第十五章调压室3

第十五章调压室第三节调压室的基本类型一、调压室的基本布置方式根据水电站不同的条件和要求，调压室可以布置在厂房的上游或下游，在有些情况下，在厂房的上下游都需要设置调压室而成双调压室系统。调压室在引水系统中的布置有以下四种基本方式。图15-2调压室的几种布置方式1、上游调压室（引水调压室）调压室在厂房上游的有压引水道上，如图15-1所示，它适用于厂房上游有压引水道比较长的情况下，这种布置方式应用最广泛，后面我们还要较详细地讨论。2、下游调压势（尾水调压室）当厂房下游具有较长的有压尾水隧洞时，需要设置下游调压室以减小水锤压力，如图15-2(a)所示，特别是防止丢弃负荷时产生过大的负水锤，因此尾水调压室应尽可能地靠近水轮机。尾水调压室是随着地下水电站的发展而发展起来的，均在岩石中开挖而成，其结构型式，除了满足运行要求外，常决定于施工条件。尾水调压室的水位变化过程，正好与引水调压室相反。当丢弃负荷时，水轮机流量减小，调压室需要向尾水隧洞补充水量，因此水位首先下降，达到最低点后再开始回升；在增加负荷时，尾水调压室水位首先开始上升，达最高点后再开始下降。在电站正常运行时，调压室的稳定水位高于下游水位，其差值等于尾水隧洞中的水头损失。尾水调压室的水力计算基本原理及公式与上游调压室相同，应用时要注意符号的方向。3、上下游双调压室系统在有些地下式水电站中，厂房的上下游都有比较长的有压输水道，为了减小水锤压力，改善电站的运行条件，在厂房的上下游均设置调压室而成双调压室系统，如图15-2(b)所示。当负荷变化水轮机的流量随之发生变化时，两个调压室的水位都将发生变化，而任一个调压室的水位的变化，将引起水轮机流量新的改变，从而影响到另一个调压室的水位的变化，因此两个调压室的水位变化是相互制约的，使整个引水系统的水力现象大为复杂，当引水隧洞的特性和尾水隧洞接近时，可能发生共振。因此设计上下游双调压室时，不能只限于推求波动的第一振幅，而应该求出波动的全过程，研究波动的衰退情况，但在全弃负荷时，上、下游调压室互不影响，可分别求其最高和最低水位。4、上游双调压室系统在上游较长的有压引水道中，有时设置两个调压室，如图15-2(c)所示。靠近厂房的调压室对于反射水锤波起主要作用，称为主调压室；靠近上游的调压室用以反射越过主调压室的水锤波，改善引水道的工作条件，帮助主调压室衰减引水系统的波动，因此称之为辅助调压室。辅助调压室愈接近主调压室，所起的作用愈大，反之，愈向上游其作用愈小。引水系统波动衰减由两个调压室共同担当，增加一个调压室的断面，可以减小另一个调压室的断面，但两个调压室所需要的断面之和大于只设置一个调压室时所需的断面。当引水道中有施工竖井可以利用时，采用双调压室方案可能是经济的；有时因电站扩建，原调压室容积不够而增设辅助调压室；有时因结构、地质等原因，设置辅助调压室以减小主调压室的尺寸。上游取调压室系统的波动是非常复杂的，相互制约和诱发的作用很大，整个波动并不成简单的正弦曲线，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地衰减。二、调压室的基本结构型式图15-3调压室的基本结构形式1、简单式调压室如图15-3(a)所示，简单式调压室的特点是自上而下具有相同的断面，结构形式简单，反射水锤波的效果好，但在正常运行时隧洞与调压室的联接处水头损失较大，当流量变化时调压室中水位波动的振幅较大，衰减较慢，所需调压室的容积较大，因此一般多用于低水头或小流量的水电站。2、阻抗式调压室将简单式调压室的底部，用断面较小的短管或孔口与隧洞和压力管道联接起来，即为阻抗式调压室，如图15-3(b)所示。由于进出调压室的水流在阻抗孔口处消耗了一部分能量，所以水位波动振幅减小了，衰减加决了，因而所需调压室的体积小于简单式，正常运行时水头损失小。但由于阻抗的存在，水锤波不能完全反射，隧洞中可能受到水锤的影响，设计时必须选择合适的阻抗。3.双室式调压室双室式调压室是由一个断面较小的竖井和上下两个断面扩大的储水室组成，如图15-3竖井中水位迅速上升，一旦进人断面较大的上室，水位上升的速度便立即舞慢下来；增加负荷时，水位迅速下降至下室，并由下室补充不足的水量，因而限制了水位的下降，由于丢弃负荷时涌人上室中水体的重心较高，而增加负荷时由下室流出的水体重心较低，故同样的能量，可存储于较小的容积之中，所以这种调压室的容积比较小，适用于水头较高和水库工作深度较大的水电站。4.溢流式调压室溢流式调压室的顶部有溢流堰，如图15-3（d）所示。当丢弃负荷时，水位开始迅速上升，达到谧流堰顶后开始溢流，限制了水位的进一烤升高，有利于机组的稳定运行，溢出的水量，可以设上室加以储存，也可排至下游。5.差动式调压室如图15-3（e）所示，差动式调压室由两个直径不同的圆筒组成，中间的圆筒直径较小，上有溢流口，通常称为升管，其底部以阻力孔口与外面的大井相通，它综合地吸取了阻抗式和溢流式调压室的优点，但结构较复杂。在某些情况下，还可采用气垫调压室，如图15-3(f)所示。气垫调压室自由水面之上的密闭空间中充满高压空气，利用调压室中‘1空气的压缩和膨胀，来减小调压室水位的涨，落幅度。此种调压室可靠近厂房布置：但需．要较大的稳定断面，还需配置压缩空气机，定期向气室补气，增加了运行费用。在表层地质地形条件不适于做常规调压室或通气竖井较长，造价较高的情况下，气垫调压室是一种可供考虑选择的型式，多用于高水头、地质条件好、深埋于地下的水道。典型布置如图10-4所示。图15-4气垫式调压室与常规调压室比较图有时，还可根据水电站的具体条件和要求，将不同型式调压室的特点组合在一个调压室中，形成组合式调压室。