调压室设计规范word版.doc

水电站调压室设计规范Specifications for design of surgechamber of hydropowerstationsDL/T 50581996 主编单位：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 施行日期：1997年5月1日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1996733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/T50581996 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。一九九六年十月三十一日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SDJ1278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、SD13484水工隧洞设计规范、SDJ17385水力发电厂机电设计技术规范(试行)、DL/T50571996水工混凝土结构设计规范、SDJ1078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。2 术语、符号2.0.1 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。 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。2.0.2 基本符号 L压力引水道长度 Lw压力尾水道长度 A1压力水道断面面积 A调压室断面面积 Ath托马临界稳定断面面积 Ac调压室上室断面面积 Ap调压室大室断面面积 As调压室竖井断面面积 Ar升管断面面积 S阻抗孔断面面积 V调压室大室计算容积 VB上室计算容积 Vv下室计算容积 Z以静水位为基准的调压室涌波 Zmax调压室最高涌波 Zmin调压室最低涌波 Zc静水位距上室底面的高度 Zs静水位距溢流堰顶的高度 Z*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 Q流量 v流速 Hp设计水头 H0发电最小静水头 Hs吸出高度 hf沿程摩擦水头损失 hm局部水头损失 hw0压力引(或尾)水道总水头损失 hwm压力管道总水头损失 hc阻抗孔水头损失 水头损失系数 j孔口流量系数 m堰顶流量系数 Tw压力水道水流惯性时间常数 Ta机组加速时间常数 Ts水轮机导叶关闭时间3 调压室的设置条件及位置选择3.1 调压室的设置条件3.1.1 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。3.1.2 设置上游调压室的条件，可按式(3.1.2-1)作初步判别：TwTw (3.1.2-1)式中 Tw压力水道中水流惯性时间常数，s； Li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，m； vi各分段内相应的流速，m/s； g重力加速度，m/s2； Hp设计水头，m； TwTw的允许值，一般取24s。 Tw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50%时，宜用小值；当比重小于10%20%时可取大值。 在有机电资料时，可按图3.1.2，由Tw、Ta与调速性能关系进行判断。机组加速时间常数Ta按下式计算： (3.1.2-2)式中 GD2机组的飞轮力矩，kgm2； N机组的额定转速，r/min； P机组的额定出力，W。图3.1.2 Tw、Ta与调速性能关系图调速性能好的区域，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；调速性能很差的区域，不适用于大、中型电站3.1.3 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(3.1.3-1)作初步判断： (3.1.3-1)式中 Lw压力尾水道的长度，m； Ts水轮机导叶关闭时间，s； vw0稳定运行时压力尾水道中的流速，m/s； vwj水轮机转轮后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8m水柱。高海拔地区应作高程修正： (3.1.3-2)式中 Hv尾水管内的绝对压力水头，m； H尾水管入口处的水击值，m； 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0.5，对于第一相水击=1.0。3.2 调压室的位置选择3.2.1 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。3.2.2 调压室位置宜设在地下。3.2.3 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。