1、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
2、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，
3、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
4、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
5、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
6、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Z0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孔口流量系数m堰顶流量系数Tw压
7、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(3.1.21) 作初步判别：TwTw (3.1.21)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；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
8、重较小的电站；调速性能很差的区域，不适用于大、中型电站图 3.1.2Tw、T a 与调速性能关系图vi各分段内相应的流速，m/s；g重力加速度，m/s 2；Hp设计水头，m；T wT w 的允许值，一般取 24s。T w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、T a 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：(3.1.22)式中 GD2机组的飞轮力矩，kgm 2；N机组的额定转速，r/min；P机组的额定出力，W。3.1.3
9、 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(3.1.31) 作初步判断：(3.1.31)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/sHs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：(3.1.32)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
10、.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(
11、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以下几种：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副调压室图 4.0.1 调压室的基本布置方式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压缩空气图 4.0.2 调压室的基本类型(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
12、同或分别组成图 4.0.2()、(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) 。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
13、；(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：AKAth(5.1.1)式中 Ath托马临界稳定断面面积，m 2；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， ，( 包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失，见附录 A)，s 2/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
14、 ；K系数，一般可采用 1.0 1.1；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
15、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 (n1)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)
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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.
26、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 值表糙率 n序号 水道表面情况平均 最大 最小岩面无衬砌(1)采用光面爆破 0.030 0.033 0.025(2)普通钻爆法
27、0.038 0.045 0.0301(3)全断面掘进机开挖 0.017钢模现浇混凝土衬砌(1)技术一般 0.014 0.016 0.0122(2)技术良好 0.013 0.014 0.012岩面喷混凝土(1)采用光面爆破 0.028 0.030 0.022(2)采用普通钻爆法 0.033 0.037 0.0283(3)全断面掘进机开挖 0.0194 钢管 0.012 0.013 0.011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0.50.21 进水口0.1v 为管道均匀段之流速2 拦污栅栅条形状系数，见表 A3s栅条宽度b栅条间距a栅面倾角v过栅平均流速3 门槽 0.
28、050.20(一般用 0.10) v 取槽前后平均流速4 矩形变圆 (渐缩) 0.05 v 取渐变段平均流速，5 圆变矩形 (渐缩) 0.10 流速取6 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A1、A 2 为出口前后断面积。v 取出口前流速0.1010 直角分岔1.500.75 无圆锥管段11 对称Y 形分岔0.50 有圆锥管段分流见公式(A1)公式(A4)12 T(卜)形分岔 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 2.42 1.83 1.67
29、1.035 0.92 0.76 1.79表 A4 蝶阀完全开启时， 与比值 t/D 的关系表t/D 0.10 0.15 0.20 0.25 0.050.10 0.100.16 0.170.24 0.250.35在完全开启时，若缺乏有关资料，可近似取 0.2。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)。(1)分流时(Q 1Q 2Q 3)(A1)(A2)(A3)式中 H1、H 2、H 3断面 11、22、33 处的总水头；v1断面 11 的平均流速；主管
30、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；q2q2Q 2/Q1，Q 2 为支管流量，Q 1 为分流前的主管流量，在分流时规定 q20。(2)合流时(Q 1Q 2Q 3)(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 *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：(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。
31、*调压室的涌波计算，以室中静水位为准，向下为正。图 B1 简单式调压室丢弃负荷最高涌波计算图Zmax 亦可由图 B1 中曲线 A，根据 X0 查出 Xmax，算出 Zmax。B1.2 丢弃全负荷时第二振幅 Z2 可由下式计算：Xmaxln(1 Xmax)ln(1 X2)X2(B2)Z2X 2X2 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，X 2 即 Z2 值。B1.3 增加负荷时最低涌波 Zmin 按下式计算：(B3)
32、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：图 B2 简单式调压室增加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的水头损失 hc 值，可通过公式 ，近似计算得出，式中 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(B5)式中 hc0全部流量通过阻
