调压室设计规范指南

水电站调压室设计规范

Specificationfordesignofsurgechamberofhydropowerstation

中华人民共和国电力行业原则

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

同意部门：中华人民共和国电力工业部

中华人民共和国电力工业部

有关公布《水电站调压室设计规范》

电力行'也原则的告知

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》电力行业原则，经审查通过，同意为推荐性原则，现予公布。

其编号为：DL/T5058-1996

该原则自1997年5月1日起实行。

请将执行中的问题和意见告水电水利规划设计总院，并抄送部原则化领导小组办公室。

1996年10月31日

F1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确实定

6抽水蓄能电站调压室日勺设计

7调压室的构造设计、构造、观测及运行规定

附录A压力水道水头损失计算公式

附录B调压室的I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措施

本规范用词规定

附加阐明

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，

积极谨慎地采用国内外先进技术和经验，统一调压室设计的原则、规定，特制定本规范。

1.0.2本规范合用于大、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，

小蛰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、地质状况、压力水道U勺布置、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原则（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

混凝土构造设计规范》、SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》（试行）等现行的国家、行业

有关原则与规定。以上原则未来如有修改，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：①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

节保证的技术规定；②改善机组在负荷变化时日勺运行条件及供电质

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此前的调压室水位。

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）。

最高涌波机组负荷忽然变化时，调压室中用对于静水位的最高振幅。

最低涌波机组负荷忽然变化时，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，

设计水头到达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）后来，作用在水轮机

上的有效水头。

静水头电站上下游水位差。

Q—流量

v-流速

%—设计水头

Ho—发电最小静水头

R一吸出高度

hf-沿程摩擦水头损失

hm1局部水头损失

hM一压力引(或尾)水道总水头损失

hwm一压力管道总水头顿失

%一阻抗孔水头损失

。一水头损失系数

小一孔口流量系数

m一堰顶流量系数

Tw—压力水道水流惯性时间常数

L一机组加速时间常数

T、一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I内设置条件

3.1.1设置调压室的必要性，应在机组调整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IJ勺作川、地形、地质、压力水道布置等原因，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)作初步鉴别:

Tw>[T\v]

=①q

亚(3.1.2-1)

式中Tw—压力水道中水流惯性时间常数，s；

L一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)各分段时长度，m；

①一调速性能好”勺区域，合用于占电力系统比重较大或孤立运行的电站;

②一调速性能很好的区域，合用于占电力系统比重较小II勺电站;

③一调速性能很差的区域，不合用于大、中型电站

w、Ta与调速性能关系图

Vi—各分段内对应的流速，m/s；

g—重力加速度，|]於2；

Hp—设计水头，m；

[Tw]—TV的容许值，一般取2〜4s。

[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5C%时，宜用小值，当比重不不小于10%〜20%时可取大值。

在有机电资料时，可按图3.1.2,由T”及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：

=G*将

365P(3.1.2-2)

式中GD?一机组的飞轮力矩，kg•m2；

N一机组U勺额定转速，r/min：

P一机组的额定出力，Wo

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—

I）作初步判断：

普,一羔一标一乂

(3.1.3-1)

式中Lu—压力尾水道的J长度，m：

R一水轮机导叶关闭时间，s；

vwo一稳定运行时压力尾水道中的流速，m/s；

v“，j—水轮机转轮后尾水管入口处的流速，m/s

Hs—吸出高度，m；

▽一机组安装高程，m。

最终通过调整保证计算，当机组丢弃全负荷时，尾水管内的最大真空度不适宜不小于8m水

柱。高海拔地区应作高程修正：

%=好-区―或

(3.1.3—2)

式中Hv一尾水管内的I绝对压力水头，m；

△H一尾水管入口处的水击值，m；

。一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,

对于第一湘水击。=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、压力水道布置等原因进行技术经济分

析比较后确定。

322调压室位置宜设在地下。

3.2.3进行调压室位置选搭时宜避开不利H勺地质条件，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变化等原因，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。

4.0.2调压室的基本类型可分为如下几种:

味睡丁

・文"＞拿宣大9.,,

、露M

L~.:'

