浅谈水电站调压室的设置

陈德润，涂 忆

(1.黔南布依族苗族自治州水利水电勘测设计研究院，贵州 都匀 558000；2.黔南布依族苗族自治州水土保持站，贵州 都匀 558000)

1 调压室的作用及设置调压室的条件

1.1 调压室的作用

1)由于调压室具有自由水面和扩大断面，由高压水道传来的正水锤波到达调压室后，就会立即产生负水锤波反射回去，阻止了正水锤波向上游继续传播，使引水道中只有很小的压力升高，因而其结构厚度可以减小。

2)可以改善机组在负荷变化时的运行条件。

3)减少引水系统中的水锤压力。

1.2 调压室设置的条件

调压室的作用主要是在于减少水锤的影响，设置调压室需要增加投资，因此根据影响水锤压力大小的主要因素来判断是否需要建造调压室是十分有必要的，一般根据下式来判断是否需要设置调压室，当下式成立时，则需要建造调压室：

∑Livi>KH0

(1)

式中：∑Livi为引水系统中具有相同流速的各段长度与其流速乘积的总和，m2/s；H0为水电站最小水头，m；K为k可采用16-20，在系统中所占比重不大时k可取值范围为20-50。式一只能初步估计有无设置调压室的必要，最后应根据实际水锤压力和机组的调节保证计算的成果，以及施工条件和造价等通过经济技术比较，最终确定是否设置调压室[1]。

2 调压室的布置方式及基本要求

2.1 调压室的布置方式

由于电站引水系统的条件不同，调压室的引水系统主要有以下几种布置方式：

引水调压室：调压室是布置在厂房的上游引水系统上，以减小上游引水系统的水锤压力。

尾水调压室：当厂房出水尾水段具有比较长的出水有压水隧洞时，一般的在出水有压部位设置调压室减小尾水段的出水水锤压力，防止机组在停机时产生比较大的水锤(负水锤)，使尾水隧洞发生水柱中段的现象，因此在水轮机的出水设置尾水调压室。

进水段、出水段双调压室系统： 在地下式水电站厂房中，厂房的上游和下游都有比较长的引水有压隧洞(或管道)，为了减小整个系统中的水锤压力，改善机组的运行工况，因此在厂房的上游引水隧洞和厂房的下游尾水出水隧洞设置调压室，即为进出水段双调压室。

进水段双调压室系统：在水电站进水系统中，上游如果有较长的引水隧洞(管道)，有时需要设置两个或更多的调压室，靠近厂房最近的调压室对于反射水锤波起主导作用，因此称为主调压室，靠近主调压室前端的调压室用以反射越过主调压室的水锤波，改善引水系统的工作条件，帮助主调压室衰减引水隧洞(管道)的波动，因此称为辅助调压室。辅助调压室越接近主调压室，所起的作用越大，越靠近引水进口端，作用越小。引水系统中的波动衰减由两个调压室或更多调压室共同承担，增加一个调压室的断面可以减少另一个调压室的断面，但两个调压室的断面之和总大于只设一个调压室的断面。进水段双调压室系统的水位波动现象是非常复杂的，它们是相互制约和诱发的作用很大，因此，应合理选择两个调压室的位置和断面，使引水系统的波动能较快的衰减。

2.2 调压室的设置基本要求

根据调压室的功用和工作条件可知，一个好的调压室应当满足下列基本要求：

1)应能充分反射高压水道传来的水锤波，以减小高压水道中的水锤压力，并阻止水锤波进入引水道。因此，调压室与引水道联接处应有较大的面积；

2)应能保证机组稳定运转的条件。因此，要求在调压室中发生的一切水位波动都必须具有逐渐衰减的性质，而且衰减得愈快愈好，不允许在其中发生共振，共振会破坏机组的正常工作；波动衰减过慢，会使电站长期处于不稳定状态下工作，影响供电质量。如果采用的调压室，其工作区具有足够大的横断面积，就可以满足这一要求；

