但最后加入的容量应不小于三分之一，同时应该计算库水位丢弃全负荷后水位波动的第二振幅，以检验是否低于增荷时的最低涌波水位，选择最大值作为调压室的最低涌波水位。
1.3 调压室的顶高程应为最高涌波水位加安全超高，一般为2—3米；压力钢管进口底高程应距最低涌波水位至少1米。
2.计算公式及符号说明2.1 计算最高涌波水位max max 0)1(X X In X ++-=22w gFh Lfv =λ λwo h X =0 λz X -=式中：L ——引水隧道的长度f ——引水隧道横截面面积 v ——引水道的初始速度，m/s F ——调压室横断面面积0w h ——流量为Q 时引水道的水头损失 根据此式求得λmaxmax z X -=，即可得到m ax Z ，由水库正常高水位减去m ax Z 则为水库最高涌波水位。
2.2 计算最低涌波水位2.2.1丢弃全负荷产生的第二涌波水位 )1()1(max max 22X In X X In X -+=-+ 式中X 2为负值，而X max 为正值。
2.2.2 增加负荷时的最低涌波水位62.00min/2)/1)(1)(9.0/05.0275.0(1w w h m m m h z λεεεε=---+-+=式中：m ——负荷系数，小于1.Ɛ——表示引水道—调压室系统的特性根据计算结果，由水库最低水位减去min Z 即为最低涌波水位3.水库水位波动计算由上述计算可知，最高涌波水位：66.785+1279.0=1345.785(m) 最低涌波水位：1279.0-26.178=1252.822 (m)因此考虑安全超高，则调压室的顶高程为：1345.785+3=1348.785（m ） 同时调压室进水口底板应低于最低涌波水位1米，则压力钢管进口顶高程1252.822-1=1251.822(m).表一：最高涌波水位表二：第二波动振幅表三：增加负荷最低水位。
水电站调压室涌浪水位多种计算方法比较
陈玲;鞠小明;杨济铖
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2013()9
【摘要】水电站调压室水位波动过程有很多较为成熟的计算方法,这些方法在实际工程设计中均有应用。
以某工程资料为实例,分别采用解析法、数值积分法和特征线法,计算调压室水位波动的最高、最低涌浪水位以及波动过程,论述了调压室水位波动过程不同计算方法之间的区别和联系,给出了具体的计算公式和方程,以及不同计算方法的适用条件和计算要求。
【总页数】4页(P158-161)
【关键词】水电站;调压室;涌浪水位;波动过程
【作者】陈玲;鞠小明;杨济铖
【作者单位】四川大学水利水电学院;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV732.5
【相关文献】
1.水电站输水系统相继甩负荷下调压室涌浪叠加研究 [J], 陈胜;张健;俞晓东
2.水电站调压室涌浪最不利叠加时刻的研究 [J], 程永光;陈鉴治;杨建东
3.螺丝湾水电站调压室涌浪的试验研究 [J], 张绍春;李师贤
4.某水电站上下游双调压室涌浪计算初探 [J], 石刘宏幸; 刘慧; 彭聃
5.CFD在调压室涌浪水位模拟中的应用 [J], 刘飞;杨建东;李进平
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大工20秋《水电站建筑物》在线测试3
一、单选题
1.调压室涌浪计算解析法计算时，假定圆筒式调压室引水道末端水流流速()。
A.不变
B.逐渐变小
C.逐渐变大
D.为0
答案：D
2.调压室的基本类型里，()由一个竖井和上下两个储水室组成，适用于水头较高的水电站。
A.简单式调压室
B.气垫式调压室
C.差动式调压室
D.水室式调压室
答案：D
3.发电机的型号可由各参数符号联合表示，其中SFS表示()水轮发电机。
A.立式风冷水轮发电机
B.卧式风冷水轮发电机
C.立式水冷水轮发电机
D.卧式水冷水轮发电机
答案：C
4.调压室最高涌波水位的计算中，其上游水库水位一般取()。
A.正常发电可能出现的最高水位
B.正常发电可能出现的最低水位
C.正常高水位
D.汛限水位
答案：A
5.导线空心，内部走水。
冷却效果好，但怕漏水导电，且成本高的冷却方式是()。
A.自然通风
B.密闭式通风
C.水冷却方式
D.油冷却方式
答案：C
6.在立式发电机中，推力轴承位于转子下方，在下机架上(或内)的为()。
A.悬挂式发电机
B.伞式发电机
C.新型伞式发电机
D.新型悬挂式发电机
