水电站调压室设计规范

水电站调压室设计规范Specificationfordesignofsurgechamberofhydropowerstation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［1996］733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/T5058－1996该标准自1997年5月1日起实施。请将执行中的问题和意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，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SDJ12—78《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、SD134—84《水工隧洞设计规范》、SDJ173—85《水力发电厂机电设计技术规范》(试行)、DL/T5057—1996《水工混凝土结构设计规范》、SDJ10—78《水工建筑物抗震设计规范》(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：①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；②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α—水头损失系数φ—孔口流量系数m—堰顶流量系数Tw—压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(3.1.2－1)作初步判别：Tw＞［Tw］(3.1.2－1)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；①—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；②—调速性能较好的区域，适用于占电力系统比重较小的电站；③—调速性能很差的区域，不适用于大、中型电站图3.1.2Tw、Ta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/s2；Hp—设计水头，m；［Tw］—Tw的允许值，一般取2～4s。［Tw］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、Ta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：(3.1.2－2)式中GD2—机组的飞轮力矩，kg·m2；N—机组的额定转速，r/min；P—机组的额定出力，W。3.1.3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(3.1.3－1)作初步判断：(3.1.3－1)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：(3.1.3－2)式中Hv—尾水管内的绝对压力水头，m；ΔH—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。3.2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(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、下室共同或分别组成［图4.0.2(ｅ)、(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；(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：A＝KAth(5.1.1)式中Ath—托马临界稳定断面面积，m2；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；α—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)，s2/m；在无连接管时用α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；K—系数，一般可采用1.0～1.1；选用K＜1.0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α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(n－1)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)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