33、抗孔时的水头损失。图 B3 为 CalameGaden 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Z0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 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，
34、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)。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：图 B4 阻抗式调压室最低涌波计算图(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。如果上室
35、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)(2)有溢流堰时上室的容积和涌波计算：图 B5 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(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：(
36、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，Q yyQ 0。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)则下室容积式中符号意义同前，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 B7 下
37、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 Q0mQ 0 计算阻抗孔面积 S。(B12)式中 H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 H0.8 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)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
38、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 ；h c0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 (hw0 )的作用下经阻抗孔流入大室，Q c、Q y 由下列公式计算：maxZ(B14)(B15)升管顶部溢流层的厚度升管顶部在静水位以上
39、的距离ZBZ maxh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 c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 c0.6 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、Z B 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
40、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。计算差动式调压室的 Z0 时，应注意 AA rA p。图 B10 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，m 3/s；H、q
41、 的下标 xt 表示 xx 断面处 tt 时刻的值；HR额定扬程，m；qR额定流量，m 3/s；H无量纲量，HH/H R；q无量纲量，qq/q R；管路常数(无因次量)， ；Ap压力管道的断面面积，m 2；a水击压力波的传播速度，m/s ；g重力加速度，m/s 2；水的容重，N/m 3；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，2.07 109Pa。(2)水泵工况机组的惯性方程式：(C3)式中 无量纲量，N/N R；无量纲量，M/M R；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 n1
42、和 n 分别表示 tn1 和 tn 时刻的值；WR2飞轮效应，kgm 2； 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：(C4)(C5)式中 k2系数， ；k3系数， ；k4系数， ；k5系数， ；H z，n 无量纲量， ；Q n压力引水道中的流量 Q 与额定流量 QR 的比值(无因次量)QnQn/QR；Hz以下库水位为基准面的涌波高度；下标 n1 和 n 的意义同前；A1压力引水道断面面积，m 2；图 C1 符号说明L压力引水道长度，m；A调压室断面面积，m 2；Ha上、下库的水位差，m；H a无量纲量，H aH a/HR；Q0水泵断电前(t0)压力
43、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；Q 0Q0/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， ；h R无量纲量， ；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，sm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：式中 k6系数， ；k7系数， ；S阻抗孔断面面积；阻抗孔流量系数。C1.1.2 涌波计算方法根据水泵工况机组断电(t0)前的抽水流量 q0、扬程
44、 H0、转速 N0、转矩 M0，求得相应于初始条件的无因次量 q 0q 0/qR，H 0H 0/HR， 0N 0/NR， 0M 0/MR，在 qH平面上给出坐标 HH 0，qq 0 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，B 0.25 Xl/2、压力管道中间点 B 在 t0.25 时的状态， 为水击压力波的往复时间(以 s 计)，2l/a和 C0.5(Xl、调压室处点 C 在 t0.5 时的状态)和这个 A 点相一致，参见图 C2。取计算的时间步长 t (m2)，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
45、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 0.5k 1( 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 t0.5s 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 H 0， Q 0 替代式(C4)中的H z，n 1，Q n1 ，可求得 Q 1，将 Q 1
46、替代式(C5) 中的 Q n 可得：由 H z，1 (H z，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 (H 0k 5Q 1)的点而坡度 mk 5 的1b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 (H 1k 5Q)的点而坡度为2mk 5 的直线的交点，可求得 C1.5 点，自 C1.5 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
47、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
48、如取下库的水面作基准面，就没有必要进行变换，若引入同样的无因次量，并对微小时间步长进行近似分析，可得如下两式：(C8)(C9)式中 k3，k 4 及 k5 同前，而 。计算时，可在 qH平面上取 HH a，qq 0，作为图解计算的起点 A0 这个平面上 H0 表示下库水位， HH a 为上库水位。再自原点 O 向下方取作Z 轴并作 qZ平面，按式(C8) 、式(C9)，若自 Z轴线上截距为 h 0k 5Q 0.5 处引坡度为 k5 的直线 b0.5T，则夹在经过 A0 点而坡度为5.0b2的水击压力特征线与 b0.5T 直线间的纵距(HZ ) 即为作用于水泵的水头。因此，可在 qH平面上取 H0 线为基准线，表示纵距的值与 q的关系，来确定满足水泵特性的点 A0。绘出经过点 A0 上方，纵距为 A0Th