3.2.4 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。4 调压室的基本布置方式、基本类型及选择4.0.1 水电站调压室的基本布置方式有： (1)上游调压室图4.0.1(a)； (2)下游调压室图4.0.1(b)； (3)上、下游双调压室系统图4.0.1(c)； (4)上游双调压室系统图4.0.1(d)。 若有特殊需要亦可采用其他布置方式。图4.0.1 调压室的基本布置方式(a)上游调压室；(b)下游调压室；(c)上、下游双调压室；(d)上游双调压室1压力引水道；2上游调压室；3压力管道；4下游调压室；5压力尾水道；6主调压室；7副调压室4.0.2 调压室的基本类型可分为以下几种： (1)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S应不小于调压室处压力水道断面面积A1图4.0.2(a)、(b)； (2)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4.0.2(c)、(d)； (3)水室式：由竖井和上室、下室共同或分别组成图4.0.2(e)、(f)； (4)溢流式：设溢流堰泄水图4.0.2(g)； (5)差动式：由带溢流堰的升管、大室与阻抗孔组成图4.0.2(h)、(i)； (6)气垫式：水面气压大于大气压力图4.0.2(j)。图4.0.2 调压室的基本类型(a)、(b)简单式；(c)、(d)阻抗式；(e)、(f)水室式；(g)溢流式；(h)、(i)差动式；(j)气垫式1连接管；2阻抗孔；3上室；4竖井；5下室；6储水室；7溢流堰；8升管；9大室；10压缩空气4.0.3 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。4.0.4 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： (1)能有效地反射由压力管道传来的水击波； (2)在无限小负荷变化时，能保持稳定； (3)大负荷变化时，水面振幅小，波动衰减快； (4)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； (5)结构简单，经济合理，施工方便。5 调压室的水力计算及基本尺寸的确定5.1 调压室的稳定断面面积5.1.1 上游调压室的稳定断面面积按托马(Thoma)准则计算并乘以系数K决定：A=KAth (5.1.1)式中 Ath托马临界稳定断面面积，m2； L压力引水道长度，m； A1压力引水道断面面积，m2； H0发电最小静水头，m； 自水库至调压室水头损失系数，=hw0/v2，(包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失，见附录A)，s2/m；在无连接管时用代替； v压力引水道流速，m/s； hw0压力引水道水头损失，m； hwm压力管道水头损失，m； K系数，一般可采用1.01.1；选用K1.0时应有可靠的论证。5.1.2 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。5.1.3 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。5.2 调压室的涌波计算5.2.1 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。5.2.2 调压室最高涌波水位计算工况： (1)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。 (2)下游调压室：按厂房下游设计洪水位时，共一调压室的全部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。5.2.3 调压室最低涌波水位的计算工况： (1)上游调压室：上库死水位时，共一调压室的全部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，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。 (2)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。 (3)有分期蓄水分期发电情况，对水位和运行工况作专门分析。5.2.4 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。5.2.5 除按5.2.2和5.2.3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。5.2.6 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。5.2.7 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。5.3 调压室基本尺寸的确定5.3.1 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B。