带长连接管的水电站调压室最优阻抗特性研究
《水电站》试题库完整版7
西北农林科技大学水利与建筑工程学院《水电站》课程考试试题库主要内容第1部分名词解释 (01)第2部分填空题 (06)第3部分判断是非题 (12)第4部分选择题 (20)第5部分回答题 (26)第6部分计算题 (51)第7部分读图题 (67)第8部分模拟试题 (81)教材目录（0）绪论（1）水力发电基础（2）水力机械（3）进水、引水建筑物（4）压力管道（5）调保计算（6）调压室（7）水电站厂房二零一一年四月《水电站》课程考试试题库第一部分 名词解释录入：余坤、陈宇鹏、张记真、李云清、罗真行、齐波波 校核：李凯1.坝式开发 （1）答：在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，形成水库，在坝址处形成集中落差，这种开发方式称为坝式开发。
2.引水式开发（1）答：在河流坡降较陡的河段，通过人工建造的引水道（渠道，隧洞，管道等）引水到河段下游，集中落差，这种开发方式称为引水式开发。
3.混合式开发（1）答：在一个河段上，同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
4.抽水蓄能电站（1）答：抽水蓄能电站是一种存储系统中多余电能，在电力系统起调峰作用的电站。
包括抽水蓄能和放水发电两个过程：系统负荷低时，将下库的水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将上库的水放出发电（水轮机+发电机）。
5.潮汐水电站（1）答：利用潮汐能发电的水电站称为潮汐水电站。
6.梯级开发（1）答：在一条河流上，自上而下，建造一个接一个水利枢纽，成为一系列水利枢纽，这种开发方式称为河流的梯级开发。
7.平水建筑物（1） 答：用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力变化，保证水电站调节稳定的建筑物。
8.引水建筑物（1）答：用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。
9.进水建筑物（1）答：用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。
10.HL240—LJ —250（2）答：表示混流式水轮机，转轮型号240，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。
第十章 调压室
hr 0 / hw0
1 Q0 2 hr 0 ( ) 2 g S
hr0－全部流量Q0通过阻抗孔口时的水头损失。 φ－阻抗孔流量系数，由试验得出，初步计算 时取0.6~0.8。 S －阻抗孔断面面积，为压力引水道面积的 15%~50%。
(二)计算最低涌波水位
1、丢弃全负荷后波动第二振幅计算(z2) 第二振幅z2 ：丢弃负荷后，调压室中水位先升 高至zmax，然后开始下降，至最低幅值zmin，用z2表 示，称为第二振幅。
(2)设计要点：
上、下室的底部应有不小于1%的坡度倾向竖 井，以便放空水流。 下室顶部做成背向竖井的不小于1.5%的斜坡， 使空气容易从下室逸出。
工程采用竖井与上室组合的情况较多，故又称
为水室式。
(3)适用：水头较高，要求稳定断面较小，水 库水位变化比较大的水电站。
4、溢流式调压室
由双室式调压室发展而成。 结构一：无上室，中间竖井顶部设溢流堰。 结构二：设上室，上室内竖井顶部设溢流堰， 底部与竖井相连处设出流孔口。即溢流双室调压室 (见P147图10-3(e))
其应近可能地靠近水轮机 。
(3)上下游双调压室系统：厂房的上、下游均布 置调压室。
适用：当采用中部地下厂房时，上下游都有较 长的压力水道。
(4)上游双调压室系统：上游有压引水道上布置 两个调压室。
适用：①上游引水道较长，一个调压室不能满 足要求时，设置副调压室以减小主调压室的尺寸。 ②引水道上有施工竖井可以利用，或电站扩建， 原有调压室容积不够而增加辅助调压室。
二、调压室水位波动计算内容
最高水位：决定调压室的顶部高程。
最低水位：决定底部高程及压力管道的进口 高程。
调压室波动 现象的基本 方程式
设置并联调压室的长引水式水电站稳定性分析
文章 编号 ： １ ０ ０ ０— １ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ １ ５ ９— ０ ６
Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｌ ｏ ｎｇ － ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ・ ｔ ｙ ｐ ｅ
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Ｚ ＨＯＵ Ｊ ｉ ａ ｎ ｘ ｕ，Ｓ ＨＡＯ Ｗｅ ｉ ｈ ｏ ｎ ｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ，ＺＨＵ Ｆ ｅ ｉ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｇ ｕ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｈ ｙ ｄｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ａ ｎ ｅ ｘ ａ ｃ ｔ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｈ ｆ ｏ ｒ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ － － ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ－ ・ ｔ ｙ ｐ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｓ ｕ ｒ ｇ ｅ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ． ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｖ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｌｕ ｆ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎｄ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐｉ ｐ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ — ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｃｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｏ ｔ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ．ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｙ ｏ ｕｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄｅ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｐｉ ｐｅ ｌｏ ｆ ｗ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ’Ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ． Ａｎ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ，ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｒ ｉｇ ｉ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ，ａ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ — ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ — ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ－ ｔ ｙ ｐ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ’Ｓ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｐｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ— ｔ ｙ ｐ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｐａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｓ ｕ ｒ ｇ ｅ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ｓ；ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ；ｓ ｍａ ｌ ｌ ｌｕ ｆ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
