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【摘 要】本文就气垫式调压室机电设计、设备选型及安装中应注意的几个问题进行探讨。
【关键词】气垫式调压室；机电设计；设备选型
近年来，随着人们生活水平的提高，科学技术的进步，人们的环保意识逐步提高，水电开发所面临的环保问题日益成为关注的热点。尽量减少开发过程中对原始地貌、植被的破坏，已成为电站设计所必须考虑的问题，在这种环境下，在挪威成功应用的气垫式调压室这一较常规调压井在环保方面有明显优势的新技术逐渐为高水头引水式水电站设计所引进推广。
但与常规调压井相比，气垫式调压室增加了与其配套的的机电设备，其机电设计、设备选型、安装对是气垫式调压室成功应用、安全运行非常重要的因素之一。本文就针对气垫式调压室所特有的情况，在以上三个方面应注意的几个问题，提出一些个人精浅的认识与建议，供大家参考：
一、机电设计方面
1.管路布置设计
气垫式调压室管路从功能上一般可分为四部分：①充气管路系统；②排气管路系统；③水幕室供水管路系统；④空压机冷却水供水管路系统；⑤测量管路系统；其中水幕室供水管路系统和空压机冷却水供水管路系统除系统压力较高外，并无特别之处，按常规设计即可；而充气管路、排气管路、测量管路因其使用环境、流体介质情况较水电站常规的管路有较大区别，在设计时应注意以下问题：
①充气管路系统
气垫式调压室充气管路中流体是经过空压机压缩的高温高压气体，因为与调压室直接相连气体中水气含量会较大，并且因目前运用广泛的高压空压机多为活塞机，充气时管路会有较大的振动。
从目前已有的经验收来看，在充气管路系统设计时可采用的办法有：若空压机本身未带有最末一级冷却器，应在空压机出口设计一冷却器以降低气体温度；应先用能承受高压的无缝管，根据压力大小选取适合的管壁；管材选取方面，由于气体温度较高，且气体含有大量水气，很容易对管道产生氧化腐蚀，所以应优先选用耐腐蚀的不锈钢管，若充所管路太长，管路全用不锈钢管造价太高，可将容易检修更换的明管部分用优质无缝管代替，但调压室内管路及预埋管部分检修难度、检修成本均太高，建议一定要选用不锈钢管；针对充气时的管路振动，在空压机出口设置软管、在管路合适位置设置波纹管或伸缩节、空压机出口管路通过一段埋管后再与主管相连，均可不同程度的减少振动，用应用来说空压机出口管路通过一段埋管后再与主管相连更容易实现也更可靠。
②排气管路系统
引水隧洞排空时，需要提前将调压室内高压气体从排气管路系统排出。气室内气体压力高，若直接排出有安全隐患，应在排气口前设置减压阀，降压排气，并对排气口适当隔离。排气后期有可能会有水排出，设计管路时同时应考虑排水通道。
③测量管路系统
测量管路系统用于气垫式调压室内气压、水压的采集，并通过气压、水压的比较反映气室内水深、气垫厚度。因无法直接的观察，测量管路系统是了解气垫式调压室内气垫情况的唯一途径，对气垫式调压室的控制、运行起着十分重要的作用。测量管路系统设计时应注意尽量减少管路弯折，防止管路中存在水柱而引起测量误差；测量管路系统中的每根测管均应设置放水、放气阀门，定期排放，以提高测量数据的准确性；测点进口处管路应避免进口向上安装，以防止杂质掉入堵塞测管；测管应采用不锈钢材质。
2.水幕室供水设计
采用水幕室进行闭气的气垫式调压室，水幕的作用是非常关键的，要充分发挥水幕闭气的作用就必须保持水幕室内稳定的压力及可靠的供水，这就需要在水幕室供水设计时充分的考虑各种可能发生的故障情况，并应考虑充分的备用供水方案。首先应保证设计一根调压室与水幕室直接相连的供水管路，此管路除了在水幕室建压初期可直接向水幕室充水外，在增压供水系统故障时也可以保证水幕室水压与调压室气压相当，最大程度减少气垫泄漏；其次增压供水系统设计时，增压泵容量选择宁大勿小，并考虑充足的备用设备；总之要保证水幕室供水可靠，才能使其挥出应有的作用。