1一压力引水道；2—上游调压室；3—压力管道；4一下游调压室；

5—压力尾水道；6一主调压室；7一副调压室

图4.0.1调压室的基本布置方式

1-连接管；2-阻抗孔；3一上室；4—竖井；5一下室；

6—储水室；7—溢流堰；8一升管；9—大室；10一压缩空气

图4.0.2调压室的基本类型

(1)简朴式：包括无连接管与有连接管二种型式，连接管对断面面积S应不不不小于调压室

处压力水道断面面枳A］［图4.0.2(a)、(b)］：

(2)阻抗式：阻抗孔口断面面积应不不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、卜室共同或分别构成［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、大室与阻抗孔构成［图4.0.2(h)、(i)］；

(6)气垫式：水面气压不小于大气压力［图4.0.2Q)］。

4.0.3根据工程实际状况，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调压室时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

室的优缺陷及合用条件，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米的水击波；

(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，通过调压室与压力水道连接处的水头损失较小；

⑸构造简朴，经济合理，施工以便。

5调压室口勺水力计算及基本尺寸确实定

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

=K—___________________

29卜+白卜”一〜一3k)(5.1J)

式中Alh—托马临界稳定断面面积，n?：

L—压力引水道长度，m；

Al一压力引水道断面面积，n?；

HO—发电最小静水头，m；

Q一自水库至调压室水头损失系数，"=%/於，(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a替代I2/；

v一压力引水道流速，m/s：

hwo—压力引水道水头损失，m；

hwm—压力管道水头损失，m；

K一系数，一般可采用L0〜1.1；选用KV1.0时应有可靠日勺论证。

5.1.2稳定断面面积口勺计算公式和原则，亦合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口勺长度、断面面积、水头损失

系数等数值，用a替代I+2J

5.13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调压室涌波计算

5.2.1调压室的涌波水位可不计压力管道水击口勺影响；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：

⑴上游调压室：按上库正常蓄水位时，共用同一调压室的(如下简称共一调压室)所有机组满

载运行瞬时丢弃所有负荷，作为设计工况；按上库校核洪水位时，对应工况作校核。

(2)下游调压室：按厂房下游设计洪水位时，共一调压室内所有n台机组由(n-l)台增至n台

或所有机组由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对应工况作校核,

并复核设计洪水位时共一调压室口勺所有机组瞬时丢弃全负荷的第二振幅。

5.23调压室最低涌波水位日勺计算工况：

⑴上游调压室：上库死水位时，共一调压室的所有n台机组由(n—1)台增至n台或所有机组

由2/3负荷突增至满载，弁复核上库死水位时共一调压室的所有机组瞬时丢弃全负荷时口勺第

二振幅。

(2)下游调压室：共一调压室的所有机组在满载及对应下游水位瞬时丢弃所有负荷。

(3)有分期蓄水分期发电状况，对水位和运行工况作专门分析。

5.2.4经论证后，明确不存在同步丢弃所有负荷的运行状况，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，尚应对也许出现的涌波叠加不

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11勺糙率取小值；增长负荷时引水道

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调压室基本尺寸确实定

5.3.1调压室断面面积应满足稳定规定，高度应满足涌波规定。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内水压力，任何时间均不不小于调压室出现最高涌波水位时生水压

力，也均不低于最低涌波水位的水压力，并尽量地克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似H勺最高及最低涌波水位，弁使升

管在最初时段即抵达极值。

升管面积宜与调压室处压力水道口勺面积靠近。

5.3.4水室式调压室上室容积按丢弃负荷时H勺涌水量确定。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，应布置合适日勺孔口，使上室水体流回竖井。

上室应具有不不不小于1%的倾向竖井U勺排水底坡。

下室的顶部宜设在最低运行水位如下，做成背向竖井口勺不不不小于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不不小于1%的斜坡。

下室不适宜过长。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U勺安全超高不适宜不不小于Imo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不不小于2〜3m,调压室底板应留有不不不小

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不不小于Imo

5.3.7有顶盖的（不含气垫式）调压室，应设置不不不小于10%压力水道面积U勺通气孔。

6抽水蓄能电站调压室U勺设计

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似。

6.0.2抽水蓄能电站调压室的型式，不管上游调压室或下游调压室，一般不选用简朴式，而

宜选用阻抗式、差动式、水室式或其他混合型调压室。

603抽水蓄能电站调压室的稳定断面面积确实定与常规水电站调压室的相似。

604抽水蓄能电站调压室最高涌波水位，由下列工况计算确定：

⑴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，忽然丢弃

所有负荷，导叶紧急关闭；上库正常蓄水位，共一调压室的I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所有负荷，导叶紧急关闭。