5.3.2 阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择，应使增设阻抗后，压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。5.3.3 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。5.3.4 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1%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1.5%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1%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。5.3.5 溢流式调压室，应按最大溢流量进行泄水道设计。5.3.6 调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于1m。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23m，调压室底板应留有不小于1.0m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1m。5.3.7 有顶盖的(不含气垫式)调压室，应设置不小于10%压力水道面积的通气孔。6 抽水蓄能电站调压室的设计6.0.1 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。6.0.2 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。6.0.3 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。6.0.4 抽水蓄能电站调压室最高涌波水位，由下列工况计算确定： (1)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。 (2)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。6.0.5 抽水蓄能电站调压室最低涌波水位，由下列工况计算确定： (1)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。 (2)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。6.0.6 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。6.0.7 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。6.0.8 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C)，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C)。6.0.9 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23m。6.0.10 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。7 调压室的结构设计、构造、观测及运行要求7.0.1 调压室宜采用锚杆钢筋网混凝土或钢筋混凝土衬砌。7.0.2 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固措施。7.0.3 调压室结构所承受的荷载，分为基本荷载和特殊荷载两类。 (1)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。 (2)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。7.0.4 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。7.0.5 考虑地震设防时，调压室结构及其附属设备应加强其整体性和刚度等抗震措施，对差动式调压室大室内的升管及地面上的塔式结构须进行抗震计算。7.0.6 调压室有明显的不对称荷载时，宜按偏压荷载进行结构计算和稳定分析，并采取相应的结构措施。7.0.7 作用在衬砌上的外水压力，应考虑电站运行后的地下水位的变化。外水压力可采用调压室计算断面在地下水位线以下的水柱高度乘以相应的折减系数的方法估算。折减系数可按水工隧洞设计规范选用。外水压力亦可由渗流场分析来确定。7.0.8 调压室结构内力可用结构力学法计算，对于大尺寸、围岩地质或结构复杂的调压室宜用有限元法复核。7.0.9 在调压室中如有升管、闸门槽、通气孔等结构，应注意合理布置，在结构计算中，应考虑其不利影响，防止应力集中，并采取必要的结构措施。