第五节 双室式.docx

第五节双室式、溢流式和差动式调压室的水位波动计算

一、双室式和溢流式调压室

双室式调压室适用在水电站的水头较高和水库工作深度较大的情况下，水头高则要求调压室的稳定断面小（详见本章第六节），因此竖井可以采用较小的直径。水库的工作深度大，则要求调压室具有较大的高度，采用双室式调压室，只需要增加断面不大的竖井高度即可。

溢流式常和双室式结合使用，在上室中加设溢流堰，如图15-3(d)所示。在丢弃负荷时，水位开始迅速上升，达到溢流堰后开始溢流，在最高水位附近保持一段时间后，才开始缓慢地下降，如图15-12所示。由于上室的水量绝大部分是经溢流堰流出的，其重心进一步提高了，同时最高水位受溢流堰限制，因此，在相同的条件下，所需上室的容积减小了，所以，设置溢流堰能改善双室式调压室的工作条件。

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图15-12丢弃负荷后竖井及上室水位变化过程

双室式调压室，只宜于做成地下结构，其上下室可做成各种形式。图15-13为一双室式调压室的实例。上室呈长槽形，在岩石中开挖而成，因岩石较好，顶部不加衬砌。上室有进出口与外部相通，作为交通与通气之用。上室的轴线和引水道的轴线不在一个铅直面上，交角27°30。盲肠形的下室具有圆形横断面，其轴线与引水道垂直，这样对结构较为有利；下室分两段，对称布置在引水道的两侧，这样既减小了下室的长度又使水流对称。

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图15-13双室式调压室（尺寸：m）

上室的底部应在最高静水位以上，这样才能充分发挥上室的作用。下室的顶部应在最低静水位以下，其底应在最低涌波水位以下。上室和下室的底部应有不小于1％的坡度倾向竖井，以便放空水流；下室的顶部应有不小于1.5％的反坡，当室内水位上升时，便于空气逸出。对下室的容积、高程和形状的设计应特别仔细，不应满足于一般计算，必要时要进行模型试验。

某水电站调压室模型试验表明：细而长的下室工作不够灵敏，当竖井水位迅速下降时，室内要形成一

个较大的水面坡降后才能向竖井补水，速度迟缓，迫使竖井水位低于下室内水位，容易使引水道进入空气；当竖井水位回升时，同样要形成一个反向的水面坡降才能使室内充水，迅速上升的水位很快将洞口淹没，致使下室中遗留的空气从水底逸出，水流极不稳定，因此，下室应尽量做成粗而短或对称布置在引水道的两侧。

在满足波动衰减的条件下，竖井断面应尽量减小，将大部分的容积集中于上室和下室。若竖井横断面

无限小，而上室容积集中于水位的最大升高 处，下室容积集中于水位的最大降低 处，这种双室

调压室称为“理想化”调压室。它是进行计算时的一个简化，竖井断面愈小，上室和下室的断面愈大，则愈接近理想化。

图15-14溢流式调压室示意图

如上室底部与上游最高静水位在同一高程（图15-14中的0—0线），上室中设溢流堰，堰顶高出静水位 ，则丢弃负荷时的最大水位升高

式中 为溢流堰顶溢过最大流量 时的水层厚度，可按下式计算

式中M——溢流堰的流量系数，与堰顶的形式有关；B——堰顶长度；

——丢弃负荷时，溢流堰的最大溢流量。

值将稍小于 ，因在开始溢流时，引水道中的流速已经减慢。令 ，y值可利用式（15-11）求解。忽略竖井的阻抗，即η=0，则式（15-11）变化为

式中符号同前。以 代人上式，即可求得y。以 代替式(15-19）中的 ，求得 ，从而求出 。如欲提高计算精度，可将求出之 和X代人式(15-20)重复计算一次。因 是

向上的，故式(15-20）中的X是以负值代入。

丢弃全负荷时，在 已知的情况下，溢流式调压室上室容积可按下式计算

如上室无溢流堰，则上室容积可近似地按下式计算

在应用以上二式时，应注意当水电站的流量由 增至

的符号，因 是向上的，故应以负值代人。时，下室容积按下式计算

式中 ，式（15-23）有图表可查。

以上三式都是根据理想化调压室的假定得出的，实际上，上室的容积在最高涌波水位以下，下室的容积在最低涌波水位之上，同时竖井也有一定的容积，因此在设计时，应先根据以上各式确定调压室的初步尺寸，再用逐步积分法加以校核。

双室式调压室水位波动的图解法与简单式调压室无很大区别，作图时仅需考虑调压室沿高度采用不同的断面积即可。在竖井内，由于断面较小，水位升降迅速，计算时段应选得小些，在上下室则应选择大些。由于断面和选择的时段不同，上室、竖井、下室各段的△V和△Z辅助曲线具有不同的斜率。图解时，水位在竖井内时，用竖井的△V和△Z线，水位进人上室或下室时，用上室或下室的△V和△Z线。

溢流式调压室在增加负荷时的图解方法与简单式或双室式调压室相同。但在丢弃负荷时，水位开始溢流后的图解计算还需利用堰顶的溢流深度与引水道流速的关系曲线，具体方法见有关文献。

二、差动式调压室

当稳定断面较大而上游水位变化不大时，多采用差