⑵下游调压室：下库校核洪水位，共一调压室欧I抽水机组在扬程最小、抽水流量最大时，

忽然断电，导叶所有拒动；下库正常蓄水位，共一调压室H勺抽水机组启动，到达最大流量后,

在进入调压室流量最大时忽然断电，导叶所有拒动。

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：

⑴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，忽然断电，导

叶所有拒动；上库最低水吨,共一调压室的抽水机组，最小扬程，机组启动，到达最大流量

后，在流出调压室流量最大时，忽然断电，导叶所有拒动。

⑵下游调压室：下库最低水位，共一调压室U勺发电机组满负荷运行时，忽然丢弃所有负荷,

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，丢弃所有负荷，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步启动或

所有丢弃负荷时，亦可按机组逐台启动或部分机组丢弃奂荷考虑。

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U勺糙率取值同

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；抽水工况忽然断电，导叶所有拒动时的涌波计算，在厂家已提供机组全特性曲线的状

况下，可采用计算输水系统过渡过程的特性线法，亦可采用图解演算求得抽水工况机组忽然

断电、导叶拒动场所H勺水泵流量随时间变化口勺过程（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确实定与常规水电站调压室基本相似。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不不小于2〜3m。

6.0.10抽水蓄能电站调压室的构造设计、构造、观测及运行规定可按照常规水电站调压室考

虑。

7调压室的构造设计、构造、观测及运行规定

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II勺调压室，当室壁至厂房或边坡的最小距离满足

稳定及渗透坡降规定时，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用其

他有效的加固措施。

7.0.3调压室构造所承受的荷载，分为基本荷载和特殊荷载两类。

⑴基本荷载：包括围岩压力、设计状况下U勺内水压力、稳定渗流状况下的外水压力及衬砌

自重、设备重量、风荷载［地面塔式构造）等。

⑵特殊荷载：包括校核水位时U勺内水压力、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也许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、检修不一样工况，分别组合为基本组合和特殊组合两类。

在构造计算中应采用各自最不利的组合。其详细配筋计算，按《水工混凝土构造设计规范》、

《水工隧洞设计规范》规定采用。

7.0.5考虑地震设防时，调压室构造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构造须进行抗震计算。

7.0.6调乐室有明显日勺不对称荷载时，宜按偏压荷载进行构造计算和稳定分析，并采用对应

的构造措施。

7.0.7作用在衬砌上B勺外水压力，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如下H勺水柱高度乘以对应口勺折减系数的措施估算。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调压室构造内力可用构造力学法计算，对于大尺寸、围岩地质或构造复杂的调压室宜

用有限元法复核。

7.0.9在调压室中如有升管、闸门槽、通气孔等构造，应注意合理布置，在构造计算中，应

考虑其不利影响，防止应力集中，并采用必要的构造措施。

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"勺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、减少地下水位，以利边坡稳定。

7.0.12在寒冷地区II勺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11勺互相不利影响，并采用合适措施。

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U勺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原因，提出调压室

