新型调压井研究与应用

1调压井主要尺寸确定

1．1调压井井筒尺寸

调压井内径根据调压井稳定断面面积来确定，按照《水电站调压室设计规范》（DL／T5058—1996）［1］，调压井稳定断面面积A根据托马准则进行计算：

1．2连接管尺寸

该工程调压井与隧洞之间连接管兼起阻抗孔的作用，由基岩面出露高程确定的调压井底高程为561．8m，调压井与隧洞之间连接管长度达71．35m。连接管直径的选择，参考阻抗孔要求确定，据工程经验，当阻抗孔截面面积小于压力引水道截面面积的15％时，压力管道末端及调压井底部的水击压力会急剧恶化，而阻抗孔截面面积大于压力引水道截面面积的50％时，对抑制波动幅度与加速波动衰减的效果则不显著。因此，连接管截面面积在引水隧洞截面面积的15％～50％内选择。连接管直径在540．0m高程以下拟定为4．7m，其面积为引水隧洞截面面积的42．6％，在540．0～561．8m高程内，连接管直径扩大为8．0m，这样有助于减少长连接管对调压井反射水锤波的不利影响。

2井周边消力池宽度

机组甩负荷时，调压井内水位上升至579．6m，这时电站设计引水流量161．16m3／s全部沿调压井顶部四周溢流，跌入井周的水池内，池周宽度依据跌水的水舌落点距井壁的距离（即水舌长度）确定。根据《水力计算手册》［2］，跌落水舌长度Ld＝4．3D0．27p，其中：D＝q2gp3；q为单宽流量，m3／s；p为井顶至池底板的高差，m。计算出的水舌长度为6．9m，因此消力池底宽取6．9m。

3调压井涌波计算分析

3．1最高涌波水位计算

由于调压井为阻抗＋溢流的型式，在全部机组满载运行丢弃全部负荷，调压井涌波水位至579．6m时即溢流，最高涌波水位即579．6m＋溢流堰顶水深。

3．2最低涌波水位计算

调压井最低涌波的计算，主要是为了复核根据基岩面确定的调压井底高程是否满足规范要求，按照《水电站调压室设计规范》（DL／T5058—1996）［1］附录B，用查图法计算，在正常蓄水位为577．00m时，负荷从50％增加到满负荷时，调压井的最低涌浪水位为568．63m，与调压井底板高程561．80m之间有6．83m的安全水深，远大于规范规定的不小于1m水深的要求。

4水力过渡过程计算研究

根据上述调压井型式和尺寸，武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室对该电站引水发电系统进行了水力过渡过程计算研究［3］，研究情况如下。通过大波动过渡过程的计算，验证了该电站引水系统水力设计的合理性。在水轮发电机组转动惯量GD2＝880t•m2（G为发电机转动部分质量，D为其惯性直径）和合理确定导叶两段关闭规律和关闭时间的条件下，蜗壳最大压力水头为123．91m水头、尾水管最小真空度为5．14、机组转速最大上升率为48．7％，均能满足现行规范要求。进水阀关闭采用先快后慢规律，总关闭时间为120s，能保证机组飞逸时间和水锤压力均较小。调压室型式和尺寸基本合理、可行。

5调压井结构设计

基岩以上调压井衬砌按圆柱壳体计算内力，按承载能力极限状态计算配筋，同时按抗裂要求进行正常使用极限状态验算。基岩以下衬砌结构按平面圆筒计算，即考虑围岩弹性抗力作用，按隧洞公式计算内力和配筋，按限裂要求验算，裂缝宽度不大于0．25mm。调压井基岩以下部分围岩均进行固结灌浆，以增强衬砌和围岩的联合承载能力，提高围岩防渗性能。固结灌浆孔间、排距均为3m，在管径8m衬砌段灌浆孔深入围岩5m，管径4．7m段灌浆孔深入围岩2．5m。

6结语

阻抗与溢流相结合的新型调压井是赤道几内亚吉布洛水电站设计中因地制宜采取的新措施，它大大降低了调压井最高涌波水位，使得调压井结构简化，投资节省（与单纯阻抗式调压井相比，节约投资约400万元），而且在电站负荷变化时，机组能更快地恢复稳定，同时也减轻了水锤压力，提高了发电质量和压力引水道的安全。该水电站已于2011年5月12日下闸蓄水，并网发电，调压井运行状况良好，初步得到了实践的检验，它的成功运用增添了调压井设计的新思路。

作者：史海英 宋海印 韩秋茸 单位：黄河勘测规划设计有限公