3.设备布置
设备布置方面应主要考虑气垫式调压室所特有的运行环境对布置的要求。相对常规设备安装位置，气垫式调压室有其特有的情况：①气垫式调压室设备房往往离气垫式调压室较近，不可避免的会比较潮湿，设备房周围尤其上方可能有水渗漏；②空压机设备运行负荷重，而气垫式调压室设备房往往通风散热条件差。设计时应充分以上因素，合理布置设备。设备房可采用框架敞开式结构，以利于通风散热。
4.通风设计
采用气垫式调压室的通常是高水头引水式电站，大多建在山区，地面可利用的空间一般有限，所以气垫式调压室通常可能建在地下，配套以良好的通风系统是必需的。设计时应根据现场情况，形成良好的循环通道，最大效率实现通风散热、补充空气。
二、设备选型
1.空压机选型
空压机是气垫室调压室供气系统的核心设备，承担着建立气垫，保证水电站生产安全的重要责任，运行方式不同于常规的厂房气系统空压机，经常需要几天甚至二十多天的连续运行，需因地制宜，谨慎选择。
因为供气压力高的原因，气垫式调压室充气空压机一般选择活塞式空气压缩机。活塞式空气压缩机按其冷却方式分为：水冷式和风冷式。
水冷式空压机运行发热量小，可以长期稳定运行，但需要专门为其配备一套冷却水供水系统。一般气垫式调压室除了从调压室取水外没有别的水源，调压室内的高压力还必须给过减压处理后才能供给空压机冷却系统使用，而且减压比较高通常需要经过两级减压才能满足要求，需增加额外的投资，并且还要浪费少量的水资源。
风冷式空压机的优点是维护量小，不受供水条件影响。但其它最大的缺点就是运行发热量大，在通风散热条件不太好的情况下运行十分钟左右环境温度就能达40度以上，在這种情况下，空压机不能长时间的连续运行，只能循环运行，需要增加冗余的空压机。
应根据实地的通风散热、水源等坏境条件来考虑选取适合的空压机冷却方式。
2、水泵选型
采用水幕室进行闭气的气垫式调压室，其原理是利用水幕室的较高压力的水呈伞状将调压室内的气体压住不让其泄漏。一般来说水幕室的水压要求比调压室的气压高出约0.2MPa左右，高出的这0.2MPa压力就需要靠供水系统中加压泵来维持。一旦不能保证0.2MPa的压差，水幕室的闭效果将大打折扣，气室内气体泄漏量将大大增加，如果供气系统的供气不能平衡气室内气体泄漏量，气垫式调压室内水位将上升，气垫高度减小，减小到不能满水电站调保计算要求时，将会是水电站的巨大安全隐患。因此必须选用可靠的加压泵。
3、阀门选型
因为工作压力较高，且有动水操作要求，开启时压差较大，因此基本采用球阀，通径较大的阀门在压差较大时动作要求的操作力很大，因此还应配备助力机构或采用电动操作；由于过流介质有水有气，且温度可能会较高，建议选用硬密封；气水管路在混凝土封堵出口的第一个阀门因为若要对其检修必须将隧洞排空，代价相当大，建议选用进口或国内最优秀的阀门制造厂产品，材质建议选用不锈钢。
三、安装注意事项
气垫式调压室机电安装时需要特别注意的主要有：①管路焊接：因压力高，所采用的钢管均是加厚管壁的厚壁管，必须先开坡口再焊接，并应用100%探伤，保证焊接质量；②管路打压：气垫式调压室的气水管路均属高压管道，必须按规范进行打压试验，需要注意的是埋入混凝土封堵段部分及气垫式调压室室内的管路务必在封堵段混凝土浇灌前完成打压，否则如果拖延到后期再打压，一旦打压出现问题很难进行处理；③管道清扫及防护：气垫式调压室管道安装时不可避免的会发生与土建施工的交叉作业，因此管路在安装清扫完成后务必注意防护，防止杂物进入管路。
作者简介：
张永（1978-），男，四川汉源人，工程师，学士，从事水电建设管理工作。
【关键词】气垫式调压室；机电设计；设备选型
