溢流式調(diào)壓室技術(shù)分析

對(duì)溢流式調(diào)壓塔作了大膽的創(chuàng)新與嘗試，創(chuàng)造性地解決了不設(shè)滋流水道如何處理塔頂滋流和利用水流在空氣中摻氣擴(kuò)散，以及自流跌落到跌水池進(jìn)行滋流水舌的消能處理兩個(gè)難點(diǎn)問題。

應(yīng)用水力學(xué)原理，較好地解決了電站甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組關(guān)機(jī)產(chǎn)生最高涌浪問題；也具有在負(fù)荷變化時(shí)，機(jī)組的反應(yīng)更加迅速及時(shí)，能更快地恢復(fù)穩(wěn)定；操作靈活，極大地改善機(jī)組運(yùn)行條件，獲得更佳的調(diào)節(jié)質(zhì)量，提高了電站穩(wěn)定安全運(yùn)行等良好的技術(shù)效果 。

調(diào)壓塔沿管道軸線布置在緩坡段末端，塔身軸線與管道軸線基本成正交。調(diào)壓塔由基座、跌水池、塔身、塔頂及泄水箱(管)組成，總高度22.75m，地面以上高度20.84m。塔頂高程205.00m。距地面2.73m高處設(shè)跌水池，跌水池成碗狀，上口直徑10m，池底直徑4.3m,深2.7m，跌水池內(nèi)設(shè)0.5m×0.4m的泄水箱(管)。泄水箱(管)進(jìn)水頂部高出池底面1.2m,泄水箱末端接消力池，水流流經(jīng)消力池人地面排水渠。塔身為圓筒形，斷面結(jié)構(gòu)采用200號(hào)鋼筋棍凝土，外徑2.3m，內(nèi)徑2m,壁厚0.15m?？?jié)B設(shè)計(jì)等級(jí)為S₆。

國內(nèi)小型水電站調(diào)壓塔有圓筒式、阻抗式、雙室式、滋流式和差動(dòng)式等5種。溢流式調(diào)壓塔國內(nèi)研究的技術(shù)方案一般是塔頂溢流后，在塔頂設(shè)堰下水室，匯集堰下水流入溢流水道，然后在地面設(shè)消力池和排水渠。這種有溢流水道的調(diào)壓塔存在上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，投資多，造型難于美觀等缺點(diǎn)。采用空中溢流式調(diào)壓塔較理想地解決了這一實(shí)際問題，它利用水流在空氣中摻氣擴(kuò)散、自流跌落到跌水池進(jìn)行溢流水舌的消能處理，創(chuàng)造性地解決了不設(shè)溢流水道如何處理水電站調(diào)壓塔塔頂溢流的問題。這種新型空中溢流式調(diào)壓塔簡化了調(diào)壓塔的上部結(jié)構(gòu)，降低了調(diào)壓塔高度，減少了工程投資，且已在水電站工程實(shí)踐中應(yīng)用成功 。

空中溢流式調(diào)壓塔可減少工程投資約35%，溢流式調(diào)壓塔與機(jī)械調(diào)壓裝置及其他型式調(diào)壓塔投資估算比較，總結(jié)出兩點(diǎn)：一是電站運(yùn)行工況好，二是機(jī)組及管道修理費(fèi)用低，三是提高了機(jī)組出力，四是提高了對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行的可靠性。

空中溢流式調(diào)壓塔在小型電站中應(yīng)用效果及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析表明，它具有其他型式調(diào)壓塔不可替代的優(yōu)點(diǎn)。但是，只能限于適宜建塔式調(diào)壓室的電站采用。根據(jù)我們研究和應(yīng)用成果分析，對(duì)較小流量(Q<20m³/s)的適用塔式調(diào)壓室的中小電站宜優(yōu)先采用本成果。如將此項(xiàng)成果應(yīng)用于電力系統(tǒng)的骨干電站，對(duì)電站機(jī)組和電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響更大，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效果更加明顯 。2100433B

分類特點(diǎn)

簡單圓筒式調(diào)壓室

特點(diǎn)：斷面尺寸形狀不變，結(jié)構(gòu)簡單，反射水擊波效果好。但水位波動(dòng)振幅較大，衰減較慢，因而調(diào)壓室的容積較大；在正常運(yùn)行時(shí)，引水系統(tǒng)與調(diào)壓室連接處水力損失較大。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用有連接管的圓筒式調(diào)壓室。

適用：低水頭小流量的水電站。

阻抗式調(diào)壓室

將圓筒式調(diào)壓室的底部，用較小斷面的短管或用較小孔口的隔板與隧洞及壓力管道連接起來，這種孔口或隔板相當(dāng)于局部阻力，即為阻抗式調(diào)壓室。

特點(diǎn)：進(jìn)出調(diào)壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，可以有效地減小水位波動(dòng)的振幅，加快了衰減速度，因而所需調(diào)壓室的體積小于圓筒式。正常運(yùn)行時(shí)水頭損失小。由于阻抗的存在，水擊波不能完全反射，壓力引水道中可能受到水擊的影響。

