调压井设计规范.doc

1 2 3 总则 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 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 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 水电站调压室设计除必须遵守本规范的规定外 还应符 合 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 水工 隧洞设计规范 水力发电厂机电设计技术规 范 试行 水工混凝土结构设计 规范 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 以上标准将来如有修改 则执 行其新版本 术语 符号 名词术语 调压室设置在压力水道上 具有下列功能的建筑物 由调 压室自由水面 或气垫层 反射水击波 限制水击波进入压力引 尾 水道 以满足机组调节保证的技术要求 改善机组在负荷 变化时的运行条件及供电质量 上游调压室设置在水电站厂房上游压力水道上的调压室 4 下游调压室设置在水电站厂房下游压力水道上的调压室 压力水道压力引水道 压力管道 压力尾水道的统称 压力引水道自进水口至上游调压室之间的压力水道 压力管道自上游调压室至水轮机蜗壳进口之间的压力水道 压力尾水道自下游调压室至出口之间的压力水道 起始水位机组负荷变化以前的调压室水位 静水位机组引用流量为零时的调压室水位 即水库或下游河 床水位 最高涌波机组负荷突然变化时 调压室中相对于静水位的最高 振幅 最低涌波机组负荷突然变化时 调压室中相对于静水位的最低 振幅 第二振幅在最高 或最低 涌波发生后 紧接产生的方向相反 的最低 或最高 振幅 设计水头达到机组额定出力所需的最小水头 净水头扣去有关压力水道损失 不含蜗壳及尾水管损失 以 后 作用在水轮机上的有效水头 静水头电站上下游水位差 吸出高度水轮机安装高程与下游最低水位的高差 基本符号 压力引水道长度 压力尾水道长度 压力水道断面面积 调压室断面面积 托马临界稳定断面面积 5 调压室上室断面面积 调压室大室断面面积 调压室竖井断面面积 升管断面面积 阻抗孔断面面积 调压室大室计算容积 上室计算容积 下室计算容积 以静水位为基准的调压室涌波 调压室最高涌波 调压室最低涌波 静水位距上室底面的高度 静水位距溢流堰顶的高度 不计压力水道系统的摩阻 丢弃 或增加 全负荷时的 调压室自由振幅 流量 流速 设计水头 发电最小静水头 吸出高度 沿程摩擦水头损失 局部水头损失 压力引 或尾 水道总水头损失 压力管道总水头损失 阻抗孔水头损失 6 水头损失系数 孔口流量系数 堰顶流量系数 压力水道水流惯性时间常数 机组加速时间常数 水轮机导叶关闭时间 调压室的设置条件及位置选择 调压室的设置条件 设置调压室的必要性 应在机组调节保证计算和运行条 件分析的基础上 考虑水电站在电力系统中的作用 地形 地质 压力水道布置等因素 进行技术经济比较后确定 设置上游调压室的条件 可按式 作 初步判别 式中 压力水道中水流惯性时间常数 压力水道及蜗壳和尾水管 无下游调压室时应包括压力 尾水道 各分段的长度 各分段内相应的流速 重力加速度 设计水头 的允许值 一般取 的取值随电站在电力系统中的作用而异 当水电站作孤立 运行 或机组容量在电力系统中所占的比重超过 时 宜用小 7 值 当比重小于 时可取大值 在有机电资料时 可按图 由 与调速性能关 系进行判断 机组加速时间常数 按下式计算 式中 机组的飞轮力矩 机组的额定转速 机组的额定出力 调速性能好的区域 适用于占电力系统比重较大或孤立运行的 电站 调速性能较好的区域 适用于占电力系统比重较小的电站 8 调速性能很差的区域 不适用于大 中型电站 图 与调速性能关系图 设置下游调压室的条件 以尾水管内不产生液柱分离为 前提 其必要性可按式 作初步判断 式中 压力尾水道的长度 水轮机导叶关闭时间 稳定运行时压力尾水道中的流速 水轮机转轮后尾水管入口处的流速 吸出高度 机组安装高程 最终通过调节保证计算 当机组丢弃全负荷时 尾水管内的最大真 空度不宜大于 水柱 高海拔地区应作高程修正 式中 尾水管内的绝对压力水头 尾水管入口处的水击值 考虑最大水击真空与流速水头真空最大值之间相位差的系 数 对于末相水击 对于第一相水击 调压室的位置选择 调压室的位置宜靠近厂房 并结合地形 地质 压力水 道布置等因素进行技术经济分析比较后确定 