7.0.10 对于调压室上部及外侧边坡应进行稳定分析及加固处理。 调压室顶部应做好运行安全保护设施。7.0.11 调压室的围岩应进行固结灌浆加固，防止内水外渗。 调压室附近宜设排水设施、降低地下水位，以利边坡稳定。7.0.12 在寒冷地区的调压室应有防冻设施。7.0.13 如调压室内设置快降事故闸门，应考虑涌波与闸门的相互不利影响，并采取适当措施。7.0.14 应做好调压室观测设计，以监测调压室工作状态，为电站的安全运行提供必要的观测资料和积累设计经验。7.0.15 应根据上下游水位、电站运行特性、压力水道和调压室设计状况等因素，提出调压室的运行要求和限制条件。附录A 压力水道水头损失计算公式A1.0.1 水头损失由沿程摩擦损失与局部损失两部分组成，沿程损失采用谢才曼宁公式计算。，R为水力半径，糙率n值可参考表A1。局部水头损失计算通式为，局部水头损失系数值参见表A2。表 A1 压力水道糙率n值表序 号水道表面情况糙 率 n平 均最 大最 小1岩面无衬砌280395360(1)采用光面爆破0.0300.0330.025(2)普通钻爆法0.0380.0450.030(3)全断面掘进机开挖0.0172钢模现浇混凝土衬砌(1)技术一般0.0140.0160.012(2)技术良好0.0130.0140.0123岩面喷混凝土(1)采用光面爆破0.0280.0300.022(2)采用普通钻爆法0.0330.0370.028(3)全断面掘进机开挖0.0194钢 管0.0120.0130.011表 A2 局部水头损失系数值表序 号部 位形 状水头损失系数备 注1进水口0.5v为管道均匀段之流速0.20.12拦污栅栅条形状系数，见表A3s栅条宽度b栅条间距栅面倾角v过栅平均流速3门槽0.050.20(一般用0.10)v取槽前后平均流速4矩形变圆(渐缩)0.055圆变矩形(渐缩)0.106圆断面渐扩大i查图A1流速取v17圆断面渐缩小d查图A2流速取v18圆弧弯道D洞径R弯道半径弯道转角9出水口(下游渠道较深时取1)A1、A2为出口前后断面积。v取出口前流速10直角分岔0.101.5011对 称Y形分岔0.75无圆锥管段0.50有圆锥管段12T(卜)形分岔分流见公式(A1)公式(A4)合流见公式(A5)公式(A8)13蝶阀见表A4表 A3 栅条形状系数数值表栅条形状2.421.831.671.0350.920.761.79表A4 蝶阀完全开启时，与t/D比值的关系表t/D0.100.150.200.250.050.100.100.160.170.240.250.35图 A1 逐渐扩大的损失系数i值(60)图 A2 逐渐缩小的损失系数d值 在完全开启时，若缺乏有关资料，可近似取=0.2。 T(卜)形岔管的分流与合流的局部损失计算(见图A3)。 (1)分流时(Q1=Q2+Q3) (A1) (A2) (A3) (A4)式中 H1、H2、H3断面11、22、33处的总水头； v1断面11的平均流速； 主管与支管的交角； 支管与主管的断面面积比； =r/D，D为主管直径，r为支管与主管连接处的修圆半径； q2q2=Q2/Q1，Q2为支管流量，Q1为分流前的主管流量，在分流时规定q20。图 A3 T(卜)形岔管分流与合流局部损失计算形状示意图 (2)合流时(Q1+Q2=Q3) (A5) (A6) (A7) (A8) 式中 q2支管流量Q2与合流后的流量Q3之比，合流时，规定取q20。 其余符号的意义同前。附录B 调压室的涌波计算公式*调压室的涌波计算，以室中静水位为准，向下为正。B1 简单式调压室B1.1 丢弃全负荷时的最高涌波Zmax由下式计算：X0=ln(1+Xmax)+Xmax (B1) 式中 L压力引水道长度； hw0流量为Q0时(在丢弃负荷前)，上游库水位与调压室水位之差； v0对应于Q0时压力引水道的流速。 Zmax亦可由图B1中曲线A，根据X0查出Xmax，算出Zmax。图B1 简单式调压室丢弃负荷最高涌波计算图B1.2 丢弃全负荷时第二振幅Z2可由下式计算：Xmaxln(1Xmax)ln(1X2)X2 (B2)Z2X2 X2值也可从图B1中曲线A、B求得。根据已知Xmax或X0求Z2值，可沿横坐标轴线找出相应的Xmax值，并引垂线与曲线B相交，再由该交点引水平线与曲线A相交，其交点的横坐标值即X2的数值，X2即Z2值。B1.3 增加负荷时最低涌波Zmin按下式计算： (B3) 式中 无因次系数，表示压力水道调压室系统的特性； Q增加负荷前的流量； Q0增加负荷后的流量。 图B2为式(B3)的计算图。B1.4 当调压室的涌波水位受到限制时，可按允许的Zmax来决定调压室的面积A(包含在值内)，也可用下列福格特近似公式计算Xmax值： (B4)图B2 简单式调压室增加负荷最低涌波计算图B2 阻抗式调压室B2.1 阻抗孔水头损失计算 通过阻抗孔口的水头损失hc值，可通过公式，近似计算得出，式中j为阻抗孔流量系数可由试验得出，初步计算时可在0.600.80之间选用，S为阻抗孔断面面积。B2.2 丢弃全负荷时的最高涌波计算 当hc01时按下式计算 (B5)式中 hc0全部流量通过阻抗孔时的水头损失。 