第十章 水电站调压室

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1、水水电电站站程永光程永光Prof. Dr. Yongguang Cheng武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院Tel: 68772274，13971388746Em: 第第10章章 水电站调压室水电站调压室2022-5-303调压室的功用：调压室的功用：减小水锤压力，改善机组减小水锤压力，改善机组运行条件运行条件 反射水锤波反射水锤波 缩短压力管道的长度缩短压力管道的长度 改善机组在负荷变化改善机组在负荷变化时的运行条件时的运行条件 设了调压室后，调压设了调压室后，调压室将整个引水道系统室将整个引水道系统分为两部分，前面一分为两部分，前面一段称为引水隧洞，后段称为引水隧洞，后面一段称为压力

2、管道面一段称为压力管道2022-5-304对调压室的基本要求：对调压室的基本要求：缩短压力管道长度、缩短压力管道长度、反射特性好、波动稳定反射特性好、波动稳定 调压室的位置应调压室的位置应尽量靠近厂房尽量靠近厂房，以缩短压力管，以缩短压力管道的长度（最近的研究表明不是越近越好）道的长度（最近的研究表明不是越近越好） 有良好的有良好的反射特性反射特性，即能充分反射压力管道传，即能充分反射压力管道传来的水锤波，不要使水锤波投射到引水隧洞来的水锤波，不要使水锤波投射到引水隧洞 调压室的工作必须是调压室的工作必须是稳定的稳定的，波动衰减迅速，波动衰减迅速 正常运行时，水头损失要小正常运行时，水头损失要

3、小 工程可靠，施工简单方便，造价经济合理工程可靠，施工简单方便，造价经济合理2022-5-305调压室的设置条件：调压室的设置条件：上游调压室和下游调上游调压室和下游调压室条件不同压室条件不同 上游调压室设置条件上游调压室设置条件 Tw是压力水道中是压力水道中水流惯性时间常数水流惯性时间常数。其物理意义是水轮机在其物理意义是水轮机在设计水头设计水头Hp作用下，不计摩阻时，管道内流速从作用下，不计摩阻时，管道内流速从0增大到增大到V0所所需的时间需的时间 L：压力管道（包括蜗壳及尾水管）长度：压力管道（包括蜗壳及尾水管）长度 V：管中平均流速：管中平均流速 Hp：设计水头：设计水头 Tw:允许的

4、水流惯性时间常数一般取值为允许的水流惯性时间常数一般取值为2-4ssTgHLVTww4202022-5-306调压室的设置条件：调压室的设置条件：上游调压室和下游调上游调压室和下游调压室条件不同压室条件不同 上游调压室设置条件上游调压室设置条件 Tw的取值与电站容量在电力系统中所占的比重有关的取值与电站容量在电力系统中所占的比重有关 我国的调压室设计规范规定：我国的调压室设计规范规定： 水电站单独运行或其容量在电力系统中所占的比重超过水电站单独运行或其容量在电力系统中所占的比重超过50时，时，Tw1.5s2.0s。 水电站容量在电力系统中所占的比重为水电站容量在电力系统中所占的比重为5020时

5、，时，Tw2.5s3.5s。 水电站容量在电力系统中所占的比重小于水电站容量在电力系统中所占的比重小于20时，时，Tw3.5s5.0ssTgHLVTww4202022-5-307调压室的设置条件：调压室的设置条件：上游调压室和下游调上游调压室和下游调压室条件不同压室条件不同 下游调压室设置条件下游调压室设置条件 Lw ：尾水道长度：尾水道长度,m； Ts：导叶关闭时间：导叶关闭时间,s； V：恒定运行时尾水道中的平均流速：恒定运行时尾水道中的平均流速,m/s； Vd ：尾水管进口处的流速，：尾水管进口处的流速，m/s； ：水轮机安装高程：水轮机安装高程,m； Hs：水轮机吸出高度：水轮机吸出高

6、度,m。 下游调压室的设置条件是以尾水管内不产生液柱分离为前提。下游调压室的设置条件是以尾水管内不产生液柱分离为前提。尾水管进口处最大真空度不超过尾水管进口处最大真空度不超过8m)29008(52sdswHgVVTL2022-5-308调压室的工作原理：调压室的工作原理：增大的水面反射水锤增大的水面反射水锤波，引水道中水体动能和势能相互转换波，引水道中水体动能和势能相互转换演示程序演示2022-5-309甩负荷工况：甩负荷工况：上游调压室水位先上升，下上游调压室水位先上升，下游调压室水位先下降游调压室水位先下降上水库上水库下水库下水库上游调压室上游调压室尾水调压室尾水调压室机组机组引水道引水道