答案：B
7.引水系统糙率是影响波动稳定的主要因素之一，一般在计算托马稳定断面时应采用可能的()。
A.平均糙率
B.最大糙率
C.最小糙率。
调压室水位波动计算1.计算说明1.1 最高涌波水位计算上游库水位应取正常发电可能出现的最高水位，引水道的糙率应取可能的最小值（使水头差最小），计算工况一般按丢弃全负荷考虑。
1.2 最低涌波水位计算上游库水位应取可能的最低水位，引水道糙率取可能最大值（阻力大，供水慢）。
在初步设计阶段，设计工况采用其余机组均满负荷运行，而最后一台机组投入运行的情况，但最后加入的容量应不小于三分之一，同时应该计算库水位丢弃全负荷后水位波动的第二振幅，以检验是否低于增荷时的最低涌波水位，选择最大值作为调压室的最低涌波水位。
1.3 调压室的顶高程应为最高涌波水位加安全超高，一般为2—3米；压力钢管进口底高程应距最低涌波水位至少1米。
2.计算公式及符号说明2.1 计算最高涌波水位max max 0)1(X X In X ++-=22w gFh Lfv =λ λwo h X =0 λz X -=式中：L ——引水隧道的长度f ——引水隧道横截面面积 v ——引水道的初始速度，m/s F ——调压室横断面面积0w h ——流量为Q 时引水道的水头损失 根据此式求得λmaxmax z X -=，即可得到m ax Z ，由水库正常高水位减去m ax Z 则为水库最高涌波水位。
2.2 计算最低涌波水位2.2.1丢弃全负荷产生的第二涌波水位 )1()1(max max 22X In X X In X -+=-+ 式中X 2为负值，而X max 为正值。
2.2.2 增加负荷时的最低涌波水位62.00min/2)/1)(1)(9.0/05.0275.0(1w w h m m m h z λεεεε=---+-+=式中：m ——负荷系数，小于1.Ɛ——表示引水道—调压室系统的特性根据计算结果，由水库最低水位减去min Z 即为最低涌波水位3.水库水位波动计算由上述计算可知，最高涌波水位：66.785+1279.0=1345.785(m) 最低涌波水位：1279.0-26.178=1252.822 (m)因此考虑安全超高，则调压室的顶高程为：1345.785+3=1348.785（m ） 同时调压室进水口底板应低于最低涌波水位1米，则压力钢管进口顶高程1252.822-1=1251.822(m).表一：最高涌波水位表二：第二波动振幅表三：增加负荷最低水位。
第十五章调压室第四节简单式和阻抗式调压室的水位波动计算调压室水位波动计算常用的方法有解析法和逐步积分法。
解析法较简便，可直接求出最高和最低水位，有时精度差，不能求出波动的全过程，常用以初步决定调压室的尺寸。
逐步积分法是通过逐步计算以求出最高和最低水位，其最大优点是可以求出波动的全过程和求解复杂的问题。
逐步积分法可分为图解法和列表法(数学积分法)，两者原理相同。
图解法简便，醒目，列表法较精确。
逐步积分法一般用于后期的设计阶段。
近年来随着电子计算机的发展，在工程设计中已越来越多地采用电算法，以同时解决调压井涌波、水锤压力及机组速率上升的复杂计算，特别是研究各参数的影响时，电算法更为优越。
下面我们主要介绍解析法和图解法。
电算法则在第九节中介绍。
一、水位波动计算的解析法（一）丢弃全负荷情况当丢弃全负荷后，水轮机的流量Q=0,连续性方程式(15-3）变为在水流进出调压室时，如考虑由于转弯、收缩和扩散引起的阻抗孔口水头损失K,则动力方程式(15-4)变为式中，其中为水头损失系数（为一常数）。
,其中和分别为流量流过引水道和进出调压室所引起的水头损失。
令，则，，将以上关系代入式(15-7)，两边除以,并令，则得将V=y代入式（15-6），并和式（15-8）消去dt，得再令，即Z=SX，dZ=SdX，代入上式，得系数S具有长度因次，用以表示“引水道—调压室”系统的特性。
X和Xo均为无因次的比值。
式（15-10）为变数X和的一阶线性微分方程式，积分后得积分常数C可由起始条件决定。
波动开始时，t=0，V=，即y=1,Z=,X=Xo,以y=1,X=Xo代入上式，得故（15-10）的最后解答为对于调压室的任何水位（用X表示），可用上式算出与之对应的引水道的流速V = y，也可以进行相反的计算，但不能求出流速V与水位X对于时间t的关系，因此，不能求出水位波动过程。
1.最高水位的计算欲求波动的最高水位，只需求出即可。
在水位达到最高时，V=0，即y=0，代人式(15-11)得两边取对数得式中的符号在静水位以上为负，在静水位以下为正。