的运行规定和限制条件。

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构成，沿程损失采用谢才一曼宁公式计

hf=C=—

算。n,R为水力半径，糙率n值可参照表AL局部水头损失计算通

式为廉％一一’”，局部水头损失系数，值参见表A2。

表AI压力水道糙率n值表

糙率n

序号水道表面状况

平均最大最小

岩面无衬砌

(1)采用光面爆破0.0300.0330.025

1

(2)一般钻爆法0.0380.0450.030

(3)全断面掘进机开挖0.017

钢模现浇混凝土对砌

2⑴技术,■般0.0140.0160.012

⑵技术良好0.0130.0140.012

岩面喷混凝土

(1)采用光面爆破0.0280.0300.022

3

(2)采用一般钻爆法0.0330.0370.028

(3)全断面掘进机开挖0.019

4钢管0.0120.0130011

表A2局部水头损失系数w值表

序

部位形状水头损失系数已备注

号

P0.5

FT

k—」

1进水口L丁0.2V为管道均匀段之流速

—

0.1

8—栅条形状系数，见表A3

圭s一栅条宽度

2拦污栅A周-b-栅条间距

a一棚面倾角

v一过栅平均流速

0.05〜0.20

3门槽毛v取槽前后平均流速

（一般用0.10）

矩形变圆一十一

40.052

(渐缩)V取渐变段平均流速，

圆变矩形

55,1%0.10

(渐缩)流速取2

圆断面渐

6流速取V1

扩大t查图AI

圆断面渐C

7d流速取V1

缩小区杳图A2

[0.131+0.1632XD一洞径

8圆弧弯道线R一弯道半径

(-f)lx阖

o一弯道转角

A、A2为出口前后断面

[1-耕(下

9出水口也积。

游渠道较深时取1)V取出口前流速

4

0.10

10直角分岔

1.50

___,

0.75无圆锥管段

对称

11

丫形分岔

0.50有圆锥管段

分流见公式

T(卜)形(A1)〜公式(A4)

12*U>

分岔57^合流见公式

||

(A5)〜公式(A8)

13蝶阀中上见表A4

表A3棚条形状系数D数值表

0

栅条形状

32.421.831.671.0350.920.761.79

表A4蝶阀完全启动时，，与比值1/DH勺关系表

t/D0.100.150.200.25

€0.05〜0.100.10-0.160.17〜0.240.25〜0.35

在完全启动时，若缺乏有关资料，可近似取g=0.2。

图Al逐渐扩大的损失系数&i值（。＜60°=

图A2逐渐缩小的损失系数4d值

图A3T（卜）形岔管分流与合流局部损失计算形状示意图

T（卜）形岔管的分流与合流的局部损失计算（见图A3）。

⑴分流时（Q产Q2+Q3）

HL"1=基易'

“32=笈］

(A1)

^=-0.95（1-韶•强或―0.3+84^1^（1_0.9、%

—0.4（ctg-^（l—令）第

(A2)

&==—0.58成+0.26&-0.03

(A3)

船=(1-%乂0.92+也]。.4(1+小岂《成一0.司卜+4[11.3<福多

X(1-0.9/^]-0.35)(A4)

式中Hi、也、H_4一断面1—1、2—2、3—3处/、J总水头；

vi—断面I—1的平均流速；

0一主管与支管日勺交角；

巾一支管与主管日勺断面面积比；

P-P=r/D,D为主管直径，r为支管与主管连接处日勺修圆半径；

q2-q2=Q2/Qi，Q2为支管流量，Qi为分流前H勺主管流量，在分流时规定q2>0。

⑵合流时(Q1+Q2=Q3)

比一8=/苴

马一马=n]-

%一巧=%]

(A5)

为-0.96(1+先/+良[1+0.42[竿一1)-0.8(1-3]十(1一姆(竿一0.38口

(A6)

枭=&[2.59+(1.620)(竿一1)-0.62^+为(1.94一岁)-0.03

(A7)

%=《1+%》[0・92+如2.92一步)]十4[[1.25)*(竽-1)+0.811一/]

—学

(A8)

式中qz一支管流量Q2与合流后的流量Q?之比，合流时，规定取q2<0。

其他符号口勺意义同前。

附录B调压室日勺涌波计算公式*

B1简朴式调压室

B1.1丢弃全负荷时H勺最高涌波Zmax由下式计算：

%=-ln(l+A111n)十41n

4=字

(BI)

式中L—压力引水道长度；

Ko一流量为Qo时（在丢弃负荷前），上游库水位与调压室水位之差;

vo一对应于Qo时压力引水道的流速。

*调压室的涌波计算，以室中静水位为准，向下为正。

图BI简朴式调压室丢弃负荷最高涌波计算图

Zmx亦可由图B1中曲线A,根据X。查出Xmx，算出Zmx。

B1.2丢弃全负荷时第二振幅Z2可由下式计算:

Xmax+ln(l-Xmax)=ln(l-X2)+X2(B2)

z2=x2x

X2值也可从图Bl中曲线A、B求得。根据已知Xmx或X。求Z2值，可沿横坐标轴线找出对

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人即Z2值。

B1.3增长负荷时最低涌波乙.按下式计算:

若(=，＞=1+Q-0.27XG+罕-0.9)X(1-[1

0——域Q

一禄1nF

(B3)

