淺談水電站調壓室的設置

陳德潤，涂 憶

(1.黔南布依族苗族自治州水利水電勘測設計研究院，貴州 都勻 558000；2.黔南布依族苗族自治州水土保持站，貴州 都勻 558000)

1 調壓室的作用及設置調壓室的條件

1.1 調壓室的作用

1)由于調壓室具有自由水面和擴大斷面，由高壓水道傳來的正水錘波到達調壓室后，就會立即產生負水錘波反射回去，阻止了正水錘波向上游繼續傳播，使引水道中只有很小的壓力升高，因而其結構厚度可以減小。

2)可以改善機組在負荷變化時的運行條件。

3)減少引水系統中的水錘壓力。

1.2 調壓室設置的條件

調壓室的作用主要是在于減少水錘的影響，設置調壓室需要增加投資，因此根據影響水錘壓力大小的主要因素來判斷是否需要建造調壓室是十分有必要的，一般根據下式來判斷是否需要設置調壓室，當下式成立時，則需要建造調壓室：

∑Livi>KH0

(1)

式中：∑Livi為引水系統中具有相同流速的各段長度與其流速乘積的總和，m2/s；H0為水電站最小水頭，m；K為k可采用16-20，在系統中所占比重不大時k可取值范圍為20-50。式一只能初步估計有無設置調壓室的必要，最后應根據實際水錘壓力和機組的調節保證計算的成果，以及施工條件和造價等通過經濟技術比較，最終確定是否設置調壓室[1]。

2 調壓室的布置方式及基本要求

2.1 調壓室的布置方式

由于電站引水系統的條件不同，調壓室的引水系統主要有以下幾種布置方式：

引水調壓室：調壓室是布置在廠房的上游引水系統上，以減小上游引水系統的水錘壓力。

尾水調壓室：當廠房出水尾水段具有比較長的出水有壓水隧洞時，一般的在出水有壓部位設置調壓室減小尾水段的出水水錘壓力，防止機組在停機時產生比較大的水錘(負水錘)，使尾水隧洞發生水柱中段的現象，因此在水輪機的出水設置尾水調壓室。

進水段、出水段雙調壓室系統： 在地下式水電站廠房中，廠房的上游和下游都有比較長的引水有壓隧洞(或管道)，為了減小整個系統中的水錘壓力，改善機組的運行工況，因此在廠房的上游引水隧洞和廠房的下游尾水出水隧洞設置調壓室，即為進出水段雙調壓室。

進水段雙調壓室系統：在水電站進水系統中，上游如果有較長的引水隧洞(管道)，有時需要設置兩個或更多的調壓室，靠近廠房最近的調壓室對于反射水錘波起主導作用，因此稱為主調壓室，靠近主調壓室前端的調壓室用以反射越過主調壓室的水錘波，改善引水系統的工作條件，幫助主調壓室衰減引水隧洞(管道)的波動，因此稱為輔助調壓室。輔助調壓室越接近主調壓室，所起的作用越大，越靠近引水進口端，作用越小。引水系統中的波動衰減由兩個調壓室或更多調壓室共同承擔，增加一個調壓室的斷面可以減少另一個調壓室的斷面，但兩個調壓室的斷面之和總大于只設一個調壓室的斷面。進水段雙調壓室系統的水位波動現象是非常復雜的，它們是相互制約和誘發的作用很大，因此，應合理選擇兩個調壓室的位置和斷面，使引水系統的波動能較快的衰減。

2.2 調壓室的設置基本要求

根據調壓室的功用和工作條件可知，一個好的調壓室應當滿足下列基本要求：

1)應能充分反射高壓水道傳來的水錘波，以減小高壓水道中的水錘壓力，并阻止水錘波進入引水道。因此，調壓室與引水道聯接處應有較大的面積；

2)應能保證機組穩定運轉的條件。因此，要求在調壓室中發生的一切水位波動都必須具有逐漸衰減的性質，而且衰減得愈快愈好，不允許在其中發生共振，共振會破壞機組的正常工作；波動衰減過慢，會使電站長期處于不穩定狀態下工作，影響供電質量。如果采用的調壓室，其工作區具有足夠大的橫斷面積，就可以滿足這一要求；