水电站调压室的稳定性研究
要 ： 压 室的 几 何 形 状 与 断 面尺 寸是 和 水 头损 失是 密切 相 关 的 ， 少尾 水 调 压 室 的 水 头损 失 是 优 化 调 压 室 系 调 减
统设计的重要 内容之 一。对待建及 已建 电站的调压 室的稳定性进行分析 ， 具有非常重要 的现 实意义。文章讨论 了
“ 想” 理 调速 器情 况下 ， 忽略压 力管道 水流、 机组和 负载频 率的调节过 程 中， 调压 室所需满足 的断面要 求。最后 ， 重 点探 讨 了不同水位 波动情况对调压 室的稳定性的影响 。研 究结果对调压 室断面的确定具有重要 的指 导意义。
４３
红水河 ２１ ０ １年第 ２期
图 １ 圆筒 式 调 压 室水 击 系统 简 图
式 中 上标 ・ —— 表示 ｄ ｄ ； ／ ｓ
＋
Ｈ１ — 上游水 位 ； —
Ｈ２ —调压 室水 面测压管水 头 ； — ＱＴ —— 隧洞流量 ；
Ｑ — —调压 室流量 ； ｓ
鑫 ＝＋ （ ＋ ） Ｈ 十 稀 ×
隧洞 出 口断 面积 ；
卜
Ｄ广
隧洞直 径 ；
（ ６ ）
２。 ） ｇ＋ 臼 ＼ （
式中 Ｈ． 水 轮机水 头 ； 一 Ｈ３ —水 轮机下游尾 水水位 ； — Ｑ— — 水轮机 流量 ；
— —
Ａｓ —调 压室截 面积 ； —
Ａ —— 隧 洞进 口断面积 ；
— —
压力 管道局部 阻力系数 ； 压力管道沿 程阻力 系数 ；
Ｄｒ ａ 电站应 用 了这种 新 型调压 室 ， ｉ 水 ｖ 并在此 后 的时
如 图 １所 示 的水 系 统 ， 各 部 分分 别 写 出其 动 对
量方 程 。
《水电站》综合练习答案
《小型水电站》综合练习题浙江水利水电专科学校2013年3月绪论一、思考题1．水力发电的特点是什么？p42．我国水能资源的分布及开发情况？p1-23．我国水电事业的成就、发展前景？p24．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？p5-85．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？p126．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?p8-10二、填空题1．水电站的基本布置形式有_坝式_、__引水式_ 、__混合式_三种，其中坝式水电站分_河床式_、__坝后式_、_闸墩式_等形式。
2．有压引水式水电站由_拦河坝_、_有压进水口_、_有压引水隧洞_、_调压室_、_厂房、引水渠_等组成；而无压引水式水电站由_低坝_、_无压进水口_、_沉沙池_、_引水渠道（无压隧洞）_、_日调节池、压力前池、溢流水道、压力管道、厂房、尾水渠_等组成。
3．抽水蓄能电站的作用是_以水体为贮存介质，起调节作用_，包括_抽水蓄能_和_防水发电_两个过程。
4．按其调节性能水电站可分为__无调节__和__有调节_两类第一部分水轮机一、判断1. 只要有通过，水轮机就会旋转作功。
( ×)2. 混流式水轮机利用的是水流的势能来作功的。
( ×)3. 冲击式水轮机主要利用水的动能。
( √)4. 水轮机的工作水头等于水电站的毛水头。
( ×)5. 水轮机的工作水头就是水轮机的设计水头。
( ×)6. 转桨式水轮机的高效区比定桨式宽广。
( √ )7. 高水头水电站一般采用轴流式水轮机。
( ×)8. 可逆式水轮机既是水泵，又是水轮机。
( √ )9. 水轮机的效率是水轮机的轴功率与输入水轮机的水流功率之比。
( √ )10. 折流板的作用是为了减小水击压力。
( √)11. 反击式固定导叶也就是座环的支承立柱。
( √ )12. 灯泡式引水是贯流式水轮机的一种引水方式( √ )。
调压室的要求及设置条件《水电站》
2007年7月
第十章 调压室
第一节 调压室的要求及设置条件
问题：为什么设置调压室？
第一节 调压室的要求及设置条件
❖ 在较长的压力引水系统中，为了降低高压管 道的水锤压力，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。
公式重复计算一次，即
y X 1 1 e( X0X ) X0 X0
但要注意，最高水位时X以负值代入。
上、下室容积设计
❖ 上室容积：
WB
Lf V02 ghw0
1 2
ln 1
Zm
y 2hw0 0.15h
h
2S
❖ 如果上室无溢流堰，则上室容积计算公式为：
WB
T 2 LF
gf
2、简单调压室丢弃负荷的图解计算 ① 确定坐标系统：横轴为V，向左为正；竖轴为Z，
向下为正。 ② 作辅助线：
a) 水头损失辅助线hw=f(V) b) 惯性线： ΔV=β(Z-hw) c) 水位-流量关系曲线： ΔZ=A-αV
③ 图解计算：见教材(另一执行文件)
3、简单调压室增加负荷的图解计算
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。丢弃负荷时， 水位迅速上升，当水位达 到上室时，其上升速度放慢，从而减小波动振幅。 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。
(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。
长引水隧洞阻抗式调压室过渡过程分析
最低雍波水位与调压室处压力 引水道顶部之 间的安全高 度应
不小于 ２ ￣ ３ ｍ， 调 压 室 底 板 应 留 有 不 小于 １ ． ０ ｍ 的 安全 水 深 。
因此 确 定 调 压 室 断 面 直 径 取 ９ ． ０ ｍ ，阻 抗 孔 直 径取
引水 系 统 采 用一 洞 三机 联 合 供 水 的布 置 型 式 ， 电站 共 三 台机 组 ，设 计 引用 流 量 ３× １ ２ ． ６ ｍ。 ／ ｓ ，额 定 水 头 为 ３ ４ ７ ｍ， 整 个 引水 系 统 总 长 １ １ ． ５ ５ ７ ｋ ｍ 。引 水 隧洞 末 端 设 置 阻抗 式 调
计 算 时 压 力 引水 道 采 用 最 小 糙 率 ，压 力 管 道 采 用平 均 糙
率 。
（ ３ ）调 压 室 最 低 涌 波 计 算 调 压 室 增 加 负 荷 时 的最 低 涌 波 引水隧洞和压力钢管 中的水击压力 ，改善机组运行条件 。
』
（ ２ ）调 压 室 最 高 涌 波 计 算 ：
加 时 问 点 对 应 的结 果 不 同 ，考 虑 到 机 组 今 后 的运 行 方 式及 相 对 较 危 险 的叠 加 时刻 点 ，初 步 计 算 叠 加 时 间 点暂 取 流 进 （ 出） 调 压 室 流 量最 大 时 刻及 调 压 室 水 位 最 高 （ 低）的时刻。 上 游 调 压 室最 高涌 浪 复 核 控 制 工 况 ： 工况 １ ： 上游正常引水位 （ ２ ， ６ ２ ５ ． ６ ７ ｍ） ，下 游 最 高 尾 水
能 发 生 的不 利 工 况 ，复 核 阻 抗 式 调 压 室 的 涌 波 ，分 析 机 组 相 继 开 启 及 甩 负 荷 后 重 新 开 启 时 间 限制 。 关键 词 ：长 引水 隧洞 ；调 压 室 ；雍 波 计 算 ；过 渡 过 程 分析
用三维计算流体力学方法计算调压室阻抗系数
1 数学模型和计算方法
