中美水电规范调压室判别计算成果分析

余 扬

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州 贵阳 550081

正文：

1 工程概况

非洲某水电站项目采用中国规范设计，美标复核。该电站总装机容量2115MW，年发电量6307GWh。工程枢纽主要由碾压混凝土重力坝（主坝）、坝身泄水建筑物、右岸引水系统及地面厂房等建筑物组成。

该电站引水系统采用一洞三机布置，线路轴线平均长675m，单机引用流量为235.56m3/s。引水系统由进水口、闸门井、引水隧洞、调压井及压力钢管等建筑物组成。按中国规范计算，调压井采用阻抗式，阻抗孔直径8.2m，井筒直径22m，总高度84m。

2 水头损失

因为调压室判别计算需要引水系统流道特性参数，所以需先复核引水系统水力学，计算沿程水头损失和局部水头损失。

中国标准中，沿程水头损失计算采用经验公式谢才-曼宁公式，美国标准则使用达西-魏兹巴赫（Darcy-Wiesbach）的摩阻系数。对于局部水头损失计算，中美标准规律公式基本一致，影响因子基本相同。通过计算，中国标准平均糙率时水头损失为9.067m，美国标准糙度中等时水头损失为9.531m。

3 调压室设置条件

3.1 基于水道特性的调压室设置判别

中国标准《水电站调压室设计规范》（NB/T 35021-2014）采用水流惯性时间常数（Tw）来判别是否设置上游调压室。具体公式如下：

式中：

Tw—压力水道的惯性时间常数，s；

Li—压力水道各段长度，m；

Vi—压力水道各段相应的流速，m/s；

g—重力加速度，9.81m/s2；

Hp—电站的设计水头；

[Tw]—Tw的允许值，一般取2～4s。

美国标准《美国土木工程师学会水电工程设计导则》上游调压室判别公式如下。

式中：H——静水头；

L、V——分别为压力引水道长度和对应流速；

Tw——压力管道中水流惯性时间常数，s；

[Tw]——Tw的允许值，建议大于2.5s时调整引水结构；

3.2 基于机组特性的调压室设置判别

根据中国标准《水电站调压室设计规范》和《水轮机调速器与油压装置技术条件》的规定，电站运行稳定性与水流惯性时间常数，机组加速时间常数相关。即上游调压室需要采用水流惯性时间常数（Tw）与机组惯性时间常数（Ta）的比值不大于0.4，共同判别调压室设置。

Ta= GD2N2/（365P）

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；

查询美国论据工程兵团规划设计规范，未列出机组加速时间计算公式，本次采用《水电开发（墨索尼著作）》中公式:

t=GD2n2/（375N） [sec]

式中：

GD2—机组的飞轮力矩，t·m2；

n—机组的正常操作转速，rpm；

N—机组额定出力，W；

4 调压室设置判别对比

根据中国标准计算，引水系统水流惯性时间Tw=5.36s＞[Tw=4s]，机组惯性时间常数Ta=0.069，Tw/Ta=77.74，综合考虑需设置上游调压井。

根据美国标准计算，引水系统水流惯性时间Tw=4.11s＞[Tw=2.5s]，机组惯性时间常数Ta=0.067，Tw/Ta=61.23，综合考虑需设置上游调压井。

表1 中美标准调压室判别计算参数对比表

表2 调压室设置判别中美标准计算对比表

结合Tw、Ta与调速性能关系分析，本工程Tw、Ta位于调速性能差的区域，引水发电系统可需设置上游调压室。对比中美标准中基于水道特性的判别成果，两种标准结果相同均同意设置上游调压室。

5 结论

经过中美标准调压室判别两种方法、公式的计算，该工程引水系统均需要设置上游调压室。由于中美标准调压室判别公式类似，计算成果数值成果也很接近。本文就中美规范之间的异同和可操作性进行对比分析，可为涉外工程设计提供参考。