3)在負荷變化時，引起的波動振幅小，頻率低。這樣就可以減小調壓室的高度和機組的轉速偏差率，對調速器的工作和機組的穩定運行也較有利；

4)工程安全可靠，施工簡單方便，造價經合理。

3 調壓室的基本類型及適用條件

根據水力條件和結構型式的特點，調壓室可以分為簡單調壓室，阻抗式調壓室，差動式調壓室，具有擴大室的調壓室以及溢流式調壓室[2]。

簡單調壓室：其結構特點是自上而下具有相同的橫斷面，它可以在頂部設溢流口以限制上涌浪高。簡單調壓室一般有較大的容積，底部和高壓水道連接處斷面也較大，故反射高壓水道傳來的水錘波和減小水錘壓力特別有效，其結構簡單，施工方便。其缺點是在恒定流情況下，水流通過調壓室底部進入壓力水管時，突然擴大后又突然收縮，水頭損失較大，在非恒定流時，由于調壓室底部阻抗很小，水流進出調壓室時能量損失不大，故波動的振幅大，衰減慢。這種形式多用于中、低水頭或容量較小的水電站中。

阻抗式調壓室:阻抗式調壓室與簡單式調壓室不同之點是調壓室底部與引水道連接處做成相當小的管或孔口，它對進出調壓室的水流起阻抗作用。當丟棄負荷時，水流由引水道經阻力孔進入調壓室，阻抗會使誰的能力損失增加，因而減小了水位波動的振幅，這樣可以使調壓室的高度降低，室中的波動衰減也較快，在正常運行時，水頭損失較簡單調壓室小。

差動式調壓室:它由兩個直徑不同的同心圓筒組成，中間圓筒直徑較小，一般采用等于引水道直徑，上有溢流口，通常稱為升井，其底部以阻力孔口與外面的大井相連。當棄荷時，升管中的水位迅速上升，使水錘波很快反射回去，既減小了高壓水道中的水錘壓力，也阻止了水錘波向引水道中的傳播，當水位超過升管頂部時，即向大井溢流，因而限制了水位的升高，減小了振幅和調壓室的高度。阻力孔的作用是減小大井中水位波動的振幅。當增負荷時，主要由大井經阻力孔向高壓水道供水，因此這種調壓室具有阻抗式和溢流式調壓室的優點，在減小水錘壓力、使波動迅衰減、需要的較容積較小和運用可靠等方面都比較優越。它的缺點是結構比教復雜，在負荷變化時，升管中水位升降急劇，升管與大井中的水位差很大，溢流時會產生沖擊振動，對結構不利，對于塔式結構影響更大。

具有擴大室的調壓室：這種調壓室多在巖石中開挖而成，很少作成地面塔式的，它可以做成上室式，下室式或雙室式，中間用斷面較小的豎井或斜井相連。上室供丟棄負荷時蓄水用，它對減小水面振幅、限制上涌浪高特別有效，當水位下降時，上室中的存水即流回豎井以補充水量。下室供增加負荷時向高壓水道補充水量，以保證下涌浪不會太低，避免在壓力水道中產生真空或壓力不足的現象。中間的豎井或斜井用來連接上、下室以及高壓水道與隧洞，如果采用雙室式，則可同時具有上室式和下室式二者的優點。這種調壓室可以作成溢流式或非溢流式，如果作成溢流式，則可減小上室容積或取消上室。如果將豎井延伸入上室并在頂端作溢流口，就成為雙室差動式調壓室，這時上室相當于大井的作用。在正常情況下，水位一般應位于上室和下室之間。豎井(或斜井)可以作成圓筒形或方形，前者受力條件較好。上室和下室則大多做成圓形斷面或馬蹄形斷面。簡單式調壓室示意圖見圖1，阻抗式調壓井剖面圖見圖2。

圖1 簡單式調壓室

圖2 阻抗式調壓井剖面圖

由上述可知，在具體條件下，如何選擇調壓室的布置方式和型式，是一個十分重要而復雜的問題。調壓室型式選擇得是否合理，不僅決定著調壓室本身的經濟與安全，而且也影響到引水道、高壓水道以及水電站的安全、經濟與運行，在一般情況下，各種調壓室的造價差別在整個水電站投資中所占的比重很小，但它對電站運行和建筑物的影響則是長期和重要的。因此，在確定調壓室的布置和選擇調壓室的型式時，主要應考慮其本身的安全可靠性和工作情況的好壞，并結合樞紐布置、地形、地質條件、施工條件以及電站的運轉特性和穩定要求等因素，進行全面分析綜合考。

[1]華北水利水電學校.水輪機[M].北京：水利電力出版社，1979：69-75.

[2]武漢水利電力學院.水輪機[M].北京：電力出版社，1980：121-129.