1.1 流动特点 水电站引水系统的水流主要是湍流，其雷诺数通常很高，水力损失可分为沿程和局部两类。沿 程损失主要由边界的滞水作用所引起，在高雷诺数的阻力平方区，主要决定于边壁粗糙度。局部损失是由于流 动边界急剧改变，引起流态发生激烈变化，出现分离、扩散、回流，加剧了湍流掺混，从而引起能量损失的增 加；其损失系数主要取决于流道几何形状和流场结构(如分离、扩散、回流、射流等)。在局部损失中也包含沿 呈损失的部分，只是沿程部分所占比重很小。从计算流体力学的观点来看，水力损失计算的准确与否，关键在 于湍流计算方法的选用和湍流边壁的处理。阻抗式调压室流场有分离、扩散、回流、射流等流动特性，只有选 用适合这些流动结构的计算方法才能得到正确的水力损失。 1.2 湍流模型 目前计算湍流的方法有雷诺平均的NS方程法、大涡模拟法和直接数值模拟法。后两种由于需要 的计算资源庞大而不适用于本问题计算。在雷诺平均NS方程的方法中，雷诺应力模型和
的平均旋转率张量；系数A0=4.04， As =
1 ~ ~ 6 cos(φ ), φ = cos −1 ( 6W ),W = S ij S jk S ki / S , S = S ij S ij 。 3
1.3 边壁处理 边界层内流速梯度大，剪切应力作用强，边壁区的准确模拟对摩阻系数、压力变化和分离点 位置等有明显影响，因而边壁的处理对水力损失系数的计算很重要。雷诺平均湍流模拟方法是用时间平均后的 NS方程模拟平均流动，用湍流模型(例如k-ε方程)描述湍动，用它模拟带边壁的流场时，必须对边壁加以特别 处理。目前边壁处理方法有两种，其中两层法适用于低雷诺数流动，且要求近壁层内网格足够细；壁函数法适
* * +
2
模拟效果验证
典型阻抗调压室由岔管、阻抗孔和突扩段组成。为验证以上计算摸型，了解模拟结果的精度，这里分别模 拟T形岔管、圆管孔口、突扩管的局部损失系数，以及某模型调压室的阻抗系数。 2.1 T形岔管水头损失系数 带连接管的阻抗式调压室的连接管通常与引水道及压力管道形成T形岔管。T 形岔管的水头损失主要取决于连接管、引水道和压力管道的断面积比、水流的分流/汇流比、三管连接处的修 圆半径等。若连接管并不垂直于引水道和压力管道，损失系数还与它们的夹角有关。选用图1所示的等直径 (D1=D2=D3=1.0m)T形岔管，给定不同的分流比Q2/Q1和汇流比Q2/Q3进行模拟，得到相应的损失系数(以总管流速水 头为基准)。图1是分流情况，由图1可见，计算结果和经验值变化趋势一致，数值基本接近。随分流比的增大，
水电站调压室设计规范
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。
水电站调压室设计规范DLT5058_1996
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。
长引水式电站调节保证计算分析与研究
第２ 卷 第 ５ ７ 期
２ １年 ５ ０ １ 月
番●
Ｗ ａ ｅｒＰｏｗｅｒ ｔ
电 网与 清 洁 能 源
Ｐｏ ｒＳ ｓｅ ａ ｅ ｎ Ｅｎｅｇ ｗｅ ｙ ｔｍ ｎｄ Ｃｌ ａ ｒｙ
Ｖｏ ． Ｎｏ５ １ ２７ ．
Ｍａ ０１ ｖ２ １
文 章 编 号 ：６ ４ ３ １ （０ １０ — ０ ５ ０ １７ — ８ ４ ２ １ ）５ ０ ８ — ４
垂 ＋ ： ０
ｇ Ａ ｄ ｘ ｄ ￡
（） ２
式 中 ， 管径 ， Ｄ为 Ａ为断 面 积 ，为 水击 波 速 ，为摩擦 。 厂 系数 ， 为重 力加速 度 。方 程 （ ）（ ） １ 、２ 为偏 微分方程 ， 计算 中转化 为便于计 算机求 解 的特 征线方程 求解 。
４２ 水轮 机 、 ． 调压 室结 点的 求解 方法
长 １８ ６６ 过 水断 面 面积２ ．１ｍ 。调 压井 为 阻 ０ ．３ｍ， ６３ ｚ 抗式 ， 井筒为圆形 ， 高约７ 内径 １．ｍ， ０ｍ， ０ 连接管 内径 ０
ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ｆａ ｄ ｖ ｒｉ ｎ ｔｐ ｏ ｅ ，ａ ｄ ｄ ａ ｏ ｄ ｕ ｉ ｎ ａ ｃ ｌｔ ｓ ｏ ｉｅ ｓｏ ｙ ｅ ｐ ｗ ｒ ｎ ｒｗｓ ａ ｃ ｎ ｌ ｓ ｏ ｏ ｔ ａ ｈ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｌａ ｓ ｏ ｅ ｅ ａｏ ｎｔ ｈ ｎ ｅ ｈ ｎ ｔ ｈ ｔ ｗ ｅ ｈ ｈ ｏ ｄ ｆｇ ｎ ｒ ｔｒ ｕ ｉ ｃ ａ ｇ ，ｔ ｅ ｕ ｉ ｓ ｓ
当上 游调压 室布置受 限且改变 导 叶关 闭规律 后调保
引水 系统 由引水 明渠 、 引水 隧洞 、 压 井 、 调 压力
管道等组成。引水明渠长１ ３ ． ｍ， １ 后段扩大加深 ５ ８ 为进 水 池 。引水 隧洞 为 马蹄形 ， 别采 用钢 筋 混凝 分 土、 喷混 凝 土和 原 状 开挖 岩 石 三 种设 计 ， 中钢筋 其
水电站调压井的水力学特性
水电站调压井的水力学特性水电站调压井的水力学特性洪振国(云南省水利水电勘测设计研究院, 云南昆明 650021)摘要：为了研究调压井在水轮机负荷变化时的水力学特性,以漾洱水电站调压井为研究对象,通过数值法计算调压井稳定断面面积、阻抗孔尺寸、最高水位和最低水位,同时为了论证数值法可行性,采用调节保证计算机组转速、蜗壳压力和尾水管压力,且以模型试验进一步分析调压井水力学特性．结果表明:调压井的稳定断面面积为688.134 m2,阻抗孔直径为4.50 m,最高涌波水位低于调压井顶高程2.120 m,最低涌波水位高于调压井底板5.541 m;蜗壳最大压力水头升高值为67.85 m,上升率为29%;机组转速上升值为350.7 r/min,上升率为40%;尾水管最低压力水头为0;蜗壳压力、机组转速和尾水管压力在安全可靠、经济合理范围内;调压井水流稳定,流态良好,没有产生旋涡,没有出现负压,阻抗孔上下压力差较小．因此调压井水力学特性良好,调压井体型是合理的．关键词：水电站调压井;水力学特性;数值法计算;调节保证计算;模型试验洪振国. 水电站调压井的水力学特性[J]. 排灌机械工程学报,2017,35(3):228-234.HONG Zhenguo. Hydraulic characteristics of hydropower station surge shaft [J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering(JDIME), 2017,35(3):228-234.(in Chinese) 引水式水电站的引水隧洞较长,机组的安装高程与上游水库高程相差很大,当水力加速时间较长时,必须在引水隧洞末端与压力管道连接处设置调压井[1]．调压井是利用自由水面反射水击波,限制水击波进入引水道、减小压力管道及水轮机的水击压力、改善水轮机在负荷变化时的运行条件及系统供电质量的调压设施[2]．新中国成立以来,水电建设突飞猛进,中国已建设了大批的水电站调压井,在设计、施工、科研各个领域中都取得了不小的成就．目前调压井向大型化、结构多样化、水流流态复杂化发展．调压井水力学特性对调压井水面波动衰减情况、调压井的经济合理性、水电站发电机组的稳定运行非常重要[3],水轮发电机组是一个集水力、机械、电气为一体的复杂非线性系统,水力机械和电气等因素引起的机组不稳定振动等问题日益突出．常规调压井水力学特性分析采用传统数值法计算,未能实现对引水隧洞、压力管道、水轮机、调速器等引水发电系统的统一考虑．因此有必要对调压井水力学特性进行研究．文中通过结构复杂、水流流态复杂、稳定断面大的漾洱水电站调压井进行数值法计算、调节保证计算,并通过模型试验进一步进行调压井水力学特性分析,论证调压井体型设计的合理性．1 工程概况漾洱水电站位于漾濞县境内澜沧江支流黑惠江上,是以发电为单一目标的工程,总装机容量为3×16.60 MW,保证出力为13.08 MW,多年平均发电量为24 242.31×104 kW·h,装机利用小时为4 868 h．其引水系统由取水口、引水隧洞、调压井、压力管道等部分组成[4-5],平面布置如图1所示．图1 引水系统平面布置Fig.1 Plan of water diversion system取水口布置于拦河闸坝上游右岸,侧向取水,高15.7 m,长16.4 m,下接引水隧洞;引水隧洞引水流量为134.67 m3/s,总长8 121.45 m,均采用钢筋混凝土衬砌,整条隧洞设置13个平面转弯,断面为圆形,直径为7.5 m．调压井上接引水隧洞,下接1#,2#,3#压力管道．压力管道内径为3.6 m,1#,2#,3#压力管道分别长107.3,113.5,132.3 m．2 调压井结构漾洱水电站调压井稳定断面较大,为了有利于结构安全,调压井采用地下式．