（1. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司 陕西西安 710075；2. 西安理工大学 水利水电学院 陕西西安 710048）
摘要：【目的】研究某水电站气垫式调压室水位波动特性和水力特性变化规律。【方法】根据调压室设计规范结合基本方程，考虑到气垫式调压室气室内气体体积和压力的变化规律，建立数学模型，采用特征线法利用FORTRAN语言编写程序，计算隧洞末端压力、调压室涌浪水位、气室压力、蜗壳末端压力，对气垫式调压室水力特性、反射水锤波的性能以及水位波动特性进行分析。【结果】气垫式调压室水位波动幅度平缓，衰减周期也较短，隧洞末端和蜗壳末端的压力在导叶制动结束前上升到最大值，随后开始回落并呈现出波动状态，并逐渐趋于稳定。【结论】气垫式调压室的波动稳定易于实现，布置灵活，因此能更好、更有效的抑制引水道上可能出现的最大水锤压力。
关键词：气垫式调压室；压力；水位波动；水力特性
气垫式调压室是一种在岩体内由岩壁和水面围成的封闭式气室，并利用气室内高压空气形成的“气垫” 抑制室内水位高度和水位波动幅值的性能优越的水锤和涌波控制设施，与常规开敞式调压室相比，其高度大大降低，可少受地形、地质等条件的限制，可设置在更靠近厂房的位置从而可以更好地改善水轮发电机组的运行调节性能[1]。但是，除挪威外，气垫式调压室的应用实例在国际上还很少见，目前国内外已投入运行的气垫式调压室有18座，挪威10座、美国1座、国内7座，国内另有2座在建，通过学习挪威经验并深入分析、研究，我国建成了亚洲第一个利用围岩承担内压的地下气垫式调压室[2]。随着对环境保护问题的日益重视和气垫式调压室技术在我国日益成熟的应用和发展，对气垫式调压室的研究将会日益广泛起来，因此本课题是一项很契合工程实际需要的研究，符合绿色水电的发展趋势。
1 工程概况
某水电站为引水式[5]电站，设计水头445m，引水道总长约10km，最大引用流量34m3/s，装机容量130MW，采用2台混流机组，年均发电量400 GW•h。
引水系统包括：（1）非衬砌低压引水隧洞长8537m，断面面积17.5m；（2）一条432 m长的圆形断面非衬砌隧洞和断面面积为16.6m2的竖井，从低压隧洞1978.00~1714.00m高程；（3）一条长575 m的非衬砌高压隧洞，断面面积17.5m2；（4）一条190 m长的圆形钢衬段，直径2.9 m，包括一个竖井，高程1696.00~1543.00 m；（5）一条220 m长的钢衬隧洞段，直径2.9 m；（6）连接水轮机的30 m长的岔管，直径为1.8 m，水轮机到连接竖井到调压室的距离为585 m；（7）气室为100.00m×10.00m×13.00m（长×宽×高）城门洞形，底板高程1707.00m，水面高程1710.00m。气室与引水隧洞水平净距17.90m，高差10.80mm，采用斜井连接，斜井纵坡1：1.1944，断面为矩形，宽4.20m，高4.80m。
2 气垫式调压室的水力特性
2.1 水力计算
2.1.1计算方法
对于管道瞬变流，连续方程和运动方程[4]分别为：
2.2 水力特性分析
由上图可知，电站甩负荷时，气垫式调压室的涌浪值波动相当小，这是因为气垫式调压室中“气垫”发挥了作用，由此可知在设计气垫式调压室的高度时，远比常规调压室的高度要低的多。隧洞末端和蜗壳末端的压力由初始值迅速上升到最大值，然后随着时间的延长，蜗壳末端压力值下降，并呈现出压力波动衰减的现象，直到压力变化趋于稳定。
总的来看，由于气垫式调压室中“气垫”的存在，当电站丢弃负荷时，一部分水流进入气垫式调压室，水位上升，气体压缩，压力增高，因而使隧洞内的水流减速，室内的最高涌浪值波动较小；当电站增加负荷时，气垫式调压室的一部分水流迅速补给机组，气室空气体积增大，压力降低，因此隧洞中水流加速。因此，气垫式调压室中水位也同样存在震荡波动问题，不过因为“气垫”的影响，使得气垫式调压室的波动稳定易于实现。
不过由于“气垫”的存在，气室的漏气问题是气垫式调压室运行过程中的主要缺陷，目前处理漏气问题的最经济有效的方法是在气垫式周围设置水幕，水幕的工作原理就是人为地增加气垫周围的地下水压力，如何在不同的地形地质条件下，确定水幕钻孔的大小、深度、方向、位置和形式是解决气垫式调压室漏气问题的主要研究方向。
3 结论
本文介绍了高水头水电站长距离有压引水系统中气垫式调压室的水锤计算、调压室内的水位涌浪计算以及水锤穿室问题的分析，对不同工况的水位波动特性、水力特性进行了分析对比，为类似工程提供参考。
参考文献
[1] 郑源, 张健.水力机组过渡过程[M]. 北京大学出版社, 2008.
[2] 刘德有, 张健, 索丽生.气垫调压室研究进展[J].水电能源学科.2000,18(4): 1-5.
[3] 张健, 索丽生等. 气垫调压室内气体动态特性研究[J].水力发电学报, 2004,23(4): 97-101.
[4] 刘启钊. 水电站（第三版）[M]. 中国水利水电出版社, 1998.
[5] 夏勇, 余挺等.自一里水电站气垫式调压室研究[J]. 水利水电技术, 2004,35(10): 41-44.
[6] 葛静, 鞠小明等. 气垫式调压室气室常数和多方指数的影响规律分析[J].水利水电施工, 2008(Z): 38-40.
作者简介
徐晓燕（1990-），女，陕西宜川人，硕士，土地工程助理工程师，主要从事土地工程技术应用研究。
论文作者:徐晓燕1,张晓宏2,雷宁1
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/14
标签：气垫论文; 隧洞论文; 水位论文; 压力论文; 水力论文; 特性论文; 涌浪论文; 《基层建设》2017年第13期论文;