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本文格式为Word版，下载可任意编辑水电站复习试题2 第十章 调 压 室 第一节 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，得志机组调理保证计算的要求，常在压力引水道与压力管道贯穿处建立调压室这样，从水库到调压室为纵向坡度较缓的压力隧洞，其内压力较低，而从调压室到厂房为坡度较陡的高压管道有时假设尾水隧洞的长度较大，也可设置尾水调压室 调压室利用扩大断面和自由水面反射水击波，它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几点： (1) 反射水击波根本上制止(或减小)了压力管道传来的水击波进入压力引水道； (2) 缩短了压力管道的长度，从而减小了压力管道及厂房过水片面的水击压力； (3) 改善机组在负荷变化时的运行条件； (4) 由于从水库到调压室之间引水道的水压力较低，从而降低了其设计标准，节省了创办经费 二、调压室的根本要求 根据其功用，调压室应得志以下根本要求： (1) 调压室应尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度； (2) 调压室内水体应有自由外观和足够的底面积，以保证水击波的充分反射； (3) 调压室的工作务必是稳定的。

在负荷变化时，引水道及调压室水体的波动振幅小并急速衰减，达成新的稳定状态； (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) 布局安好稳当，施工简朴便当，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和水电站运行条件的一种稳当措施但调压室一般尺寸较大，投资较高，工期长，更加是对于低水头电站，调压室在整个引水系统造价中可能占相当大的比例因此是否设置调压室，应在机组过流系统调理保证计算和机组运行条件分析的根基上，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，举行技术经济对比后加以确定 — 123 — 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水流惯性时间常数)Tw来判断，设置上游调压室的条件： Tw??LV??T? (10-1) iigHpw式中：Li——引水道(包括蜗壳和尾水管)各段长度，m； Vi——上述各段引水道的流速，m/s； Hp——水轮机设计水头，m； [Tw]——Tw的允许值，一般取2~4s。

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 鲜明，Tw越大，水击压力的相对值也越大，对机组调理过程的影响也越大另外[Tw]的取值与电站出力在电力系统中占的比重有关我国的调压室设计模范规定： (1) 水电站单独运行或其容量在电力系统中所占的比重超过50%时，[Tw]取较小值 (3) 电力系统中所占比重小于10%~20%时，[Tw]取大值 2．下游调压室的设置条件 机组下游尾水调压室的功用是缩短尾水道的长度，减小甩负荷时尾水管中的真空度，防止水柱分开下游调压室的设置条件是以尾水管内不产生液柱分开为前提，判别条件为： 25Ts?vwj Lw?(8???Hs) (10-2) vw09002g式中：Lw——压力尾水道的长度，m； Ts——水轮机导叶关闭时间，s； Vw0——稳定运行时尾水管的流速，m/s； Vwj——尾水管入口处的流速，m/s； Hs——吸出高度，m； ▽——机组安装高程，m 最终通过调理保证计算，当机组丢弃全部负荷时，尾水管内的最大真空度不宜大于8m水柱。

但在高海拔地区应作高程修正 — 124 — 其次节 调压室的工作原理及根本方程 一、调压室的工作原理 调压室具有较大的容积和自由水面，它将电站因负荷变化而引起的有压系统非恒定流现象分为性质不同而又彼此联系的两片面：一个是压力管道的水击现象，另一个是“水库—引水道—调压室”的水流波动现象 图10-1为一设有调压室的引水系统当水电站以某一固定出力运行时，水轮机和整个引水系统的引用流量均为Q0，并处于恒定流状态这时调压室水位比上游水位低hw0，(hw0为通过Q0时，引水道的水头损失) 当电站丢弃负荷时，压力管道的水击现象是在较短的时间内发生的，而“水库—引水道—调压室”中的水流波动时，可以认为压力管道中的水流是突然中断的此时压力引水道中的水流暂时处于原来的流速状态，根据水流的连续性原理，流进来的水量将存入调压室内，使其中的水位逐步上升由于压力引水道两端的水位差逐步减小，引水道中的流速随之减慢当调压室水位达成静水位时，引水道两端的水位差等于零，但由于引水道中水流的惯性作用仍持续流入调压室，使室中水位持续上升，当引水道中水流速度为零时，调压室中的水位达成最高。

