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SL162-2010 水电站有压输水系统模型试验规程.pdf

本标准审查会议技术负责人：刘志明 汪庆元 本标准体例格式审查人：曹 阳

目次1总则2一般规定22.1研究大纲22. 2基本资料22. 3报告编写23相似准则34试验设备与量测仪器45模型设计56模型制造与安装67试验方法与观测内容78试验资料整理与成果分析8附录A有压输水系统的数值模拟9标准用词说明11条文说明13

1.0.1为规范水电站有压输水系统模型试验的研究方法与技术 要求T／CECS597-2019 地下连续墙检测技术规程及条文说明.pdf，提高试验研究成果的科学性、准确性和可靠性，特编制本 标准。 1.0.2本标准适用于水电站和水泵站的有压引水隧洞（管道）、 调压井和尾水隧洞（尾水管）等在内的非恒定与恒定流水力模型 试验。

1.0.1为规范水电站有压输水系统模型试验的研究方法单 要求，提高试验研究成果的科学性、准确性和可靠性，特乡 标准。

1.0.2本标准适用于水电站和水泵站的有压引水隧洞（ 调压井和尾水隧洞（尾水管）等在内的非恒定与恒定流水 试验。

1.0.3有压输水系统模型试验应根据试验任务要求编制证 究大纲。

1.0.4本标准引用标准为：

《水工（常规）模型试验规程》（SL155） 1.0.5有压输水系统模型试验除应符合本标准外，尚应符合国 家现行有关标准的规定

2.1.1应根据研究任务和要求，编制研究大纲，该大纲在研究 程中可作必要的修正。 2.1.2研究大纲内容宜包括项目概况、工程基本资料、研究目 的和内容、技术路线及模拟方法、进度计划、预期成果、研究负 责人和参加人员等。

2.1.1应根据研究任务和要求，编制研究大纲，该大纲在 过程中可作必要的修正。

2.1.2研究大纲内容宜包括项目概况、工程基本资料、

的和内容、技术路线及模拟方法、进度计划、预期成果、研究负 责人和参加人员等。

2.2.1模型试验前应收集与工程相关的地形资料。地形图比例 应满足研究需要。

2.2.2 模型试验前应收集工程规模、总体布置和细部结构等 资料。

2.2.2模型试验前应收集工程规模、总体布置和细部结构等

2.2.3模型试验前应了解工程的各种运行方式、相应的流 特征水位。

2.3.1 模型试验报告宜包括前言、工程概况、试验目的

模望迅验报合直包拍前育、工程概、规验自的与P 模型设计与制作、量测方法、模型验证或率定试验、试验结 分析和结论与建议等内容。

2.3.2数学模型计算报告宜包括前言、工程概况、计算

内容、模型及计算方法、模型验证或率定计算、计算结果与分 析、结论与建议等内容。

3.0.1模型应满足几何相似、水流运动相似和动力相似，遵循 欧拉相似准则。 3.0.2模型与原型的水锤波速应相似，且水锤波速比尺应等于 水流流速比尺。当研究过渡过程中调压井的涌波特性时，模型可 不满足波速相似。 对于压力钢管，水锤波速比尺可按公式（3.0.2）确定。

ao ur=Ur dK E

4.0.1供水系统、试验设备与量测仪器应遵循SL155的有关 规定。 4.0.2模型试验中，原型水库可采用水箱模拟。水箱应符合下 述要求： 1水箱容量应满足稳水要求。 2箱内应设溢水和补水设施，可按试验要求调节水位，且 能在模拟电站增、甩负荷试验过程中保持水位基本不变。 4.0.3当模拟水电站或水泵站增、甩负荷时，快速阀门控制系 统的时间充许偏差应为士0.35S。 4.0.4试验使用的量测仪器、仪表应符合国家计量认证的有关 要求。 4.0.5试验可选择以下量测仪器。

1水位（涌波）量测可选择波高仪和自动跟踪水位仪等。 2流量量测可选择超声波流量计、电磁流量计、三角堰及 矩形堰等。 3压力量测可选择压力传感器等。

5.0.1模型设计应遵循第3章规定的相似准则

5.0.1模型设计应遵循第3章规定的相似准则。 5.0.2应根据试验研究要求，综合考虑工程规模、试验场地 仪器设备和进度要求，合理选定模型的类型和范围。 5.0.3模型比尺的选择应满足试验研究和测量精度要求，具体 应遵循以下原则： 1引水隧洞（管道）长度比尺，应视管长和试验场地条件 选定。 2引水隧洞（管道）管径比尺应按阻力相似要求，结合现 成管材规格选定，可与长度比尺不一致。 3调压并应按正态模型设计，儿何比尺应与管径比尺一致。 5.0.4下游尾水渠的模拟宜考虑尾水洞出流至边界反射特性的 相似性。