调压室位置宜设在地下 9 进行调压室位置选择时宜避开不利的地质条件 以减轻 电站运行后渗水对围岩及边坡稳定的不利影响 由于扩建电站或电站运行条件改变等原因 必须增设副 调压室时 其位置宜靠近主调压室 调压室的基本布置方式 基本类型及选择 水电站调压室的基本布置方式有 上游调压室 图 下游调压室 图 上 下游双调压室系统 图 上游双调压室系统 图 若有特殊需要亦可采用其他布置方式 调压室的基本类型可分为以下几种 10 压力引水道 上游调压室 压力管道 下游调压 室 11 压力尾水道 主调压室 副调压室 图 调压室的基本布置方式 连接管 阻抗孔 上室 竖井 下室 储水室 溢流堰 升管 大室 压缩空气 图 调压室的基本类型 简单式 包括无连接管与有连接管二种型式 连接管的断面 面积 应不小于调压室处压力水道断面面积 图 阻抗式 阻抗孔口断面面积应小于调压室处压力水道断面面 积 图 水室式 由竖井和上室 下室共同或分别组成 图 12 溢流式 设溢流堰泄水 图 差动式 由带溢流堰的升管 大室与阻抗孔组成 图 气垫式 水面气压大于大气压力 图 根据工程实际情况 亦可取两种或两种以上基本类型调 压室的特点 组合成混合型调压室 调压室的选型应根据水电站的工作特点 结合地形 地 质条件 全面地分析各类调压室的优缺点及适用条件 进行技术经 济比较后确定 调压室选型的基本原则为 能有效地反射由压力管道传来的水击波 在无限小负荷变化时 能保持稳定 大负荷变化时 水面振幅小 波动衰减快 在正常运转时 经过调压室与压力水道连接处的水头损失较 小 结构简单 经济合理 施工方便 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 上游调压室的稳定断面面积按托马 准则 计算并乘以系数 决定 式中 托马临界稳定断面面积 m2 压力引水道长度 13 压力引水道断面面积 发电最小静水头 自水库至调压室水头损失系数 包括 局部水头损失与沿程摩擦水头损失 见附录 在无连 接管时用 代替 压力引水道流速 压力引水道水头损失 压力管道水头损失 系数 一般可采用 选用 时应 有可靠的论证 稳定断面面积的计算公式和原则 亦适用于压力尾水道 上单独设置的调压室 但需将压力引水道改为压力尾水道 压力管 道改为尾水管后的延伸段的长度 断面面积 水头损失系数等数值 用 代替 对于上 下游双调压室 上游双调压室 气垫式调压室 及其他特殊布置方式的调压室稳定断面面积计算 应通过专门论证 确定 调压室的涌波计算 调压室的涌波水位可不计压力管道水击的影响 当采用 气垫式调压室时则应与压力管道水击联合计算 调压室最高涌波水位计算工况 上游调压室 按上库正常蓄水位时 共用同一调压室的 以 下简称共一调压室 全部机组满载运行瞬时丢弃全部负荷 作为设 计工况 按上库校核洪水位时 相应工况作校核 下游调压室 按厂房下游设计洪水位时 共一调压室的全部 14 台机组由 台增至 台或全部机组由 负荷突增至 满载作为设计工况 按厂房下游校核洪水位时相应工况作校核 并 复核设计洪水位时共一调压室的全部机组瞬时丢弃全负荷的第二振 幅 调压室最低涌波水位的计算工况 上游调压室 上库死水位时 共一调压室的全部 台机组由 台增至 台或全部机组由 负荷突增至满载 并复 核上库死水位时共一调压室的全部机组瞬时丢弃全负荷时的第二振 幅 下游调压室 共一调压室的全部机组在满载及相应下游水位 瞬时丢弃全部负荷 有分期蓄水分期发电情况 对水位和运行工况作专门分析 经论证后 明确不存在同时丢弃全部负荷的运行情况 则可按丢弃部分负荷进行涌波计算 除按 和 的规定进行调压室涌波水 位计算外 尚应对可能出现的涌波叠加不利工况进行复核 必要时 可合理调整运行方式或修改调压室尺寸 计算调压室涌波水位 丢弃负荷时引水道和尾水道的糙 率取小值 增加负荷时引水道和尾水道的糙率取大值 对大型电站的调压室或型式复杂的调压室的水力特性 必要时可通过水力模型试验验证 调压室基本尺寸的确定 调压室断面面积应满足稳定要求 高度应满足涌波要求 涌波计算见附录 阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择 应使增设阻抗后 压 15 力管道末端的水击压力变化不大 而调压室处压力水道的水压力 任何时间均不大于调压室出现最高涌波水位时的水压力 也均不低 于最低涌波水位的水压力 并尽可能地抑制调压室的波动幅度 以 及加速波动的衰减 差动式调压室尺寸的选择 宜使大室与升管具有相同的 最高及最低涌波水位 