水电站调压室原理解析

水电站调压室指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。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。

调压室的工作原理——调压室的水位波动现象。

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。

调压室的布置方式

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。

调压室的结构形式

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。