由于地表第四系覆盖层较厚,需要开挖覆盖层,因此调压井部位顶部岩土体可以露天开挖,有利于施工．由于阻抗式调压井波动衰减较快,水位波动振幅较小,容积较小,工程量较少,正常运行时水头损失小,因此选用阻抗式调压井．阻抗式调压井由井筒、阻抗孔等组成,结构如图2所示.图2 调压井结构(单位：m)Fig.2 Structure of surge shaft调压井断面为圆形,各部分结构采用钢筋混凝土建造．调压井上游接引水隧洞出口,下游接3根压力管道;调压井的结构和水流流态复杂．调压井底板高程为1 340.259 m,顶高程为1 375.000 m,井筒高1 375.000 m;井筒直径为29.60 m,阻抗孔口直径为4.50 m;井筒高程为1 344.759～1 375.000 m时衬砌厚度为1.0 m,高程为1 340.259～1 344.759 m时衬砌厚度为1.5 m,底板衬砌厚1.5 m[6-8]．3 调压井数值法计算与分析3.1 稳定断面面积调压井稳定断面面积按《水电站调压室设计规范》[2]中的托马公式计算，即(1)式中:A为调压井稳定断面面积,m2;K为系数,一般取1.0～1.1;L为压力引水道长度,m;A1为引水道断面面积,m2;H0为发电最小静水头,即上下游水位差,m;α为自水库至调压室水头的损失系数,α=hw0/v2;hw0为压力引水道水头损失,m;v为压力引水道中的流速,m/s;hwm为压力管道水头损失,m．H0=50.800 m, L=8 121.45 m,A1=44.178 m2,hw0=6 m,v=3.05 m/s,hwm=1.2 m,按式(1)计算,调压井的稳定断面面积A=688.134 m2,相应调压井直径为29.6 m．由于调压井稳定断面面积与静水头、水轮机出力、引水道水头损失、机组运行工况、水轮机效率及水轮机调速器的参数整定等有关,以上数值法计算值仅是初步拟定的小波动稳定需要的最小断面面积,实际小波动稳定性可以根据后文的调节保证计算进一步复核．3.2 阻抗孔尺寸先根据《水电站调压室设计规范》进行压力水道系统的摩阻为0并丢弃全负荷时的自由振幅计算,然后查相关表得hc值,最后按式(2)的调压室阻抗孔公式计算阻抗孔尺寸,即,(2)式中: hc为通过阻抗孔时的水头损失,m;Q为引水道的流量,m3/s;φ为阻抗孔的流量系数,可由试验得出,初步计算时取0.60～0.80;S为阻抗孔断面面积, m2．由于Q=134.67 m3/s,hc=10 m,根据式(2)计算得阻抗孔断面面积S=15.904 m2, 对应阻抗孔直径取4.50 m[4]．3.3 最高涌波水位根据《水电站调压室设计规范》进行调压室最高涌波水位计算:按水库校核洪水位为1 359.000 m时,3台机组满载运行时瞬时丢弃全部负荷,计算调压井最高涌波水位．当阻抗式调压井丢弃全负荷时的最高涌波Zmax由下列公式计算．当λ′hc0<>(1+λ′Zmax)-ln(1+λ′Zmax)=(1+λ′hw0)-ln(1-λ′hc0);(3)当λ′hc0>1时,计算式为(λ′|Zmax|-1)-ln(λ′|Zmax|-1)=ln(λ′hc0-1)-(λ′hw0+1),(4)其中,(5)式中: hc0为全部流量通过阻抗孔时的水头损失,m;hw0为压力引水道水头损失,m;v0为引水道的水流速度,m/s．由于hc0=35.1 m,hw0=6.0 m,λ′=0.097,则λ′h c0=3.41>1．按式(4)计算最高涌波Zmax=13.88 m,对应的最高涌波水位为1 372.880 m[4]．3.4 最低涌波水位根据《水电站调压室设计规范》计算最低涌波水位,主要是为了确定调压井底部和压力管道进口高程．计算取上游水库死水位为1 357.000 m,同时水电站机组由n-1台增至n台,或由2/3负荷突增至全负荷为前提．阻抗式调压井增加负荷时,最低涌波Zmin的计算式为.,(6)式中:ε为量纲一的系数;m′=Q/Q0;Q为增加负荷前引水道的流量,m3/s;Q0为增加负荷后引水道的流量,m3/s．由于ε=1.45,hw0=6.0 m,m′=0.333 3,则根据式(5)计算最低涌波为11.2 m,最低涌波水位为1 345.800 m．3.5 数值法计算分析调压井的最高水位为1 372.880 m,比调压井顶高程1 375.000 m 低2.120 m;最低涌波水位为1 345.800 m,比调压井底板高程1 340.259 m高5.541 m,满足了《水电站调压室设计规范》中调压井底板高程2.0 m以上的要求．但是漾洱水电站调压井底部的导流墙将引水隧洞分为三岔岔管,岔管顶有阻抗孔．调压井结构和水流流态复杂,同时阻抗孔的尺寸与调压井底板压力有关,需要模型试验进一步复核．数值法通过由取水口、引水隧洞、调压井、压力管道等部分组成的引水系统模型进行计算分析,根据波动衰减的小波动稳定要求,求出调压井所需的最小断面面积,按发生大波动过渡过程得到调压井的最高、最低水位以及水位变化过程,从而确定调压井的高度．按阻抗孔口使水流进出调压井的阻力和消耗的能量,以及水击波反射和隧洞受到水击的影响情况,选择合适的阻抗孔口尺寸．数值法计算比较简便,可以直接求出最高、最低水位,但有时精度较差,且不能求出调压井水位随时间波动的全过程[9],因此需要由模型试验进一步复核．4 调压井调节保证计算与分析调压井调节保证计算满足水流的动量方程和连续方程,基本计算公式为(7)(8)式中:H为测压管水头,m;x为从管段左端起算的距离,m;g为重力加速度,m/s2;D为管径,m;c为摩擦系数;a为水击波在管道中的传播速度,m/s;t为时间,s．由于v=3.05 m/s,D=3.6 m,由式(7),(8)计算,在最大水头下,3台机组同时甩满负荷时,导叶关闭按一段直线关闭规律,关闭时间控制为6 s,蜗壳最大压力上升率为29%,压力升高值为67.85 m水头<79.20>79.20>m水柱．蜗壳压力小则不会增加水力系统的投资,同时具有良好的机组调节品质．机组转速上升值为350.7 r/min,上升率为40%,小于60%的规范要求,不会影响发电机寿命和供电质量,机组转速上升值在经济合理的范围内,水电站可安全可靠和经济合理运行．尾水管最低压力水头为0,真空度大于-8 m水头,尾水管最低压力满足《水力发电厂机电设计规范》[10]的要求．在水轮机全部运行范围内,水轮机径向轴承的垂直振动位移不超过60 μm,且不发生共振;进水阀两侧压力差在不大于30%的最大静水压时均能正常开启,且不产生强烈振动;尾水管内压力脉动值不大于额定水头的11%;水轮机最高效率保证值不低于94.85%,因此水轮机无有害的振动和压力脉动,长期运行是稳定的[11-12]．由上述分析可知，尾水管最低压力满足《水力发电厂机电设计规范》的要求,机组转速、蜗壳压力和尾水管压力在安全可靠、经济合理范围内,水轮机无有害的振动和压力脉动,长期运行是稳定的,因此调压井计算的稳定断面面积和阻抗孔是合理的．5 调压井模型试验5.1 模型设计水电站引水发电系统整体模型包括模拟水库、隧洞进口、发电引水隧洞、调压井、压力钢管、水轮机、蜗壳和尾水管、必要的水位和流量测量装置等．调压井水位由压力传感器测量,经动态应变仪后由计算机采集数据并处理、绘出水位波动过程；同时，在调压井外辅以标尺读取调压井水位波动过程中的最高和最低水位．各部分的比尺选择应同时满足重力相似、阻力相似．由于引水隧洞比较长,考虑模型场地采用变态模型进行研究,引水隧洞糙率比尺为1.217,长度比尺为90,洞径比尺为49.8,调压井高度比尺为67.432,直径比尺为67.432[4]．5.2 模型试验结果与分析5.2.1 甩负荷水力学运动特性机组甩负荷时,水流从阻抗孔喷涌而出,主流偏向下游侧,井筒水面上下左右晃动,水面逐渐上升至最高,然后下降至最低,经过几次振荡后趋于稳定,最高涌波水位发生在甩负荷后的第1个波峰．阻抗孔下的压力比阻抗孔上的压力快速先行上升,到达最高点．阻抗孔上的压力上升速率滞后于阻抗孔下的．到达高点水位后,阻抗孔下的压力又先行下降,与阻抗孔上的压力一起到达最低点,阻抗孔下最大压力水头小于最高涌波水位．5.2.2 增负荷水力学运动特性调压井的全部n台机组由n-1台增至n台或全部机组由2/3负荷突增至满载时,水流从阻抗孔流向压力钢管,水面平稳下降,到达最低点时没有产生旋涡,没有出现负压,没有空气带入压力钢管中;然后水面又向上涌升,经过一次振荡后逐渐衰减,趋于平稳．阻抗孔上下压力几乎同步下降,阻抗孔下的压力在水位下降时小于阻抗孔上的压力,阻抗孔下最小压力水头小于调压井最低涌波水位时的压力水头．5.2.3 调压井体型合理性根据上述水力学运动特性分析,当机组甩负荷时,水流从阻抗孔以喷涌而出,井筒水面上下左右晃动,水面逐渐上升至最高,然后下降至最低,经过几次振荡后趋于稳定．