雙室式調(diào)壓室

特點(diǎn)：雙室式調(diào)壓室是由一個(gè)豎井和上下兩個(gè)儲(chǔ)水室組成。上室供丟棄負(fù)荷時(shí)儲(chǔ)水用，一般在最高凈水位以上，在正常運(yùn)行時(shí)是空的。下室在正常運(yùn)行時(shí)充滿水，供增加負(fù)荷時(shí)補(bǔ)給水量用，應(yīng)在調(diào)壓室中最低靜水位以下。豎井是用來連接上下室和引水道與壓力管道的。剛丟棄負(fù)荷時(shí)， 由于豎井?dāng)嗝孑^小，水位迅速上升，當(dāng)水位達(dá)到上室時(shí)，其上升的速度放慢，從而減小波動(dòng)振幅。當(dāng)增加負(fù)荷時(shí)，水位迅速下降到下室中，并由下室補(bǔ)充不足的水量，因此限制了水位的下降。

適用：水頭較高，要求的穩(wěn)定斷面較小，水庫水位變化比較大的水電站。

上室的底部高程由水庫最高水位控制，下室的頂部高程由水庫的死水位控制。

溢流式調(diào)壓室

溢流式調(diào)壓室頂部設(shè)有溢流堰。

當(dāng)丟棄負(fù)荷時(shí)，調(diào)壓室的水位迅速上升，達(dá)到溢流堰頂后開始溢流，限制了水位的進(jìn)一步升高，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，溢出的水量，可以設(shè)上室加以儲(chǔ)存，也可排至下游。

差動(dòng)式調(diào)壓室

由兩個(gè)直徑不同的同心圓筒組成，中間的圓筒直徑較小，上有溢流口，稱為升管，其底部以阻力孔口與外室相通。

特點(diǎn)：外室直徑較大，起盛水及保證穩(wěn)定的作用，其斷面由波動(dòng)穩(wěn)定條件控制。差動(dòng)式調(diào)壓室所需容積較小，水位波動(dòng)衰減得也較快。但其構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大，造價(jià)高。

適用：地形和地質(zhì)條件不允許大斷面的中高水頭水電站，在我國采用較多。

氣墊式或半氣墊式調(diào)壓室

在壓力隧洞上靠近廠房的位置建造一個(gè)大洞室，室中一部分充水，另一部分充滿高壓空氣。利用調(diào)壓室中的空氣壓縮或膨脹，來減小水位漲落的幅度。

適用：深埋于地下的引水道式地下水電站。我國已有數(shù)個(gè)實(shí)例。2100433B

溢流式溢水道按泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)用情況，分為正常溢流式溢水道和非常溢流式溢洪道。前者用以宣泄設(shè)計(jì)洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分為河床式溢流式溢水道和岸邊溢流式溢水道。河床式溢流式溢水道經(jīng)由壩身溢洪。岸邊溢流式溢水道按結(jié)構(gòu)形式可分為：

①正槽溢流式溢水道。泄槽與溢流堰正交，過堰水流與泄槽軸線方向一致。

②側(cè)槽溢流式溢水道。溢流堰大致沿等高線布置，水流從溢流堰泄入與堰軸線大致平行的側(cè)槽后，流向作近90°轉(zhuǎn)彎，再經(jīng)泄槽或隧洞流向下游。

③井式溢流式溢水道。洪水流過環(huán)形溢流堰，經(jīng)豎井和隧洞泄入下游。

④虹吸溢流式溢水道。利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，經(jīng)泄槽流向下游，可建在岸邊，也可建在壩內(nèi)。岸邊溢流式溢水道通常由進(jìn)水渠、控制段、泄水段、消能段組成。進(jìn)水渠起進(jìn)水與調(diào)整水流的作用。控制段常用實(shí)用堰或?qū)掜斞?，堰頂可設(shè)或不設(shè)閘門。泄水段有泄槽和隧洞兩種形式。為保護(hù)泄槽免遭沖刷和巖石不被風(fēng)化，一般都用混凝土襯砌。消能段多用挑流消能或水躍消能。當(dāng)下泄水流不能直接歸入原河道時(shí)，還需另設(shè)尾水渠，以便與下游河道妥善銜接。濟(jì)式溢洪道的選型和布置，應(yīng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、樞紐布置及施工條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

為減小室水位被動(dòng)幅值，在圓筒式調(diào)壓室底部設(shè)有阻抗設(shè)施的調(diào)壓室。阻抗式調(diào)壓室用較小斷面的接管(或孔板)與壓力引水道(或尾水道)相連，對(duì)進(jìn)出調(diào)壓室水流形成局部阻抗。當(dāng)丟棄負(fù)荷時(shí)，水由壓力引水道經(jīng)阻抗孔口進(jìn)入調(diào)壓室，阻抗作用使水頭損失增加，阻抗孔口處壓力增加，減小了壓力引水道兩端的壓差，使室水位波動(dòng)幅值降低。當(dāng)增加負(fù)荷時(shí)，水由調(diào)壓室孔口流入壓力管道，為克服阻抗，室水位降低較小。