式中£一无因次系数，表达压力水道一调压室系统日勺特性;

Q一增长负荷前的流量;

Qo一增长负荷后日勺流量。

图B2为式(B3)的计算图。

B1.4当调压室口勺涌波水位受到限制时，可按容许的Zgx来决定调压室H勺面枳A(包括在£值

内)，也可用下列福格特近似公式计算Xmax值：

图B2简朴式调压室增长负荷最低涌波计算图

(B4)

B2阻抗式调压室

B2.1阻抗孔水头损失计算

通过阻抗孔口口勺水头损失%值，可通过公式加=总匐，近似计算得出，式中小为阻抗孔

流量半数可由试验得出，例步计算时可在0.60〜0.80之间选用，S为阻抗孔断面血积。

B2.2丢弃全负荷时FI勺最高涌波计算

当4％o<l时按下式计算当力时按下式计算

a+力—耿］+>=

当〉1时按下式计算

(»12^1-1)4-111(AM-|-1)

=啾》题一1)一(M/+1)

»2必%+%0)

”3一g一

(B5)

式中Lo—所有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

Z.=

Zo—压力水道系统的摩阻为零丢弃全负荷时的自由振幅,

Zmax一丢弃全负荷时的最高涌波：

Ym一阻抗孔下部的J瞬时压力上升值。

7

1•富

」iI/

6n

L窈

r，

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A皂1S

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O«1

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9-i

.8

a.7«6f»

.5

-4s

U

图B3阻抗式调压室丢弃负荷时最高涌波计算图

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，表达阻抗孔尺寸

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||勺区域，表达阻抗孔尺寸偏

大；SS'线为两者的分界线，阻抗孔尺寸最合适。用此弱亦可估算阻抗孔尺寸。

B2.3增长负荷时的最低涌波计算

AQ_/

当阻抗孔尺寸满足公式&-a一球y（即最合适的）尺寸）时,可按下式近似地计算最低涌波

值:

念=1+3^^+¥-0.9卜…巾一品1（B6）

式中符号意义同前。

图B4为阻抗调压室忽然增长负荷时（负荷由零突增至100%）的最低涌波计算图。当负荷由

50%增至100%时时最低涌波亦可用差动式调压室增荷计算图（图B9）o

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

⑴无溢流堰时上室容积及最高涌波按下式计算：

图B4阻抗式调压室最低涌波计算图

(B7)

式中乙一自静水位至上室底面距离；

As一竖井的J断面面积；

Ac一上室断面面积。

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

Zg*值反求出上室H勺断面面积Ac。

假如上室底部与上游计算轮水位在同一高程（或不计乙段竖井高度时），可按下式近似计算上

室的容积VB：

(B8)

(2)有溢流堰时上室日勺容枳和涌波计算:

图R5无溢流堰的上室最高涌波计算图

图B6有溢流堰时上室示意图

设溢流堰顶在上游静水位以上口勺距离为乙，溢流堰顶通过最大流量Qy时的水层厚度为Ah,

如图B6所示，则丢弃负荷时I向最高涌波为

A1n=4一从

d=EQ=般4

"=A+知T尸内(B9)

式中m一溢流堰的J流量系数，与堰顶的I形式有关；

B-堰顶长度；

y一竖井水位升到溢流堰顶时压力水道内的流速减小率。

丢奔全负荷时，在Zz、已知H勺状况下，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H勺水量必须的容积按下式计算：

_._________I_________]I、一41]

“一无此叫1+|『|一0」5|『一三~~j

小(B10)

T

式中符号意义同前。

如所采用的上室容积比所计算IMVB值小，则上室应设外部泄水道，使多出的水量沿斜坡向

下游排泄，开始泄流流量按逐渐积分法求得。假如不设上部储水室，令溢出堰顶的水量所有

泄走，则泄水道的断面过水流量应按Q,值进行设计，Q,.=yQoo

B3.2增长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：

定=1J^-1fs/Xb+lv7^>1

&—讶1n衣二J

y=H诏

则下室容积lg…

式中符号意义同前，图138为£丫计算曲线。

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B7下室位置示意图

图B8确定调压室下室容积计算曲线

B4差动式调压室

B4.1阻抗孔面积与增长负荷时II勺最低涌波计算

阻抗孔的面积，一般按增长负荷的规定决定，即假定升管水位下降到最低水位ZminH'J，大

室水位和压力水道的流量均未发生变化，大室流入升管H勺流量为Qo-m‘Qo计算阻抗孔面

积S。

=r^~

8J2gM磕标（B12）

式中小H一水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口流量系数（初步计算时可按。H=0.8计

算）；

QH一水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口阻抗损失相对值，按下式采用：

%一解

如一《1-"