6.0.1应绘制模型总体布置图、结构物详图和测点布置图，并 提出模型加工及安装的精度要求。 6.0.2引水隧洞（管道）模型应具有调节输水管道水头损失的 措施，以满足水头损失相似的要求。 6.0.3长管道应有防止模型变形的措施。 6.0.4根据试验要求，引水隧洞（管道）应设有满足快速启闭 的控制设备

6.0.5根据试验场地的情况，引水隧洞（管道）可转弯布设，

径向误差应小于士0.5%。

6.0.8其他有关模型制作、安装及测量设备安装等要求，应遵 循SL155的相关规定。

6.0.8其他有关模型制作、安装及测量设备安装等要求，应遵

1应测量和校正模型引水管恒定流的水头损失，使其达到 与原型相似。应记录各工况下的相关参数，作为正式试验的 依据。 2应率定模型压力管水锤波速。若与原型值不相似，应调 整模型压力管刚度，直到两者相似。 3试验过程中应同步测量并记录各水力参数的变化过程线： 每种工况重复3次

变负荷时瞬时流量过程； 变负荷时调压并涌波变化过程； 变负荷时管道水锤压力过程，

其他方法和内容应遵循SL155

8.试验资料整理与成果分析

8.0.1对试验观测数据，应结合数学模型的计算结果

8.0.2应整理出以下参数过程变负荷工况下的有关图

一 瞬时流量过程线： 一调压井涌波过程线，给出波最高、最低值； 一一管道水锤压力过程线，给出水锤压力最大值。 8.0.3应分析论证调压井各设计方案和细部尺寸对调压井涌波 的影响、各种试验方案压力管中的水锤压力及其危害程度、快速 用门开、闭时间对整个水力系统的影响。 8.0.4应论述水工模型需满足的似准则、模型材料选择和模 型设计制造的合理性。当采用变态模型时，应论证其相似性。 8.0.5应阐明模型中的测点布置及主要量测仪器、量测方法及 量测精度

8.0.6其他有关恒定流资料的整理与分析，应遵循SL155的 规定。

8.0.6其他有关恒定流资料的整理与分析，应遵循SL155的

A.0.1压力管道中的水力瞬变由下一对偏微分方程描述

A.0.1压力管道中的水力瞬变由下一对偏微分方程描述：

aH 1 av fu =0 ax g at 2 gd aH α? av =0 at g. ar

A.0.4计算方案的确定应包括以下内容：

典型计算工况，如增负荷、用负荷及变负荷等。

2关键因素的影响，如蝶阀的开关规律、调压井阻抗孔儿 何尺寸等。 3通气阀的布置方式等。 A.2.4应整理出各种变负荷工况下输水系统瞬时流量过程线、 压力管道典型部位水锤过程线、水轮机（水泵）运转特性曲线和 调压井涌波过程线等。 分析关键因素对输水系统的影响，并提出系统安全运行的工 程措施。

2关键因素的影响，如蝶阀的开关规律、调压井阻抗孔 们尺寸等。 3通气阀的布置方式等。

执行本标准时，标准用词应遵循下表规定。

（民共和国水利行业标）

SL 1622010

SL 1622010

总则 15 2 一般规定· 16 3 相似准则 17 4 试验设备与量测仪器· 19 5 模型设计.·· 20 模型制造与安装 22 试验方法与观测内容.· 23 试验资料整理与成果分析 24

1.0.1本条主要说明编制本试验规程的必要性和目的。

2.1.2承担试验任务的研究人员应广泛听取设计、管理、施工 等部门的意见，及时进行信息反馈，确保按时、准确完成任务， 为工程设计、施工提供切实可行的科学依据。

基本资料是开展试验工作的前提条件，使用资料时要对资料 进行认真分析和校核，发现问题要行细考证，及时与提供资料的 部门进行商并加以纠正。

.1、2.3.2同时开展模型试验和数学模型计算时，研究报告 寸模型试验成果和数值模拟结果进行比较分析。

3.0.1 此条为水电站有压输水系统模型试验应满足的基本者 准则。

.U.1 个以 准则。 3.0.2引水隧洞（管道）的水锤波速与液体的弹性模量K、管 道特性（包括管道尺寸、管壁厚度及材料）和外部约束有关。两 端自由支承均质材料的管道输送清水时，管道水锤波速的计算公 式为

