调压室

相关tags:

[外文]：surgechamber对引水式水电站的有压引水道或地下式厂房的较长有压尾水道，为了减小水击压力，并改善机组的运行条件而建造的水电站平水建筑物(见水电站建筑物)。它利用扩大了的断面和自由水面反射水击波的特点，将有压引水道分成两段：上游段为有压引水隧洞，下游段为压力水管。由于设立调压室，使隧洞基本上可避免水击压力的影响，同时也减小压力水管中的水击压力，从而改善机组的运行条件。按照习惯，当调压室部分或全部设置在地面以上时称为调压塔；调压室大部分埋设在地面以下时，则称为调压井。有时在具有较长有压引水道，而机组引用流量又较小的水电站上，也可采用调压阀（能自动启闭使压力水管的水流分流排出的一种机械设施）代替调压室。工作原理（图1）为一具有调压室的水电站引水系统（见水电站引水建筑物）。当水电站以某一固定出力运行时，水轮机所引用的流量Q0保持不变。调压室稳定运行的水位比上游低，为Q0通过引水道时所产生的水头损失。当水电站丢弃全部负荷时，水轮机的流量变为零，压力水管中发生水击现象，水流将随之停止流动。此时引水隧洞中的水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位升高，引水隧洞始末两端的水位差随之减小，流速也逐渐减慢。当调压室的水位达到水库水位时，水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位继续升高，直至引水隧洞内的流速减小到零为止，此时调压室水位达到最高点。由于这时调压室的水位高于水库水位，在引水隧洞的始末又形成了新的水位差，所以水流反向水库流去，调压室中水位开始下降。当调压室水位下降到水库水位时，水流由于惯性作用继续流向水库，调压室水位还继续下降，直至引水隧洞内的流速减小到零为止，此时调压室水位降到最低点。而后由于调压室的水位低于水库水位，引水隧洞中的水流又开始流向调压室，调压室水位又开始上升。这样，伴随着引水隧洞中水流的往返运动，调压室的水位也就上下波动。由于引水道存在摩阻，运动水体的能量会被不断消耗，波动也就逐渐衰减，最后波动停止，调压室水位就稳定在水库水位。水电站增加负荷时，调压室水位波动与丢弃负荷时相反。当机组的负荷发生小的变化时，也会引起调压室的水位产生类似的波动。布置方式根据水电站不同布置的要求及引水道的条件，调压室可有以下四种布置方式。（1）上游调压室(图2a)：位于水电站厂房上游的有压引水道上，又称引水调压室。这种布置方式适用于厂房上游有较长的有压引水道的情况，应用最为广泛。（2）下游调压室(图2b)：又称尾水调压室。当水电站地下式厂房下游的有压尾水隧洞较长时，需设置下游调压室，一般应尽可能靠近厂房布置。下游调压室的工作原理与上游调压室相似，但其水位变化过程正好相反。（3）上下游双调压室系统（图2c）：在有些地下式厂房中，厂房的上下游都有较长的有压引水道及尾水道，因而在厂房的上下游均设置调压室而成双调压室系统。当负荷变化时，水轮机的流量也随之发生变化，此时两个调压室的水位都将跟着变化，相互影响，它们的变化是相互促进又相互制约的。（4）上游双调压室系统（图2d）：当有压引水道较长时，有时在上游设置两个调压室。其中靠近水电站厂房的调压室称为主调压室，它对反射水击波起主要作用。另一个靠近上游的调压室称为辅助调压室，用以反射越过主调压室的水击波，帮助衰减引水系统的波动影响。辅助调压室越靠近主调压室，它所起的作用也就越大。结构形式根据水电站布置特点和具体地形、地质条件，调压室可有以下几种结构形式。（1）简单圆筒式(图3a)：调压室自上而下具有相同的断面，结构简单，由于其底部没有阻抗，因此反射水击波的效果好，但在正常运行时，与隧洞联接处的水头损失较大。水电站负荷变化时，调压室中水位波动的振幅大，衰减也慢，因此所需调压室的容积较大。一般都用于低水头水电站。（2）阻抗式(图3b)：在简单圆筒式调压室的底部设置阻力孔并与隧洞及压力水管联接，即成为阻抗式调压室。由于附加阻抗的存在，调压室水位波动的振幅小，衰减快。正常运行时水头损失也小，但水击波不能完全反射，水击压力大，而且水击波还有可能越过调压室传至引水隧洞。一般用于中水头水电站。（3）双室式（图3c）：由一个断面较小的竖井将上下两个断面扩大的贮水室连接组成，上室供水电站丢弃负荷时贮水用，下室在增加负荷时用于补充水轮机所需的流量。适用于水头较高和水库工作深度较大的水电站。（4）溢流式（图3d）：调压室中间竖井的顶部设有溢流堰。当丢弃负荷时，调压室水位上升到溢流堰顶就开始溢流，溢出的水量可排至下游，也可设上室加以贮存，待竖井水位下降时，通过溢流堰底部的汇流口返回竖井。适用于水头较高的水电站。（5）差动式（图3e）：通常由两个直径不同的同心圆筒组成，中间圆筒称为升管，直径较小，上有溢流口，底部通过阻力孔与外圈大井相通，也有将大井与升管分开布置的形式。它吸取了阻抗式调压室和溢流式调压室的特点，但结构较为复杂，是应用较多的一种结构形式。（6）压气式（图3f）：一种新型调压室结构形式，也称气垫式调压室。它利用靠近地下式厂房压力水管上覆的山体，开挖一个大型地下洞室，其顶部完全封闭，并充以压缩空气，从而抑制调压室水位波动，但其反射水击波的效果较差。调压室的波动稳定问题水电站有压引水系统设置调压室后，在“引水道-调压室”系统中出现了与水击波性质不完全相同的波动。水电站正常运行时，若调压室水位发生变化，会引起水轮机水头的变化，但电力系统要求出力保持固定，因此通过水轮机的流量必须跟着变化。这样反过来又激发调压室水位的波动。这种互相激发的作用，可能使调压室的波动逐渐增大。设计调压室时，应避免产生这种现象使波动渐趋稳定，即波动的振幅应随时间而衰减。调压室的波动不稳定现象，首先是在德国海姆巴赫水电站发现。D.托马对此进行了研究，并于1910年提出了著名的调压室波动的衰减条件。因此一般称调压室波动稳定问题为托马问题，称波动衰减条件为托马条件。托马条件有一个重要假定，即波动的振幅为无限小，亦即调压室的波动是线性的。当波动振幅较大时，不能再近似地认为是一个线性问题，因此托马条件不能直接应用于大波动。研究大波动衰减问题最好采用逐步积分法。见水击。参考书目王树人主编：《调压井水力计算理论与方法》，清华大学出版社，北京，1983。