图B3为Calame-Gaden计算阻抗调压室瞬时丢弃全负荷时最高涌波计算图，图中计算用值分别为图B3 阻抗式调压室丢弃负荷时最高涌波计算图 Z*压力水道系统的摩阻为零丢弃全负荷时的自由振幅，； Zmax丢弃全负荷时的最高涌波； Ym阻抗孔下部的瞬时压力上升值。 图B3中R区为阻抗孔下部的瞬时上升压力超过最高涌波水位压力的区域，表示阻抗孔尺寸过小；M区为阻抗孔下部瞬时上升压力低于最高涌波水位压力的区域，表示阻抗孔尺寸偏大；SS线为两者的分界线，阻抗孔尺寸最合适。用此图亦可估算阻抗孔尺寸。B2.3 增加负荷时的最低涌波计算 当阻抗孔尺寸满足公式(即最合适的尺寸)时，可按下式近似地计算最低涌波值： (B6)式中符号意义同前。 图B4为阻抗调压室突然增加负荷时(负荷由零突增至100%)的最低涌波计算图。当负荷由50%增至100%时的最低涌波亦可用差动式调压室增荷计算图(图B9)。图B4 阻抗式调压室最低涌波计算图B3 水室式和溢流式调压室B3.1 丢弃负荷时上室容积与涌波的初步计算 (1)无溢流堰时上室容积及最高涌波按下式计算： (B7) 式中 Zc自静水位至上室底面距离； As竖井的断面面积； Ac上室断面面积。 图B5为公式(B7)的计算图，根据已知上室断面面积Ac求出最高涌波水位Zmax，或者定出Zmax值反求出上室的断面面积Ac。图B5 无溢流堰的上室最高涌波计算图 如果上室底部与上游计算静水位在同一高程(或不计Zc段竖井高度时)，可按下式近似计算上室的容积VB： (B8)图B6 有溢流堰时上室示意图图B7 下室位置示意图 (2)有溢流堰时上室的容积和涌波计算： 设溢流堰顶在上游静水位以上的距离为Zs，溢流堰顶通过最大流量Qy时的水层厚度为h，如图B6所示，则丢弃负荷时的最高涌波为ZmaxZshQyyQ0yv0A1 (B9)式中 m溢流堰的流量系数，与堰顶的形式有关； B堰顶长度； y竖井水位升到溢流堰顶时压力水道内的流速减小率。 丢弃全负荷时，在Zmax已知的情况下，假定竖井与上室之间的连接孔为单向排水孔，在水位升高时不起作用，经堰顶流至上室的水量必须的容积按下式计算： (B10)式中符号意义同前。 如所采用的上室容积比所计算的VB值小，则上室应设外部泄水道，使多余的水量沿斜坡向下游排泄，开始泄流流量按逐步积分法求得。如果不设上部储水室，令溢出堰顶的水量全部泄走，则泄水道的断面过水流量应按Qy值进行设计，QyyQ0。B3.2 增加负荷时下室容积的初步计算 计算下室容积时，一般先定出最低涌波Zmin值，则在增荷前运行水位至最低下降水位之间的容积由下式计算：令 (B11)式中符号意义同前，图B8为v计算曲线。 为保证增荷时压力管道内不进入空气，下室容积须较计算值为大，即下室底部应在最低涌波水位之下，留有余地，如图B7所示。图B8 确定调压室下室容积计算曲线B4 差动式调压室B4.1 阻抗孔面积与增加负荷时的最低涌波计算 阻抗孔的面积，一般按增加负荷的要求决定，即假定升管水位下降到最低水位Zmin时，大室水位和压力水道的流量均未发生变化，大室流入升管的流量为Q0mQ0计算阻抗孔面积S。 (B12)式中 jH水自大室流入升管(或压力水道)时的孔口流量系数(初步计算时可按jH0.8计算)； H水自大室流入升管(或压力水道)时的孔口阻抗损失相对值，按下式采用： 在阻抗孔尺寸满足上述条件时，最低涌波计算公式如下： (B13)图B9 差动式调压室最低涌波计算图(负荷自50%增至100%时)式中 Ar升管断面面积； Ap大室断面面积。 图B9为负荷自50%急增至100%时的最低涌波计算图，R区为负荷增加后升管最低下降水位低于大室最终水位，表示阻抗孔面积过小；M区表示阻抗孔面积过大，升管最初下降水位高于大室最低水位。SS线为两者分界线，阻抗孔面积最理想，图中；hc0为对应于Q0时的阻抗损失值。B4.2 丢弃负荷时的最高涌波计算 突然丢弃全负荷后，升管水位迅速上升，假定在升管到达最高水位开始溢流时，大室水位和压力水道流量尚未改变，则引水道流量Q0的一部分Qy经升管顶部溢入大室，另一部分Qc在水头(hw0Zmax)的作用下经阻抗孔流入大室，Qc、Qy由下列公式计算： (B14) (B15)升管顶部溢流层的厚度升管顶部在静水位以上的距离ZBZmaxh式中 jc水自升管(或压力水道)流入大室时的孔口流量系数(初步计算时可按jc0.6计算)； c水自升管(或压力水道)流入大室时的孔口阻抗损失相对值： 按大室水位升到Zmax时，压力水道流速为零决定大室从hw0至Zmax之间的容积按下式计算： (B16) 式中符号意义同前。应注意Zmax、ZB是在静水位以上，应以负值代入。 图B10为瞬时丢弃全负荷时最高涌波计算图，S区表示在大室水位上升时间内，升管大部分时间溢流的范围，阻抗孔口尺寸较合适；T区表示只在弃荷最初升管溢流的区域，底孔尺寸略偏大；N区表示在大室水位上升时间内，升管完全不溢流，阻抗孔尺寸过大。图B10 差动式调压室最高涌波计算图 计算差动式调压室的Z*时，应注意AArAp。