当机组增负荷时,水流从阻抗孔流向压力钢管,水流平稳下降,没有出现负压,没有空气带入压力钢管,没有产生旋涡,阻抗孔上下压力差较小,验证了调压井阻抗孔尺寸、稳定断面、体型设计是合理性的．5.2.4 不同直径阻抗孔最高涌波试验上游水库校核洪水位,全部机组满载运行时瞬时丢弃全部负荷,调压井不同直径阻抗孔最高涌波试验水力特性结果见表1．表1中d为阻抗孔直径,hGSW为最高涌波水位,tH为最高涌波发生时间,Hmax为阻抗孔下最大压力水头,tp1为阻抗孔下最大压力水头发生时间,Δp为阻抗孔上下最大压力差,Δt为阻抗孔上下最大压力差发生时间．表1 不同直径阻抗孔的最高涌波试验Tab.1 Test results of maximum surge of different diameterimpedance holesd/mhGSW/mtH/sHmax/mtp1/sΔp/kPaΔt/s6.781376.066227. 331376.810215.9135.7122.375.261373.335226.621373.724215.6 8106.0324.505.121372.632224.031373.154214.86110.5228.964.5 01370.806222.901370.940190.10129.0925.014.201370.506221.9 11373.80127.62185.2029.123.701370.079206.631375.83037.782 24.8037.00由表1可知:① 阻抗孔直径越大,则最高涌波水位越高,最高涌波发生时间、阻抗孔下最大压力水头发生时间均越长,阻抗孔上下最大压力差越小,阻抗孔下最大压力水头则先大后小再大、阻抗孔上下最大压力差发生时间亦先长后短然后又延长;② 当阻抗孔直径为4.50 m时,最高涌波水位的发生时间为222.90 s,水位为1 370.806 m,阻抗孔下最大水头发生时间为190.10 s,阻抗孔下最大压力水头为1 370.940 m,接近调压井最高水位1 370.806 m,同时阻抗孔上下压力差较小,所以调压井阻抗孔直径选定为4.50 m;③ 当阻抗孔直径为4.50 m时,调压井最高水位为1 370.806 m,比调压井顶高程1 375.000 m低4.194 m,所以调压井顶高程是合理的．5.2.5 甩负荷试验上游水库校核洪水位,调压井阻抗孔直径为4.50 m时,各种工况甩负荷试验结果见表2．表2 各种工况甩负荷试验Tab.2 Load rejection test results under various working conditions工况hGSW/mtH/sHmax/mtp1/sΔp/kPaΔt/s1台→01364.804195.221365.106177.2324.4021.212台→01368.580210.291368.664185.7987.4023.503台→01370.806222.901370.940190.10129.0925.01由表2可知:① 从工况1台→0，2台→0到3台→0时,最高涌波水位、最高涌波发生时间、阻抗孔下最大水头、阻抗孔下最大水头发生时间、阻抗孔上下最大压力差及阻抗孔上下最大压力差发生时间均增大;② 当工况3台→0时,最高涌波水位最高,所以此工况为甩负荷时的控制工况;③ 最高涌波发生时间为222.90 s,水位为1 370.806 m,比调压井顶高程1 375.000 m低4.194 m,所以调压井顶高程是合理的．5.2.6 增负荷试验上游水库死水位,调压井阻抗孔直径为4.50 m时,各种工况增负荷试验结果见表3．表3中hDSW为最低涌波水位,tL为最低涌波发生时间,Hmin为阻抗孔下最小压力水头,tp2为阻抗孔下最小压力水头发生时间．表3 各种工况增负荷试验结果Tab.3 Load test results of various working conditions工况hDSW/mtL/sHmin/mtp2/sp/kPat/s0→1台1350.374188.631348.740194.92-10.721.321台→2台1349.497230.811347.854206.91-11.626.502台→3台1345.114231.611344.501226.75-14.965.63由表3可知:① 从工况0→1台、1台→2台到2台→3台时,最低涌波水位、阻抗孔下最小水头均减小;② 当工况2台→3台时,最低涌波水位最低,所以此工况为增负荷时的控制工况;③ 最低涌波水位发生时间为231.61 s,水位为1 345.114 m,距调压井底板高程还有4.855 m,满足了《水电站调压室设计规范》中最低涌波水位均高于调压井底板高程2.0 m以上的要求．5.2.7 模型设计的方法与规范、设计结果国内外已有很多水力学模型设计的方法被广泛应用于实际,不同的模型方法都各有特点．漾洱水电站模型设计根据实验室试验场地和测量精度要求,按照事先选定的模型引水隧洞材料糙率值,采用水电站调压井涌波试验模型率设计水电站引水发电系统整体模型．原型与模型引水系统和调压井水力相似满足规范要求,原型引水系统及调压井和模型引水系统及调压井都应满足规范基本方程,从而可以得到引水发电系统调压井模型试验的模型率．从模型试验的水位波动特性分析,模型试验调压井水位波动的周期基本与水力计算的水位波动周期一致,说明水电站这种具有长引水隧洞的引水系统受到整体正态模型布置场地限制,采用整体变态模型进行调压室涌浪水位试验的方案是可行的,所得模型试验结果是可信的．水电站引水系统调压室模型试验结果和水力计算结果具有较好的一致性,说明水电站采用阻抗式调压井是合适的．6 数值法计算与模型试验对比分析上游水库校核水位和死水位,调压井阻抗孔直径为4.50 m时,调压井数值法计算与模型试验的比较结果见表4．表中hKSW为水库水位,hSW为涌波水位．表4 数值法计算与模型试验结果比较Tab.4 Comparison between numerical method and model test resultshKSW/md/m工况hSW/m计算值试验值1359.0004.503台→01372.880(最高)1370.806(最高)1359.0004.502台→3台1345.800(最低)1345.114(最低)水力学计算与模型试验结果表明:① 由于调压结构和水流流态复杂,水力计算的最高、最低涌波水位均高于模型试验的;② 当调压井阻抗孔直径选定为4.50 m时,阻抗下压力水头接近调压井最高水位,最高涌波水位比调压井顶高程低,最低涌波水位高于洞顶、高于调压井底板高程2.0 m以上,满足了《水电站调压室设计规范》的要求．数值法计算未能实现对引水隧洞、压力管道、水轮机、调速器等引水发电系统的统一考虑,但数值法计算比较简便,可以直接求出最高水位和最低水位,并且有时精度较差,也不能求出调压室水位随时间波动的全过程．模型试验引水发电系统整体模型包括模拟水库、隧洞进口、发电引水隧洞、调压井、压力钢管、水轮机、蜗壳、尾水管、必要的水位和流量测量装置等,精度较好,可模拟出调压室水位随时间波动的全过程,克服了调压井水流流态复杂等问题．7 结论应用数值法和调节保证进行计算,在水轮机负荷变化时,计算调压井的水力学特性,并通过模型试验进行对比分析,得到结论如下:1) 应用数值法计算得到调压井稳定断面、阻抗孔尺寸、最高和最低水位,满足机组转速、蜗壳压力和尾水管压力在安全可靠运行范围等要求,因此调压井计算的稳定断面面积和阻抗孔是合理的．2) 当机组甩全负荷时,水流从阻抗孔喷涌而出,井筒水面经过几次振荡后趋于稳定．当机组增负荷时,水流从阻抗孔流向压力钢管,水流平稳下降,没有出现负压,没有空气带入压力钢管,没有产生旋涡,阻抗孔上下压力差较小．3) 模型试验调压室水位波动的周期基本与水力计算的水位波动周期一致,水电站引水系统调压室模型试验结果和水力计算结果具有较好的一致性．4) 数值法计算比较简便,可以直接求出最高水位和最低水位,但是精度较差,且不能求出调压室水位随时间波动的全过程．模型试验精度较好,可模拟出调压室水位随时间波动的全过程．参考文献(：References)[1] 潘家铮,傅华. 水工隧洞和调压室(调压室部分)[M].北京:水利电力出版社,1992.[2] 电力工业部华东勘测设计研究院. 水电站调压室设计规范: DL/T 5058—1996[S].[3] 水电水利规划设计总院.水工设计手册:第8卷,水电站建筑物[M]. 2版. 北京:中国水利电力出版社,2013.[4] 洪振国,刘浩林.阻抗式调压井水力学计算研究[J]. 