Page 24 - 2023年第54卷第8期

组流量变化过程，虽然收敛速度更快，但曲线的光滑性较刚性模型差，存在一定程度的 “毛刺” 现
象，客观上反映了短周期水锤波与长周期调压室涌浪的共同作用，也与实际观测结果相符。
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图 ９与图 １０、图 １３与图 １４同时也反映了刚性三阶模型与弹性模型下不同调压室面积（３０ｍ 、
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２００ｍ 、３００ｍ ）对稳定的影响，结果表明，调压室面积大范围的变化并没有给系统稳定造成实质性影
响，只是在扰动周期、扰动衰减程度上存在一定差别。含调压室的输水发电系统内水体振荡类似常见
的 Ｕ型管振荡，如要保证 Ｕ型管内水体在振荡过程中不溢出来，首先是控制 Ｕ型管振荡方式（类似等
出力调节）；其次是对管内水体运动的抑制（加大摩阻），增加 Ｕ型管面积并不是有效的方式。

５ 结论

在理论上指出了托马临界稳定断面公式的缺陷：托马公式基于刚性水体假设，忽略调压室后压力水
道与尾水道的水体惯性，从而将实际上不可能稳定的三阶动力系统简化为了相对稳定的二阶系统，由于
压力水道与尾水道是水力机组不可或缺的天然属性，这样得到的结论并不具备工程设计指导意义。
含调压室的水电站输水发电系统运行稳定性主要取决于水轮机上下游侧的水锤反射系数，而非调
压室面积；无论是调压室前引水道还是调压室后的压力管道与尾水道，摩阻对稳定性影响均是有利
的，并不存在教科书上 “调压室前的引水道摩阻系数增加对稳定有利、调压室后的压力管道与尾水管
道摩阻对稳定不利” 的结论。
等出力调节模式下，无论是采用刚性水体假设还是针对实际弹性水体，实际工程中含调压室的水
电站输水发电系统一定是不稳定的，系统稳定性意味着系统可实现性，一个不稳定的系统不可能存在
稳定断面，据此得到的托马临界稳定断面在理论上是不成立的。
取消托马临界稳定断面的制约，一方面可为水电站调压室设计带来了更高的灵活度与自由度，但
另一方面也对水轮机调节控制机构可靠性提出了更高的要求。调压室设计需要结合工程实际布置与运
行方式，具体问题具体分析，确保工程安全。

参 考 文 献：

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