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C1 有机组全特性曲线时调压室涌波计算C1.1 上游调压室最低涌波计算C1.1.1 涌波计算的基本方程式 涌波计算的基本方程式主要包括以无因次量表示的水击压力特征线法基本方程式、水泵工况机组的惯性方程式、调压室水位波动的基本方程式及水泵全特性曲线，分别叙述如下： (1)水击压力特征线法基本方程式： (C1) (C2)式中 H扬程，m； q压力管道中的流量，m3/s； H、q的下标xt表示x=x断面处t=t时刻的值； HR额定扬程，m； qR额定流量，m3/s； H无量纲量，H=H/HR； q无量纲量，q=q/qR； 管路常数(无因次量)，； Ap压力管道的断面面积，m2； a水击压力波的传播速度，m/s； g重力加速度，m/s2； 水的容重，N/m3； D压力管道直径，m； 压力管道管壁厚度，m； E压力管道管材的弹性模量，Pa； K水的体积弹性模量，2.07109Pa。 (2)水泵工况机组的惯性方程式：n-1-n=k1(n-1+n)t (C3)式中 无量纲量，=N/NR； 无量纲量，=M/MR； k1系数，； N转速，r/min； M转矩，Nm； NR额定转速，r/min； MR额定转矩，Nm； 下标n-1和n分别表示tn-1和tn时刻的值； WR2飞轮效应，kgm2； R额定效率。 (3)水泵水轮机的全特性曲线由制造厂家提供。 (4)调压室涌波的基本方程式：Qn=-k2+k3Hz，n-1+k4Qn-1 (C4)z,n=k5qn-k5Qn+Hz,n-1 (C5)式中 k2系数，； k3系数，； k4系数，； k5系数，； Hz,n无量纲量，Hz,n=Hz,n/HR； Qn压力引水道中的流量Q与额定流量QR的比值(无因次量)Qn=Qn/QR； Hz以下库水位为基准面的涌波高度； 下标n-1和n的意义同前； A1 压力引水道断面面积，m2； L压力引水道长度，m； A调压室断面面积，m2； Ha上、下库的水位差，m； Ha无量纲量，Ha=Ha/HR； Q0水泵断电前(t=0)压力引水道中的抽水流量，m3/s； QR压力引水道中的额定抽水流量，m3/s； Q0Q0/QR(无因次量)； hR压力引水道中按额定流量抽水时的沿程损失水头，m； C谢才系数，； hR无量纲量，hR=hR/HR； n糙率系数； R压力引水道断面的水力半径，m； t计算时间步长，t=/m,s； 水击压力波的往复时间，=2l/a,s； m分段数，取整数； l压力管道长度，m。 当调压室为水室式时，只要令k5中的A值相应于水位变化即可；当调压室为差动式时，则式(C5)应以下式代替：Hzn=k5qn-k5(Qn-1-Qn)+Hzn-1式中 k6系数，； k7系数，； S阻抗孔断面面积； j阻抗孔流量系数。图 C1 符号说明C1.1.2 涌波计算方法 根据水泵工况机组断电(t=0)前的抽水流量q0、扬程H0、转速N0、转矩M0，求得相应于初始条件的无因次量q0=q0/qR，H0=H0/HR，0=N0/NR，0=M0/MR，在qH平面上给出坐标H=H0，q=q0的点A0，这个点A0给出了水泵工况机组断电前A点(水泵出口)的状态，B0.25X=l/2、压力管道中间点B在t=0.25时的状态，为水击压力波的往复时间(以s计)，=2l/a和C0.5(X=l、调压室处点C在t=0.5时的状态)和这个A点相一致，参见图C2。 取计算的时间步长，自A0点引坡度为+2的特征线，在这条线上选择适当的A0.5的位置，然后根据水泵全特性曲线求得相应于该点的H、q的0.5，0.5值，再将0.5代入水泵工况机组的惯性方程式(C3)：0-0.5=k1(0+0.5)t的右边求0.5值，假如这个值与由水泵工况特性曲线求得的0.5不一致，应将A0.5的位置在坡度为+2的特征线上移动使两者一致，并确定A0.5的点(水泵出水边在t=0.5s时的状态)，该点也就是B0.75点，同样的操作可在同一特征线上求得A1点。图 C2 在qH平面上计算方法的说明(上游调压室) 然后自A0.5点引一坡度为-2的特征线，再将H0，Q0替代式(C4)中的Hz，n-1，Qn-1，可求得Q1，将Q1替代式(C5)中的Qn可得：Hz，1=k5q1+(H0-k5Q1) 由Hz，1(=Hz，1/HR)，可得Hz，1，即为t=时以下库水位为基准面的调压室水位，上式也表示是Hq平面上经过H轴上截距为的点而坡度m=k5的直线，该直线与引自A0.5、坡度为-2的直线的交点，即为所求的C1点。 自C1点引坡度为+2的特征线，按上述同样步骤操作，可确定A1.5点，同样由自A1点引出的坡度为-2的特征线和经过H轴上截距为的点而坡度为m=k5的直线的交点，可求得C1.5点，自C1.5点给坡度为+2的特征线，用同样的步骤可得A2点反复同样的操作，由图解计算所得的不同时刻的A点就可求得在不同时刻的流量q随时间变化的函数关系，即得出了随着水泵断电导叶拒动，水泵工况机组过流量的过程，而后按下式： (C6) (C7)即可通过数值计算确定调压室中的最低涌波水位。C1.2 下游调压室最高涌波计算 对于上库水位不变，发电厂房下游侧有较长压力尾水道，在其起始点处设有下游调压室的抽水蓄能电站，作水击压力计算的特征线法的基本方程式和水泵工况机组的惯性方程式和上述的式(C1)、式(C2)和式(C3)是完全相同的，下游调压室水位波动基本方程式的运动方程和连续方程，在采用图(C3)所示的符号和正负号时，可完全相同地用式(C6)、式(C7)表示。但这时的Z值如取下库的水面作基准面，就没有必要进行