水力发电,2014,40(12):51-54. HONG Zhenguo, LIU Haolin. Study on the calculation of surge shaft hydraulics [J]. Water power, 2014,40(12):51-54.(in Chinese)[5] 洪振国,刘浩林,黄立群.水电站混合式调压井设计研究[J].人民黄河,2015,37(12):111-114. HONG Zhenguo,LIU Haolin,HUANG Liqun. Research on mixed type surge shaft design of hydropower station[J]. Yellow river,2015,37(12):111-114.(in Chinese)[6] 洪振国,刘浩林. 水电站阻抗式受力复杂调压井设计[J].水利与建筑工程学报,2014,12(6):148-153. HONG Zhenguo,LIU Haolin. The design of complex stress impedance surge shaft of hydropower stations[J]. Journal of water resources and architectural engineering,2014,12(6):148-153.(in Chinese)[7] 洪振国,王鹏. 露天上室式调压井在引水式电站中的设计研究[J].水利与建筑工程学报,2014,12(3):194-198. HONG Zhenguo,WANG Peng. Research and design of open-air upper-chamber-type surge shaft in diversion-typed power station[J]. Journal of water resources and architectural engineering,2014,12(3):194-198.(in Chinese)[8] 洪振国,黄立群.调压井结构内力计算研究[J].水资源与水工程学报,2015,26(4):177-182. HONG Zhenguo,HUANG Liqun. Research on internal force calculation of surge shaft structure[J]. Journal of water resources and water engineering,2015,26(4):177-182.(in Chinese)[9] 陈玲,鞠小明,杨济铖. 水电站调压室涌浪水位多种计算方法比较[J]. 中国农村水利水电,2013(9):158-161. CHEN Ling, JU Xiaoming,YANG Jicheng. The methods of calculating the surge water level of surge chambers[J]. China rural water and hydropower,2013(9):158-161.(in Chinese)[10] 水电水利规划设计总院. 水力发电厂机电设计规范:DL/T 5186—2004[S].[11] 孔繁余,王婷,张洪利.基于流场数值模拟的多级泵转子动力学分析[J].江苏大学学报(自然科学版),2011,32(5):516-521. KONG Fanyu,WANG Ting,ZHANG Hongli. Rotor dynamic analysis of multistage pump based on numerical simulation of flow field[J]. Journal of Jiangsu University (natural science edition),2011,32(5):516-521.(in Chinese)[12] 周大庆，郭优，姜德政.基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟[J].水利水电科技进展，2016，36(4)：13-19. ZHOU Daqing,GUO You,JIANG Dezheng.Numerical simulation of runaway transiouts of Kaplan turbine model based on blade regulation[J].Aduances in science and technology of water resources,2016,36(4):13-19.(in Chinese)(责任编辑张文涛)Hydraulic characteristics of hydropower station surge shaftHONG Zhenguo(Yunnan Water Conservancy and Hydropower Survey, Design Research Institute, Kunming, Yunnan 650021, China)Abstract：In order to study the surge shaft hydraulic characteristics in turbine load change, taking Yang′er Hydropower Station surge shaft as research object, through the numerical method the surge shaft stability section, impedance hole size, the highest and the lowest water level are calculated;at the same time in order to prove the feasibility of numerical method, through regulation the calculation unit speed, spiral case pressure and draft tube pressure are guaranteed, and by model test the surge shaft hydraulic characteristics are further analyzed. The results show that the surge shaft stable sectio-nal area is 688.134 m2, impedance hole diameter is 4.50 m, the highest surge water level is 2.120 m lower than the surge shaft top, the lowest surge water level is 5.541 m higher than the surge shaft bottom; spiral case maximum pressure rise is 67.85 m, the rate of rise is 29%; the unit rotating speed rise is 350.7 r/min, the rate of rise is 40%; the draft pipe minimum water pressure head is 0 m. Spiral case pressure, unit rotating speed and draft pipe pressure are in a safe and economical range. The surge shaft flow is stable, with good flow condition, no vortex, no negative pressure and the pressure difference of hole impedance is small.Key words：hydropower station surge shaft;hydraulic characteristics;numerical method calculation; calculation of regulation guarantee;model test洪振国doi：10.3969/j.issn.1674-8530.16.0062收稿日期：2016-03-21;网络出版：时间： 2017-03-17网络出版地址：/kcms/detail/32.1814.TH.20170317.1038.016. html作者简介：洪振国(1976—)，男，云南洱源人，高级工程师(****************)，主要从事水工建筑物设计研究.中图分类号：TV732.5文献标志码：A文章编号：1674-8530(2017)03-0228-07。