7、尾水道尾水道压力管道压力管道尾水管尾水管蜗壳蜗壳Z1Z2V1引（尾）水道中水流在惯性作用下继续流动，从而引起调压室水引（尾）水道中水流在惯性作用下继续流动，从而引起调压室水位上升（下降），当水位达到极值后，由于调压室和水库的水位位上升（下降），当水位达到极值后，由于调压室和水库的水位差作用，水流开始倒流。如此往复流动，实现动能和势能的转换，差作用，水流开始倒流。如此往复流动，实现动能和势能的转换，并在阻力消耗下衰减。并在阻力消耗下衰减。V22022-5-3010增负荷工况：增负荷工况：上游调压室水位先下降，下上游调压室水位先下降，下游调压室水位先上升游调压室水位先上升上水库上水库下水库下水库上

8、游调压室上游调压室尾水调压室尾水调压室机组机组引水道引水道尾水道尾水道压力管道压力管道尾水管尾水管蜗壳蜗壳Z1Z2机组首先开始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）调压机组首先开始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）调压室，调压室水位变化，当调压室和水库的水位差达到极值后，水室，调压室水位变化，当调压室和水库的水位差达到极值后，水位差的作用使水流开始倒流。如此往复流动，实现动能和势能的位差的作用使水流开始倒流。如此往复流动，实现动能和势能的转换，并在阻力作用下快速衰减。转换，并在阻力作用下快速衰减。V1V22022-5-3011调压室水位和引（尾）水道中流速的调压室水位和引（尾）水道中流

9、速的对应对应的关系的关系反映了反映了动能和势能的转换动能和势能的转换 调压室水位对应于水体势能，引（尾）水道流速对应于水体动调压室水位对应于水体势能，引（尾）水道流速对应于水体动能，故能，故 调压室水位的极值时刻，对应于引（尾）水道流速为调压室水位的极值时刻，对应于引（尾）水道流速为0时刻；时刻； 引（尾）水道流速极值时刻，对应于调压室水位变化最快时刻（斜率引（尾）水道流速极值时刻，对应于调压室水位变化最快时刻（斜率最大）但库室水位基本齐平时刻最大）但库室水位基本齐平时刻 水位波动的衰减因素是水道阻力，若假设阻力为水位波动的衰减因素是水道阻力，若假设阻力为0，则水位变，则水位变化曲线是化曲线是

10、sin曲线，流速变化曲线是曲线，流速变化曲线是cos曲线，在曲线，在z-v坐标中形坐标中形成一个圆。成一个圆。 在在z-v坐标中，甩负荷后实际调压室坐标中，甩负荷后实际调压室引水道波动是收缩于原引水道波动是收缩于原点的螺旋线点的螺旋线V10V20Z1V1Z2V2zv2022-5-3012调压室水位波动过程线的绘制：注意标出调压室水位波动过程线的绘制：注意标出水库水位水库水位、波动初始水位波动初始水位、终了水位终了水位 绘制调压室最高涌波过程线绘制调压室最高涌波过程线 甩全负荷工况甩全负荷工况：库水位为最高水位；初始水位比库水位低：库水位为最高水位；初始水位比库水位低引水道损失值引水道损失值hw

11、0 ；终了水位与库水位齐平；终了水位与库水位齐平2022-5-3013调压室水位波动过程线的绘制：注意标出调压室水位波动过程线的绘制：注意标出水库水位水库水位、波动初始水位波动初始水位、终了水位终了水位 绘制调压室最低涌波过程线绘制调压室最低涌波过程线 增负荷工况增负荷工况：库水位为最低水位；初始水位与库水位齐平：库水位为最低水位；初始水位与库水位齐平或略低（空载流量）；终了水位比库水位低或略低（空载流量）；终了水位比库水位低hw0；2022-5-3014水轮机甩负荷工况水轮机甩负荷工况:机组流量减小，上游调机组流量减小，上游调压室水位先上升，下游调压室水位先下降压室水位先上升，下游调压室水位