并使升管在最初时段即到达极值 升管面积 宜与调压室处压力水道的面积接近 水室式调压室上室容积按丢弃负荷时的涌水量确定 有 较长的上室时 应考虑水面波降的影响 上室底板宜设在最高静水 位以上 设溢流堰的上室底部 应布置适当的孔口 使上室水体流回竖井 上室应具有不小于 的倾向竖井的排水底坡 下室的顶部宜设在最低运行水位以下 做成背向竖井的不小于 的斜坡 下室的底部应比最低涌波水位稍低 并做成倾向 竖井并不小于 的斜坡 下室不宜过长 在多泥沙的河流上 应 考虑下室底部淤积的影响 溢流式调压室 应按最大溢流量进行泄水道设计 调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于 上 游调压室最低涌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 调压室底板应留有不小于 的安全水深 下游调压室最低涌波水位与尾水管出口顶部之间的安全高度应不小 于 有顶盖的 不含气垫式 调压室 应设置不小于 压力水道面积的通气孔 抽水蓄能电站调压室的设计 16 抽水蓄能电站调压室的设置条件与常规水电站调压室的 设置条件相同 抽水蓄能电站调压室的型式 不论上游调压室或下游调 压室 一般不选用简单式 而宜选用阻抗式 差动式 水室式或其 他混合型调压室 抽水蓄能电站调压室的稳定断面面积的确定与常规水电 站调压室的相同 抽水蓄能电站调压室最高涌波水位 由下列工况计算确 定 上游调压室 上库校核洪水位 共一调压室的所有发电机组 在满负荷运行时 突然丢弃全部负荷 导叶紧急关闭 上库正常蓄 水位 共一调压室的发电机组启动 增至满负荷后 在进入调压室 流量最大时丢弃全部负荷 导叶紧急关闭 下游调压室 下库校核洪水位 共一调压室的抽水机组在扬 程最小 抽水流量最大时 突然断电 导叶全部拒动 下库正常蓄 水位 共一调压室的抽水机组启动 达到最大流量后 在进入调压 室流量最大时突然断电 导叶全部拒动 抽水蓄能电站调压室最低涌波水位 由下列工况计算确 定 上游调压室 上库最低水位 共一调压室的抽水机组在最大 抽水流量时 突然断电 导叶全部拒动 上库最低水位 共一调压 室的抽水机组 最小扬程 机组启动 达到最大流量后 在流出调 压室流量最大时 突然断电 导叶全部拒动 下游调压室 下库最低水位 共一调压室的发电机组满负荷 运行时 突然丢弃全部负荷 导叶紧急关闭 下库最低水位 共一 17 调压室的发电机组启动增至满负荷后 在流出下游调压室流量最大 时 丢弃全部负荷 导叶紧急关闭 对抽水蓄能电站运行工况分析研究后 认为不存在共一 调压室的所有机组同时启动或全部丢弃负荷时 亦可按机组逐台开 启或部分机组丢弃负荷考虑 计算抽水蓄能电站调压室的最高 最低涌波水位时 发 电工况压力水道的糙率取值同常规电站的调压室 抽水工况 压力 水道的糙率值经分析取用 抽水蓄能电站调压室的涌波计算 发电工况可按照常规 水电站调压室的涌波公式进行计算 抽水工况突然断电 导叶全部 拒动时的涌波计算 在厂家已提供机组全特性曲线的情况下 可采 用计算输水系统过渡过程的特征线法 亦可采用图解演算求得抽水 工况机组突然断电 导叶拒动场合的水泵流量随时间变化的过程 见附录 并按此作为边界条件进行涌波计算 在厂家未提供机 组全特性曲线的阶段 可采用简算法 见附录 抽水蓄能电站调压室尺寸的确定与常规水电站调压室基 本相同 但下游调压室最低涌波水位与调压室处压力尾水道顶部之 间的安全高度应不小于 抽水蓄能电站调压室的结构设计 构造 观测及运行 要求可按照常规水电站调压室考虑 调压室的结构设计 构造 观测及运行要求 调压室宜采用锚杆钢筋网混凝土或钢筋混凝土衬砌 设在完整 坚硬 渗透性小的围岩中的调压室 当室壁 至厂房或边坡的最小距离满足稳定及渗透坡降要求时 可采用锚杆 喷混凝土支护 在顶部及交岔口处应进行衬砌或采取其他有效的加 18 固措施 调压室结构所承受的荷载 分为基本荷载和特殊荷载两 类 基本荷载 包括围岩压力 设计情况下的内水压力 稳定渗 流情况下的外水压力及衬砌自重 设备重量 风荷载 地面塔式结 构 等 特殊荷载 包括校核水位时的内水压力 外水压力 温度作 用 灌浆压力及地震荷载等 差动式调压室升管的水压力应按运行中可能出现的不利工况下大室 与升管最大水位差计算 计算荷载应根据运行 施工 检修不同工况 分别组合 为基本组合和特殊组合两类 在结构计算中应采用各自最不利的组 合 其具体配筋计算 按 水工混凝土结构设计规范 水工隧洞 设计规范 规定采用 考虑地震设防时 调压室结构及其