在阻抗孔尺寸满足上述条件时，最低涌波计算公式如下：

—=1+1/0.5a—0.275G?+皆-0.9卜《1一加）（1-森皋|

「—]小―「4?十4）1]

式中Ar一升管断面面积；

Ap一大室断面面积。

图B9为负荷自50%急增至100%时日勺最低涌波计算图，R区为负荷增长后升管最低下降水

位低于大室最终水位，表达阻抗孔面枳过小；M区表达阻抗孔面枳过大，升管最初下降水

位高于大室最低水位。SSZ线为两者分界线，阻抗孔面积最理想，图中勾=飞」四；必）

为对应于Qo时口勺阻抗损失值。

B4.2丢弃负荷时日勺最高涌波计算

忽然丢弃全负荷后，升管水位迅速上升，假定在升管抵达最高水位开始溢流时，大室水位和

压力水道流展尚未变化，则引水道流量QoW、J一部分Q'y经升管顶部溢入大室，另一部分

Qc在水头（hwo+|Zm」）的作用下经阻抗孔流入大室，Qc、Q'y由下列公式计算：

QL央s、/2g（%+|=/胃1（B14）

0，y=Qo[―/占I]

IJ%』J（B15）

升管顶部溢流层的厚度

升管顶部在静水位以上的更离

ZB=Znwx+△h

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4C—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6c=0.6计

算);

nc一水自升管（或压力水道）流入大室时的孔口阻抗损失相对值:

%=?的

按大室水位升到Zmx时，压力水道流速为零决定大室从hM至乙山之间日勺容积按下式计算:

1

_MJlJ

v硒0・丁飞.3—『、4/(4+411n)

T口=告

(BI6)

式中符号意义同前V应注意Z,皿，ZB是在静水位以上，应以负值代入V

图BI0为瞬时丢弃全负荷时最高涌波计算图，S区表达在大室水位上升时间内，升管大部分

时间溢流口勺范围，阻抗孔=1尺寸较合适；T区表达只在弃荷最初升管溢流口勺区域，底孔尺寸

略偏大；N区表达在大室水位上升时间内，升管完全不溢流，阻抗孔尺寸过大。

计算差动式调压室的JZo时，应注意八=4+人「。

A/油

图BIO差动式调压室最高涌波计算图

附录C抽水蓄能电站水泵工况断电、

导叶拒动时口勺调压室涌波计算措施

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涌波计算欧I基本方程式

涌波计算日勺基本方程式重要包括以无因次量表达欧I水击压力特性线法基本方程式、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，分别论述如下:

⑴水击压力特性线法基本方程式:

/一配唱=2,（心

(Cl)

外一哥乂=一2,（九一%P

(C2)

式中H—扬程，m：

q一压力管道中的流量，M/s；

H、qU勺下标相表达x=x断面处t=t时刻时值;

HR—额定扬程，m；

qR—额定流量，mVs；

H'一无量纲量，H'=H/HR；

q'—无量纲量，q'=q/qR；

P'一管路常数（无因次量），2河4；

Ap一压力管道U勺断面面积，

a—水击压力波U勺传播速度，m/s；

a=

g一重力加速度，m/s2；

丫一水的容重,N/m3；

D—压力管道直径，m；

6一压力管道管壁厚度，m；

E一压力管道管材的弹性模量，Pa；

K—水H勺体枳弹性模量，2.07X109Pao

⑵水泵工况机组H勺惯性方程式：

a1—4=M(*1+4)&

式中a一无量纲量，a=N/NR：

日一无量纲量，B=M/MR：

_45"叫级

口一系数，一/卬次加盛；

N—转速,r/min；

M一转矩，N,m；

NR—额定转速，r/min；

MR一额定转矩，N-m；

下标n-1和n分别表达LT和1时刻时值；

WR2一飞轮效应,kg-nr；

QR—额定效率。

⑶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：

/一互十%孙,i+&Q*(C4)