3)在负荷变化时，引起的波动振幅小，频率低。这样就可以减小调压室的高度和机组的转速偏差率，对调速器的工作和机组的稳定运行也较有利；

4)工程安全可靠，施工简单方便，造价经合理。

3 调压室的基本类型及适用条件

根据水力条件和结构型式的特点，调压室可以分为简单调压室，阻抗式调压室，差动式调压室，具有扩大室的调压室以及溢流式调压室[2]。

简单调压室：其结构特点是自上而下具有相同的横断面，它可以在顶部设溢流口以限制上涌浪高。简单调压室一般有较大的容积，底部和高压水道连接处断面也较大，故反射高压水道传来的水锤波和减小水锤压力特别有效，其结构简单，施工方便。其缺点是在恒定流情况下，水流通过调压室底部进入压力水管时，突然扩大后又突然收缩，水头损失较大，在非恒定流时，由于调压室底部阻抗很小，水流进出调压室时能量损失不大，故波动的振幅大，衰减慢。这种形式多用于中、低水头或容量较小的水电站中。

阻抗式调压室:阻抗式调压室与简单式调压室不同之点是调压室底部与引水道连接处做成相当小的管或孔口，它对进出调压室的水流起阻抗作用。当丢弃负荷时，水流由引水道经阻力孔进入调压室，阻抗会使谁的能力损失增加，因而减小了水位波动的振幅，这样可以使调压室的高度降低，室中的波动衰减也较快，在正常运行时，水头损失较简单调压室小。

差动式调压室:它由两个直径不同的同心圆筒组成，中间圆筒直径较小，一般采用等于引水道直径，上有溢流口，通常称为升井，其底部以阻力孔口与外面的大井相连。当弃荷时，升管中的水位迅速上升，使水锤波很快反射回去，既减小了高压水道中的水锤压力，也阻止了水锤波向引水道中的传播，当水位超过升管顶部时，即向大井溢流，因而限制了水位的升高，减小了振幅和调压室的高度。阻力孔的作用是减小大井中水位波动的振幅。当增负荷时，主要由大井经阻力孔向高压水道供水，因此这种调压室具有阻抗式和溢流式调压室的优点，在减小水锤压力、使波动迅衰减、需要的较容积较小和运用可靠等方面都比较优越。它的缺点是结构比教复杂，在负荷变化时，升管中水位升降急剧，升管与大井中的水位差很大，溢流时会产生冲击振动，对结构不利，对于塔式结构影响更大。

具有扩大室的调压室：这种调压室多在岩石中开挖而成，很少作成地面塔式的，它可以做成上室式，下室式或双室式，中间用断面较小的竖井或斜井相连。上室供丢弃负荷时蓄水用，它对减小水面振幅、限制上涌浪高特别有效，当水位下降时，上室中的存水即流回竖井以补充水量。下室供增加负荷时向高压水道补充水量，以保证下涌浪不会太低，避免在压力水道中产生真空或压力不足的现象。中间的竖井或斜井用来连接上、下室以及高压水道与隧洞，如果采用双室式，则可同时具有上室式和下室式二者的优点。这种调压室可以作成溢流式或非溢流式，如果作成溢流式，则可减小上室容积或取消上室。如果将竖井延伸入上室并在顶端作溢流口，就成为双室差动式调压室，这时上室相当于大井的作用。在正常情况下，水位一般应位于上室和下室之间。竖井(或斜井)可以作成圆筒形或方形，前者受力条件较好。上室和下室则大多做成圆形断面或马蹄形断面。简单式调压室示意图见图1，阻抗式调压井剖面图见图2。

图1 简单式调压室

图2 阻抗式调压井剖面图

由上述可知，在具体条件下，如何选择调压室的布置方式和型式，是一个十分重要而复杂的问题。调压室型式选择得是否合理，不仅决定着调压室本身的经济与安全，而且也影响到引水道、高压水道以及水电站的安全、经济与运行，在一般情况下，各种调压室的造价差别在整个水电站投资中所占的比重很小，但它对电站运行和建筑物的影响则是长期和重要的。因此，在确定调压室的布置和选择调压室的型式时，主要应考虑其本身的安全可靠性和工作情况的好坏，并结合枢纽布置、地形、地质条件、施工条件以及电站的运转特性和稳定要求等因素，进行全面分析综合考。

[1]华北水利水电学校.水轮机[M].北京：水利电力出版社，1979：69-75.

[2]武汉水利电力学院.水轮机[M].北京：电力出版社，1980：121-129.