式中a一一水锤波速，m/s。 隧洞（管道）水锤波速的通用计算公式为：

ao dK /1+ E

式中β—液体的密度，kg/m°; 山无量纲参数，取决于管道的弹性特性和尺寸 (1）对于非衬砌隧洞：

式中G一岩石的刚性模量，Pa。 （2）对于钢衬隧洞：

DE GD + E)

（3）对于钢筋混凝土管，可用一具有等价厚度的钢管代 等价钢管厚度为

式中8一 混凝土管厚度：m； 混凝土弹性模量与钢弹性模量的比值，一般E，的

变化范围为0.06～0.1，当考虑混凝土管裂缝时， 建议用0.05； A,一钢筋面积，m²; l,一一钢筋间距，m。 调压并的涌波特性主要与输水系统的长度和流速有关，与弓 水隧洞（管道）的水锤波速无关，因此，在试验研究调压井的涌 波特性时，可不考虑输水管道的波速相似。 3.0.3由于模型试验中选材的问题，很难严格满足水锤波速比 尺与流速比尺相等的条件，此时可采用变态模型进行试验

4.0.2此条对试验用的水箱提出要求，一般可采用架空式钢板 水箱。 4.0.3针（蝶）阀或快速阀门控制系统为重要的试验控制设备 一般可采用可控硅自动控制。 4.0.5主要量测仪器均必须满足动态测量要求，并采用同步测 量记录。

4.0.2此条对试验用的水箱提出要求，一般可采用架空式钢板 水箱。 4.0.3针（蝶）阀或快速阀门控制系统为重要的试验控制设备， 般可采用可控硅自动控制。 4.0.5主要量测仪器均必须满足动态测量要求，并采用同步测 量记录。

5.0.1水电站输水系统模型，按欧拉相似准则设计，并采用正 态模型。但由于引水管（如引水隧洞）常常很长，而洞径相对较 小，采用正态模型有困难时，可按变态模型设计。局部变态模型 按照3.0.3条设计时，相似准则中隐含了Vogt数相似准 则，即：

Z lad 1 U A R

dvr = 1: D,Z, Lt L.n? Q.T, V.T, Q dAr3

T,一 时间比尺； n,一一糙率比尺。 调压室涌波比尺应等于水头比尺。 （2）压力管道段：

V? =1 Lrn; a, H. d4/3

式中α,一水锤波速比尺。 调压室与引水隧洞连接部位一般采用正态模型，以便真实反 映局部流态对调压室水力特性的影响，并保证局部阻力相似。 时间变态模型是根据水锤波的传播距离而设计的。水锤波在 时间t内移动的距离是L，即Lat。 因此，时间比尺、几何比尺和水锤波速比尺要满足以下关 系式：

式中L一 儿何比尺； aα'一一变态水锤波速比尺; T,一变态时间比尺。 由于水锤压力是一系列水锤波的叠加引起的国家体育场工程砼柱模板与支架施工方案，根据水锤波的 叠加公式可得到时间变态模型水锤压力的比尺：

式中P'—水锤压力比尺。

P"= a'L1/2

6.0.7、6.0.8条文规定的精度要求，是根据已有经验与保 验成果质量而定的。

1此款是为保证引水系统阻力相似而规定的。 2压力管水锤波速，可通过同步记录下来的首尾水锤压力 的峰值相位差计算测定，并通过调整模型压力管的刚度使其达到 相似。 3试验过程中应同步测量并记录各水力参数的变化过程 以便于深人分析水锤波的传播规律。为保证试验资料的质量，规 定每组次重复测量3次。

7.0.2具体观测内容根据试验任务的要求确定SY／T 7476-2020 油气输送管道地质灾害防治工程施工规范.pdf，

8试验资料整理与成果分析

8.0.2 所列三项均属瞬变流试验内容，其成果用图表示比较 清晰。 8.0.3这条是报告的重点，要进行充分论证，提出有说服力的 结论意见。 8.0.4当模型的水锤波速不相似时，模型试验得出的水锤压力 与原型的水锤压力会存在一定差异，研究成果可用于方案的比 较。为使研究成果更具说服力，要开展数值模拟工作，深入分析 各工况下输水系统的水锤压力特性。