浅谈水电站调压室的设置
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。
天花板水电站调压井稳定断面分析及优化研究
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水 力 发 电
２ １ 年 ６月 ０１
压 井 井 口以 上 人 工 开 挖 边 坡 ，坡 高 约 ６ Ｉ 调． 井 ４Ｈ。 压
因素 后 的一 些 公 式 。
主 要 处 于 弱 风 化 岩 体 中 ，岩 体 总 体 相 对 完 整 ，地 质 构 造 不 甚 发 育 。裂 隙 较 为 发 育 ，根 据 裂 隙 结 构 面 的
ｔ ｓｓ ｓ ｗ ｈａ ｈｅｄｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｅ ｓ ｆ ｉ ｕｃ ｅ ｓｕ ． ｅ ｔ ｈｏ ｔ ｔｔ ｓｇ ｆｓ ｒ ｈａｔ ｓｓ ｃ ｓｆ １
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２ 进行 调 压 井 稳 定分 析 研 究 的 原 因
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水电站试题及答案库完整版
西北农林科技大学水利与建筑工程学院《水电站》课程考试试题库主要内容第1部分名词解释 (01)第2部分填空题 (06)第3部分判断是非题 (12)第4部分选择题 (20)第5部分回答题 (26)第6部分计算题 (51)第7部分读图题 (67)第8部分模拟试题 (81)《水电站》课程考试试题库第一部分名词解释录入：余坤、陈宇鹏、张记真、李云清、罗真行、齐波波校核：李凯1.坝式开发（1）答：在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，形成水库，在坝址处形成集中落差，这种开发方式称为坝式开发。
2.引水式开发（1）答：在河流坡降较陡的河段，通过人工建造的引水道（渠道，隧洞，管道等）引水到河段下游，集中落差，这种开发方式称为引水式开发。
3.混合式开发（1）答：在一个河段上，同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
4.抽水蓄能电站（1）答：抽水蓄能电站是一种存储系统中多余电能，在电力系统起调峰作用的电站。
包括抽水蓄能和放水发电两个过程：系统负荷低时，将下库的水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将上库的水放出发电（水轮机+发电机）。
5.潮汐水电站（1）答：利用潮汐能发电的水电站称为潮汐水电站。
6.梯级开发（1）答：在一条河流上，自上而下，建造一个接一个水利枢纽，成为一系列水利枢纽，这种开发方式称为河流的梯级开发。
7.平水建筑物（1）答：用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力变化，保证水电站调节稳定的建筑物。
8.引水建筑物（1）答：用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。
9.进水建筑物（1）答：用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。
10.HL240—LJ —250（2）答：表示混流式水轮机，转轮型号240，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。
11.2QJ30—W —102150 （2） 答：表示一根主轴上有两个转轮的切击式水轮机，转轮型号为30，卧轴，转轮标称直径为150cm ，每个转轮上有2个喷嘴，射流直径为10cm 。
长连接管和分流调压室的波动稳定和衰减特性
水 电 能 源 科 学 Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ２
高水头水电站和抽水蓄能电站常设置长连接 管调压室 ， 而分流 调 压 室 则 用 于 满 足 水 电 站 的 特 殊布置 。 现有文献主要针对长连接管调压室涌浪
１］ ２， ３］ 、 和水头损失系数 ［ 带连接管下游调压室 计算 ［ ４］ ５， ６］ ， 稳定断面 ［ 和分流式调压室的分流特性 ［ 对两
水头损失系数 。 ） 、 式（ 描述运动稳定的充分必要条件为Ａ＞ ４ ０
Ｆ＞
Ｌ · ２（ Ｖ０ α α ｇ １ ３） － ω＋
Ｂ＞０、 Ｃ＞０、 Ｄ＞０、 Ｂ Ｃ－ＡＤ＞０。Ｄ＞０ 即 ：
（ ） Ｈ０ ＜ ３ ｈ ｈｍ０ ＋３ （ ｈ ５ Δ ０ ＋３ １ ２ ０ － ω ） 显然该条件不能满足 ， 系统就不稳定 ， 即无论 调压室断面采用何值均不能确保波动稳定 。 其原 若考虑长 因是调速方程对 调 速 器 提 出 过 高 要 求 ，
种调压室的波动 稳 定 和 衰 减 特 性 尚 无 相 关 研 究 。 鉴此 ， 本文分别推 导 了 长 连 接 管 与 分 流 调 压 室 稳 定断面计算 公 式 ， 并利用 Ｍ ａ ｔ ｈ Ｃ Ａ Ｄ 分别计算了 不同连接管参数与分流比下调压室稳定断面和水 位波动过程线 ， 验证了公式推导结果并分析了长 连接管和分流对调压室波动稳定和衰减特性的影 然后对实际水电站进行计算分析 。 响规律 ，
·１ ３ ２·
水 电 能 源 科 学 ２ ０ １ ２年
长尾水洞抽水蓄能电站调节稳定性及参数优化
ｅ ａｕ ｔ ｅｇ ｖｒｉｇｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｆｔｅｐ ｍｐ ｔｒｉｅｉ ｐ ｔ ｒ ｒｄ，ｔａ ｓｔａ ｅｓｌｃｉｎｏ ｅｇｖ ｒｏ ａａ ｔｒ ｓ ｖ ａｅｔ ｏｅｎｎ ｅｆｍ ｎ ｅｏ ｕ － ｂｎ ｓ ｕ ｗａ ｌ ｈ ｏ ｈ ｕ ｏ ｆ ｈ ｔ ｔｔ ｅｅｔ ｆｔ ｏ ｅｎ ｒｐ ｍｅｅｓｍｕ ｔ ｉ ｈ ｈ ｏ ｈ ｒ ｐｏ ｔ ｅｑ ｉｋａｔｎ ａｉｎｏ ｅｆ ｃｕ ｔ ｎ ｏ ｅ ｗ ｔｒｌｖ ｌ ｎｔｅｓ ｒｅｔｎ ．Ａｔｌｓ，ｔｅｏ ｔ ｌ ｅｅ ｔ ｎｏ ｅｇｖ ｒｏ ｒｍｏｅｔ ｕｃ ｔ ｕ ｔ ｆｈ ｕ ｔａｉ ｆｔ ａｅ ｅ ｕｇ ａ ｋ ｈ ｅ ｏ ｔ ｌ ｏ ｈ ｅ ｉ ｈ ｔ ｈ ｐｉ ａ ｍａ ｓｌｃｉ ｆ ｈ ｏ ｅ ｒ ｏ ｔ ｎ ｐ ａ ｅｅ —ｂ ， ｒ ａｍ ｔｒ ｓ Ｉ ａｄ ｎ ｉ ｍａ ｅｗｔ ｕ ｒｃ ｉ ｌｔ ｎ ｎｔｉ ｗ ｙ ｏ ｎｙｔｅｆｅ ｕ ｎ ｙｏ ｅｔｒ ｉｅｄ ｒｎ ｅｉｏａ ｓ ｄ ｉ ｎ ｍｅｉａ ｓｍｕａｉ ．Ｉ ｈｓ ａ ，ｎ ｔ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｆ ｕｂｎ ｕｉｇｔ ｓｌ— ｈ ｌ ｏ ｏ ｈ ｈ ｔ ｈ
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长距离输水系统串联多阻抗调压室的水锤防护效果
第49卷第2期2021年3月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai Lniversity(Natural Sciences)Vol.49No.2Mar.2021DOI：10.3876/j.issn.1000-1980.2021.02.011长距离输水系统串联多阻抗调压室的水锤防护效果梁圣辰张健▽，贺蔚▽，唐洪武肖洋▽,何平3,廖峻杰3,蒋捷1,2(1.河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2.水安全与水科学协同创新中心，江苏南京210098；3.广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510635)摘要：结合某长距离、大流量输水工程，系统分析了单阻抗调压室和串联多阻抗调压室两种布置情况下阻抗孔径对水锤防护效果和最低涌浪的影响。
结果表明：单阻抗调压室防护方案下，通过改变调压室阻抗孔径可降低水锤压力,提升调压室最低涌浪，有效减小调压室占地面积；相比于单阻抗调压室防护方案，串联多阻抗调压室的防护效果更佳，可提高管线最小压力和最低涌浪，显著减小调压室总面积，且主、辅调压室均存在最优阻抗孔径。
