什麼是調壓室

對引水式水電站的有壓引水道或地下式廠房的較長有壓尾水道，為了減小水擊壓力，並改善機組的運行條件而建造的水電站平水建築物(見水電站建築物)。它利用擴大了的斷面和自由水面反射水擊波的特點，將有壓引水道分成兩段：上游段為有壓引水隧洞，下游段為壓力水管。由於設立調壓室，使隧洞基本上可避免水擊壓力的影響，同時也減小壓力水管中的水擊壓力，從而改善機組的運行條件。按照習慣，當調壓室部分或全部設置在地面以上時稱為調壓塔；調壓室大部分埋設在地面以下時，則稱為調壓井。有時在具有較長有壓引水道，而機組引用流量又較小的水電站上，也可採用調壓閥（能自動啟閉使壓力水管的水流分流排出的一種機械設施）代替調壓室。

工作原理

（圖1）為一具有調壓室的水電站引水系統（見水電站引水建築物）。當水電站以某一固定出力運行時，水輪機所引用的流量Q0保持不變。調壓室穩定運行的水位比上游低

，

為Q0通過引水道時所產生的水頭損失。

當水電站丟棄全部負荷時，水輪機的流量變為零，壓力水管中發生水擊現象，水流將隨之停止流動。此時引水隧洞中的水流由於慣性作用仍繼續流向調壓室，使調壓室水位升高，引水隧洞始末兩端的水位差隨之減小，流速也逐漸減慢。當調壓室的水位達到水庫水位時，水流由於慣性作用仍繼續流向調壓室，使調壓室水位繼續升高，直至引水隧洞內的流速減小到零為止，此時調壓室水位達到最高點。由於這時調壓室的水位高於水庫水位，在引水隧洞的始末又形成了新的水位差，所以水流反向水庫流去，調壓室中水位開始下降。當調壓室水位下降到水庫水位時，水流由於慣性作用繼續流向水庫，調壓室水位還繼續下降，直至引水隧洞內的流速減小到零為止，此時調壓室水位降到最低點。而後由於調壓室的水位低於水庫水位，引水隧洞中的水流又開始流向調壓室，調壓室水位又開始上升。這樣，伴隨着引水隧洞中水流的往返運動，調壓室的水位也就上下波動。由於引水道存在摩阻，運動水體的能量會被不斷消耗，波動也就逐漸衰減，最後波動停止，調壓室水位就穩定在水庫水位。水電站增加負荷時，調壓室水位波動與丟棄負荷時相反。當機組的負荷發生小的變化時，也會引起調壓室的水位產生類似的波動。

佈置方式

根據水電站不同佈置的要求及引水道的條件，調壓室可有以下四種佈置方式。

（1）上游調壓室(圖2a)：位於水電站廠房上游的有壓引水道上，又稱引水調壓室。這種佈置方式適用於廠房上游有較長的有壓引水道的情況，應用最為廣泛。

（2）下游調壓室(圖2b)：又稱尾水調壓室。當水電站地下式廠房下游的有壓尾水隧洞較長時，需設置下游調壓室，一般應儘可能靠近廠房佈置。下游調壓室的工作原理與上游調壓室相似，但其水位變化過程正好相反。

（3）上下游雙調壓室系統（圖2c）：在有些地下式廠房中，廠房的上下游都有較長的有壓引水道及尾水道，因而在廠房的上下游均設置調壓室而成雙調壓室系統。當負荷變化時，水輪機的流量也隨之發生變化，此時兩個調壓室的水位都將跟着變化，相互影響，它們的變化是相互促進又相互制約的。

（4）上游雙調壓室系統（圖2d）：當有壓引水道較長時，有時在上游設置兩個調壓室。其中靠近水電站廠房的調壓室稱為主調壓室，它對反射水擊波起主要作用。另一個靠近上游的調壓室稱為輔助調壓室，用以反射越過主調壓室的水擊波，幫助衰減引水系統的波動影響。輔助調壓室越靠近主調壓室，它所起的作用也就越大。

結構形式

根據水電站佈置特點和具體地形、地質條件，調壓室可有以下幾種結構形式。

（1）簡單圓筒式(圖3a)：調壓室自上而下具有相同的斷面，結構簡單，由於其底部沒有阻抗，因此反射水擊波的效果好，但在正常運行時，與隧洞聯接處的水頭損失較大。水電站負荷變化時，調壓室中水位波動的振幅大，衰減也慢，因此所需調壓室的容積較大。一般都用於低水頭水電站。

（2）阻抗式(圖3b)：在簡單圓筒式調壓室的底部設置阻力孔並與隧洞及壓力水管聯接，即成為阻抗式調壓室。由於附加阻抗的存在，調壓室水位波動的振幅小，衰減快。正常運行時水頭損失也小，但水擊波不能完全反射，水擊壓力大，而且水擊波還有可能越過調壓室傳至引水隧洞。一般用於中水頭水電站。

（3）雙室式（圖3c）：由一個斷面較小的豎井將上下兩個斷面擴大的貯水室連接組成，上室供水電站丟棄負荷時貯水用，下室在增加負荷時用於補充水輪機所需的流量。適用於水頭較高和水庫工作深度較大的水電站。

（4）溢流式（圖3d）：調壓室中間豎井的頂部設有溢流堰。當丟棄負荷時，調壓室水位上升到溢流堰頂就開始溢流，溢出的水量可排至下游，也可設上室加以貯存，待豎井水位下降時，通過溢流堰底部的匯流口返回豎井。適用於水頭較高的水電站。

（5）差動式（圖3e）：通常由兩個直徑不同的同心圓筒組成，中間圓筒稱為升管，直徑較小，上有溢流口，底部通過阻力孔與外圈大井相通，也有將大井與升管分開佈置的形式。它吸取了阻抗式調壓室和溢流式調壓室的特點，但結構較為複雜，是應用較多的一種結構形式。

（6）壓氣式（圖3f）：一種新型調壓室結構形式，也稱氣墊式調壓室。它利用靠近地下式廠房壓力水管上覆的山體，開挖一個大型地下洞室，其頂部完全封閉，並充以壓縮空氣，從而抑制調壓室水位波動，但其反射水擊波的效果較差。

調壓室的波動穩定問題

水電站有壓引水系統設置調壓室後，在“引水道-調壓室”系統中出現了與水擊波性質不完全相同的波動。

水電站正常運行時，若調壓室水位發生變化，會引起水輪機水頭的變化，但電力系統要求出力保持固定，因此通過水輪機的流量必須跟着變化。這樣反過來又激發調壓室水位的波動。這種互相激發的作用，可能使調壓室的波動逐漸增大。設計調壓室時，應避免產生這種現象使波動漸趨穩定，即波動的振幅應隨時間而衰減。

調壓室的波動不穩定現象，首先是在德國海姆巴赫水電站發現。D.托馬對此進行了研究，並於1910年提出了著名的調壓室波動的衰減條件。因此一般稱調壓室波動穩定問題為托馬問題，稱波動衰減條件為托馬條件。托馬條件有一個重要假定，即波動的振幅為無限小，亦即調壓室的波動是線性的。當波動振幅較大時，不能再近似地認為是一個線性問題，因此托馬條件不能直接應用於大波動。研究大波動衰減問題最好採用逐步積分法。

見水擊。

參考書目

王樹人主編：《調壓井水力計算理論與方法》，清華大學出版社，北京，1983。