%,.=厢八一每。'.十兄

,i(C5)

式中k2一系数,

k3一系数,

匕一系数，%卜;

匕一系数，4一%；

H'z.L无晟纲晟，巩,〃=&/鸟；

Q'n一压力引水道中的流量Q与额定流量QR的比值(无因次量)Q'n=Qn/QR；

%一如下库水位为基准面的涌波高度；

下标n—1和n的意义同前：

Ai一压力引水道断面面积，nF；

图C1符号阐明

L-压力引水道长度，m：

A一调压室断面面积，n?；

也一上、下库的I水位差，m；

z

H'a一无量纲量，Ha=Ha/HR；

Qo—水泵断电前(1=0)压力引水道中的抽水流量，m3/s；

QR一压力引水道中口勺额定抽水流量，m3/s；

Q'O-Q"QR（无因次量）;

2

口一压力引水道中按额定流量抽水时的沿程损失水头，m；=匐虬

fi--1.或用

C一谢才系数，4

2

h'R一无量纲量,=%囹:

n—糙率系数；

R一压力引水道断面的水力半径，m：

At一计算时间步长，At=U/m,s；

口一水击压力波H勺往复时间，U=21/a,s

m一分段数，取整数；

1—压力管道长度，m。

当调压室为水室式时，只要令ks中口勺A值对应于水位变化即可；当调压室为差动式时，则

式（C5）应如下式替代：

印•・=%八一以（Gi-/）+印*i

名=—孙一印,I-一01

式中k6一系数，、一QR；

kL系数，“却;

s一阻抗孔断面面积；

6一阻抗孔流量系数。

C1.1.2涌波计算措施

根据水泵工况机组断电（t=0）前的抽水流量qo、扬程Ho、转速No、转矩Mo,求得对应于初

始条件的无因次量q'o=q/qR，H'O=H（）/HR,a0=N（/NR,P0=M（/MR,在q'〜H'平

面上给出坐标H'=H'o.q'=q'o的点Ao,这个点Ao给出了水泵工况机组断电前A点（水

泵出口）的状态，BQ.25[X=l/2、压力管道中间点B在t=0.25U时口勺状态，P为水击压力波

的往复时间（以s计），u=2l/a]和Co,5（X=k调压室处点C在1=0.5U时H勺状态）和这个A

点相一致，参见图C2。

工

取计算日勺时间步长△（=2（m=2）,自Ao点引坡度为+2P'的特性线，在这条线上选择合

适时Aos的位置，然后根据水泵全特性曲线求得对应于该点的H'、q'lfiaos，B05值,

再将B0.5代入水泵工况机组的惯性方程式(C3)：

ao—ao,5=ki(3o+B0.5)Z

的右边求a05值，假如这个值与由水泵工况特性曲线求得的aos不•致，应将Aos欧J位置在

坡度为+2P'的特性线上移动使两者一致，并确定AOJ时点(水泵出水边在t=0.5us时日勺

状态)，该点也就是Bo.75点，同样的操作可在同一特性线上求得Ai点。

图C2在q'—H'平面上计算措施的阐明(上游调压室)

然后自Ao,点引一坡度为一2P'的特性线，再将H'o，Q'0替代式(C4)中的JH'z.nT，Q'

n-p可求得Q'I，将Q'I替代式(C5)中W、JQ'n可得：

犯u=念力+(m。一必0'1)

由H'z.1(=H/,I/HR),可得Hz.I，即为t=U时如下库水位为基准面的调压室水位，上式也

表达是H'〜q'平面上通过H'轴上截距为以=(H'o-ksQ'1)时点而坡度m=k$H勺直

线，该直线与引自Aos、坡度为一2P'的直线口勺交点，即为所求日勺G点。

自Ci点引坡度为+2P'的特性线，按上述同样环节操作，可确定Ax点，同样由自Ai点

引出的坡度为一2P'H勺特性线和通过H'轴上载距为皈=(H'LksQ')H勺点而坡度为m

=k5的)直线H勺交点，可求得Ci；点，自Ci；给坡度为+2P'日勺特性线，用同样口勺环节可得

A2点反复同样的I操作，由图解计算所得H勺不一样步刻日勺A点就可求得在不一样步刻的流量

q随时间变化的函数关系，即