气垫调压室气室体积的设计原则

气垫调压室的体积应满足波动稳定性和不漏气入洞以保证机电系统的安全和稳定运行，这就必须满足其临界稳定断面FK的要求：

式中：F′K为开敞式调压室的临界稳定断面；P0为气垫压室在稳流状态的初始气压；l0为气垫调压室的初始气室高度。

m=cp/cv，F为调压室的水面面积，KF为安全系数。在常规调压室的设计中，早期KF用1.5～1.1，近来KF用1.0～1.1[10]，由于临界稳定断面计算式 （即托马公式）没有考虑许多重要的有利于波动稳定因素，例如调速器的影响，KF的取值在实践中偏向于采用较小的数值。为了确定设计气垫调压室所采取的安全系数KF，一个简单的方法是总结已建10个调压室的设计和实践。

表7列出10个调压室的有关资料[5～7]。统计时，把第⑧列数据理解为Vair均值，把第⑨列数据理解为Vair最大、最小值。Julkla是个抽水蓄能电站，统计时，觉得对其数据不够理解，予以放弃不用，故只用了9个调压室的数据，第⑤列数据理解为室内发生的最小、最大气压。

把F′K及式（10）写为近似表达式

式中：式 （12）即常规调压室托马断面的近似式。把FK与F′K的关系也写成近似式

FK为气垫调压室的托马断面。

又

表7　挪威10个气垫室的参数统计

注 表中第②③列数据取自参考文献 [7]，其余自参考文献 [5，6]，Kvilladl的低气压3.7MPa，取自参考文献[7]。
1.引自参考文献 [7]。
2.Vair引自参考文献 [1]。

把式（12）代入式（13），有(www.xing528.com)

式中：f为引水隧洞的横断面积；n为引水道的糙率；H0为水电站的正常水头，P0为气垫调压室的初始气压，Vair=l0f为气室体积。

式 （14）或式 （15）中，引水道的糙率是不好精确找到的，故把n排除在外，定义P0f 5/3/H0为调压室引水系统的特性系数，它是由系统本身的特性决定的，如果点绘Vair和P0f 5/3/H0的关系，其斜率即是0.0132KF/n 2。

把表7中第⑨列中的Vair（取大值）与第⑥列数据P0f 5/3/H0（P0取第⑤列中的小值）点绘图2，图2中黑点旁边的数值为表7中的工程序号，Kvilldal的Vair和P0f 5/3/H0很大，将其同时缩小4倍点绘于图7上，由图7可见，除第8个工程Brattset以外，代表其他8个工程的点基本落在直线上，为了安全，大致按包线绘出直线OA。OA的斜率tg a便是Vair/P0f 5/3/H0，若不计入Brattset，则tg a之值为33.1。现将tan a=Vair/P0f 5/3/H0之特征数值列于表8。

图2　的经验关系曲线

表8　的经验关系表

① 系按n=0.025，由tg a求得的KF。

表8中，平均值33.1是排除了Brattset的8个工程的平均值。

由表8可见，挪威9个气垫调压室的KF在3.86～1.12之间，8个工程的平均KF，约为1.57，这里面含有一个不太确定的因素n值的假定。这里，平均KF=1.57相应n=0.025。考虑各种有利因素后，气垫室面积稳定安全系数KF采用1.1～1.2是可以的。

式 （12）和图2表示了目前阶段气垫调压室体积设计的经验原则。