关键词：长距离输水工程；串联多阻抗调压室；阻抗孔径；水锤；涌浪中图分类号:TV672+.2文献标志码：A文章编号：10001980(2021)02017006Water hammer protection effect of series throttled surge chambers inlong-distance water conveyance systemLIANG Shengchen1，2,ZHANG Jian1，2,HE Wei1，2,TANG Hongwu1，2,XIAO Yang1，2,HE Ping3,LIAO Junjie3,JIANG Jie1，2(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing210098,China；2.Cooperative Innovation Center for Water Safety&Hydro Science,Nanjing210098,China；3.Guangdong Hydropower Planning&Design Institute,Guangzhou510635,China)Abstract:A long-distance and large-flow water conveyance project is selected as a study case,and effects of the diameter of impedance hole on the water hammer protection and the minimum surge are systematically analyzed under two layouts,which are single throttled surge chamber and series throttled surge chambers.The results show that for the single throttled surge chamber scheme,through changing the diameter of the impedance hole of the surge chamber,the water hammer pressure can be reduced,the minimum surge in the surge chamber can be increased,and the surge chamber area can be effectively pared with the single surge chamber scheme,the effect of the series throttled surge chambers is better,for it can increase the minimum pressure along the pipeline and the minimum surge,significantly reduce the total area of the surge chambers,and all the surge chambers have optimal impedance apertures.Key words:long-distance water conveyance projects；series throttled surge chambers；impedance hole aperture；water hammer；surge长距离输水工程能够有效连通各大水系、解决水资源分配问题［1-2］。
带长连接管的水电站调压室最优阻抗特性研究
带长连接管的水电站调压室最优阻抗特性研究摘要：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 pipeWU 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 thatfor 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 orifice1 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。
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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 pipeWU 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 orifice1 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：式中：K1为下阻抗孔口阻抗系数；Ψ1、φ1为调压室连接管内的折射波和反射波；Ψ2、φ2为压力管道中的入射波和反射波；φ3为隧洞中的透射波，Ψ3为隧洞中来自水库的反射波；u= u1+ u2+u3，ui=gfi/ai（i=1，2，3），fi、ai分别为第i管道中的管道截面积和波速，g为重力加速度。
下阻抗孔口的水头损失系数采用水电站调压室设计规范选取，对于设置长连接管的阻抗式调压室，连接管与调压室大井相接处，存在一个局部水头损失，等效为上阻抗孔口，其水头损失系数同样采用水电站调压室设计规范选取即图5 体型6下调压室底部压力、蜗壳末端压力和调压室涌浪波动过程从图5中可以看出，两种不同体型调压室下，调压室底部最大动水压力值及发生时刻分别为748.648m （9.26s ）和728.205m （9.26s ），蜗壳末端最大动水压力值及发生时刻分别为798.068m （8.0s ）和788.084m （8.0s ），调压室最高涌浪及发生时刻分别为666.931m （71.84s ）和667.827m （66.54s ）。
连接管直径越大，调压室底部最大动水压力值和蜗壳末端最大动水压力值越小，连接管内水体惯性越小，调压室涌浪振幅越大，波动周期越短。
因此，在相同的阻抗损失系数下，应考虑采用采用管径较大的连接管直径来有效降低调压室底部最大动水压力值和蜗壳末端最大动水压力值。
体型1和体型6情况下蜗壳末端最大动水压力上升率较小，调压室涌浪较高，从抑制调压室水位波动振幅，加速水位波动衰减角度出发，应通过增大阻抗损失系数，降低调压室涌浪，保证蜗壳末端最大动水压力极值满足设计控制要求。
从表2中数据可以看出，当连接管直径分别采用3m 和6m 时，通过增大K1、K2之和降低调压室最高涌浪值，但同时也显著地提高了蜗壳末端最大动水压力值和调压室底部最大压力值。
通过优化设计，采用体型5替代体型2时，蜗壳末端最大动水压力值降低了0.241m ，调压室底部最大压力值降低了0.403m ，调压室最高涌浪0.002m ；当采用体型10替代体型7时，蜗壳末端最大动水压力值降低了1.894m ，调压室底部最大压力值降低了2.694m ，调压室最高涌浪0.022m ；采用体型7替代体型2时，蜗壳末端最大动水压力值降低了4.569m ，调压室底部最大压力值降低了9.768m ，调压室最高涌浪0.286m ；当采用体型10替代体型2时，蜗壳末端最大动水压力值降低了6.463m ，调压室底部最大压力值降低了12.462m ，调压室最高涌浪0.308m 。
发现当连接管直径以及K1、K2之和一定时，随着K2逐渐增大，蜗壳末端最大动水压力值和调压室底部最大压力值逐渐减小，调压室涌浪基本不变。
此外，连接管直径越大，增加K2值，减小K1值，蜗壳末端最大动水压力值和调压室底部压力值的降低效果越明显。
带长连接管水电站调压室设计时，不考虑施工难度和增加的工程投资，应优先选择体型10。
图8 体型2、5、7和10下的水击穿室系数波动过程对比图从图7中可以看出，流入调压室流量较小时，四种体型调压室连接管内反射波大小差别不大，当流入连接管流量最大时，连接管内反射波差异最大。
从图8中可以看出，连接管直径越大，K1值越小，水击穿室系数越小，图中体型10的水击穿室系数最小。
4 结论对于带长连接管的水电站调压室，从加大调压室水锤反射效果来说，连接管和阻抗孔口尺寸宜越大越好，但从抑制调压室水位波动振幅，加速调压室内水位波动的衰减过程的角度出发，上下阻抗孔口阻抗损失系数K1、K2之和不宜过小。
本文通过理论分析和模型验证发现，在K1和K2之和无法减小的情况下，可以通过减小K1和增加K2，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。