由于这时室中水位高于库水位，在引水道首尾两端又形成了新的水位差，水开头由调压室流向水库，即形成了相反的滚动，调压室水位开头下降如图10-1中曲线1所示，在调压室内发生的水位波动由于摩擦损失逐步减弱经过屡屡波动后，最终中断在静水位上波动周期比水轮机导叶关闭时间长得多引水道内由于水位波动而产生的内水压力增值一般只有几米水柱高，与水击压力相比要小得多 曲线1正常高水位死水位Zm曲线2ZnVfLZ 图10-1 调压室水位波动现象 — 125 — 当增加负荷时，调压室内水位的波动过程与丢弃负荷时相反由于水轮机需要增加的流量首先由调压室供应，室内水位开头下降，使引水道首尾两端的水位差增大，引水道内水流的速度随之增加当调压室中水位降低到某一最低水位时，由引水道来的流量已超过水轮机的引用流量，多余的水量储存于调压室中，室内水位开头上升经过屡屡波动后，最终中断在某一相应流量的调压室水位上其波动曲线如图10-1中的曲线2所示 由以上分析可知，引水道—调压室系统中的水位波动现象与压力管道中产生的水击波动性质有很大的区别调压室的水位波动主要是由于水体的往复运动引起，其特点是振幅小、变化慢、周期长。

而管道水击过程是水击波的传播，振幅大、变化快，往往在很短时间内即消散，而前者往往长达几十秒到几百秒甚至更长 研究调压室内水位波动现象的目的在于： (1) 求出调压室中水位波动的最高水位和最低水位及变化过程，由此确定调压室的高度和引水道的设计内水压力及布置高程 (2) 根据波动稳定的要求，确定调压室所需的最小稳定断面 二、调压室水位波动的根本方程 研究调压室的水位波动问题，需要从水流运动的根本规律启程反映“水库—引水道—调压室”系统内水流运动规律的根本方程有连续方程和运动方程在计算调压室波动稳定问题时，要考虑调压室中水位波动引起水轮机的水头变化，相应引起水轮机的出力变化，由此可得出等出力方程 (1) 连续方程 在非恒定流处境下，根据水流连续性原理，水轮机在任何时刻所需的流量Q由两片面组成：引水道流来的流量和调压室供应的流量 Q?fV?FdZ (10-3) dt式中 F ——调压室横断面面积； f ——引水道的过流断面积； V——引水道的水流速度； Z——库水位与调压室水位差值，以库水位为基准，向下为正； dZ——调压室中水位变化速度。

dt(2) 运动方程 在引水道为非恒定流的处境下，假设不考虑引水道和水体的弹性，那么引水道中水体的质量与其加速度的乘积等于水体所受的力(疏忽调压室中水体的惯性力)，即 — 126 — Lf?dVgdt?f?(Z?hw) 由此可得水流的运动方程： Z?hw?式中L——为引水道的长度； LdV (10-4) gdthw——为引水道通过流量Q时的水头损失 (3) 等出力方程 在调压室水位波动过程中，为了保持机组出力不变，水轮机的调速系统务必随着水头的变化变更其引用流量设下标0代表波动前的物理量，如调压室水位发生一微小变化z，调速器使水轮机流量相应变更微小数值q，那么： ?Q0(H0?hw0?hwm0)?0??(Q0?q)(H0?hw?hwm?z)? 式中，η——为机组效率； hw0——引水管道通过流量为Q0时的水头损失； hwm0——压力管道通过流量为Q0时的水头损失 当水轮机的水头和流量变化不大时，可以认为机组的效率保持不变，由此得出等出力方程： Q0?H0?hw0?hwm0???Q0?q??H0?hw?hwm?z? (10-5) 第三节 调压室的布置方式和类型 一、根本布置方式 根据调压室与厂房相对位置不同，调压室的布置有四种根本方式： (1) 上游调压室(引水调压室) 调压室位于厂房上游的引水道上，如图10-2(a)所示，这种布置方式适用于厂房上游有较长的有压引水道的处境，应用也最广泛。

(2) 下游调压室(尾水调压室) 当厂房下游尾水隧洞较长时，需设置尾水调压室以减小水击压力，更加是防止在丢弃负荷时产生过大的负水击尾水调压室应尽可能靠近水轮机，如图10-2(b)所示 尾水调压室水位变化过程与上游调压室好像，但变化方向相反当丢弃负荷时，水轮机引用流量减小，调压室需向尾水隧洞补充水量，水位先下降，达成最低点后再开头上升当负荷增加时，尾水调压室的水位先开头上升，达成最高点后再开头下降 (3)上下游双调压室系统 由于布置上的理由，有些地下厂房的上下游都有较长的压力水道，为减小水击压 — 127 — — 9 —。