近年来，随着人们生活水平的提高，科学技术的进步，人们的环保意识逐步提高，水电开发所面临的环保问题日益成为关注的热点。尽量减少开发过程中对原始地貌、植被的破坏，已成为电站设计所必须考虑的问题，在这种环境下，在挪威成功应用的气垫式调压室这一较常规调压井在环保方面有明显优势的新技术逐渐为高水头引水式水电站设计所引进推广。
但与常规调压井相比，气垫式调压室增加了与其配套的的机电设备，其机电设计、设备选型、安装对是气垫式调压室成功应用、安全运行非常重要的因素之一。本文就针对气垫式调压室所特有的情况，在以上三个方面应注意的几个问题，提出一些个人精浅的认识与建议，供大家参考：
一、机电设计方面
1.管路布置设计
气垫式调压室管路从功能上一般可分为四部分：①充气管路系统；②排气管路系统；③水幕室供水管路系统；④空压机冷却水供水管路系统；⑤测量管路系统；其中水幕室供水管路系统和空压机冷却水供水管路系统除系统压力较高外，并无特别之处，按常规设计即可；而充气管路、排气管路、测量管路因其使用环境、流体介质情况较水电站常规的管路有较大区别，在设计时应注意以下问题：
①充气管路系统
气垫式调压室充气管路中流体是经过空压机压缩的高温高压气体，因为与调压室直接相连气体中水气含量会较大，并且因目前运用广泛的高压空压机多为活塞机，充气时管路会有较大的振动。
从目前已有的经验收来看，在充气管路系统设计时可采用的办法有：若空压机本身未带有最末一级冷却器，应在空压机出口设计一冷却器以降低气体温度；应先用能承受高压的无缝管，根据压力大小选取适合的管壁；管材选取方面，由于气体温度较高，且气体含有大量水气，很容易对管道产生氧化腐蚀，所以应优先选用耐腐蚀的不锈钢管，若充所管路太长，管路全用不锈钢管造价太高，可将容易检修更换的明管部分用优质无缝管代替，但调压室内管路及预埋管部分检修难度、检修成本均太高，建议一定要选用不锈钢管；针对充气时的管路振动，在空压机出口设置软管、在管路合适位置设置波纹管或伸缩节、空压机出口管路通过一段埋管后再与主管相连，均可不同程度的减少振动，用应用来说空压机出口管路通过一段埋管后再与主管相连更容易实现也更可靠。
②排气管路系统
引水隧洞排空时，需要提前将调压室内高压气体从排气管路系统排出。气室内气体压力高，若直接排出有安全隐患，应在排气口前设置减压阀，降压排气，并对排气口适当隔离。排气后期有可能会有水排出，设计管路时同时应考虑排水通道。
③测量管路系统
测量管路系统用于气垫式调压室内气压、水压的采集，并通过气压、水压的比较反映气室内水深、气垫厚度。因无法直接的观察，测量管路系统是了解气垫式调压室内气垫情况的唯一途径，对气垫式调压室的控制、运行起着十分重要的作用。测量管路系统设计时应注意尽量减少管路弯折，防止管路中存在水柱而引起测量误差；测量管路系统中的每根测管均应设置放水、放气阀门，定期排放，以提高测量数据的准确性；测点进口处管路应避免进口向上安装，以防止杂质掉入堵塞测管；测管应采用不锈钢材质。
2.水幕室供水设计
采用水幕室进行闭气的气垫式调压室，水幕的作用是非常关键的，要充分发挥水幕闭气的作用就必须保持水幕室内稳定的压力及可靠的供水，这就需要在水幕室供水设计时充分的考虑各种可能发生的故障情况，并应考虑充分的备用供水方案。首先应保证设计一根调压室与水幕室直接相连的供水管路，此管路除了在水幕室建压初期可直接向水幕室充水外，在增压供水系统故障时也可以保证水幕室水压与调压室气压相当，最大程度减少气垫泄漏；其次增压供水系统设计时，增压泵容量选择宁大勿小，并考虑充足的备用设备；总之要保证水幕室供水可靠，才能使其挥出应有的作用。
3.设备布置
设备布置方面应主要考虑气垫式调压室所特有的运行环境对布置的要求。相对常规设备安装位置，气垫式调压室有其特有的情况：①气垫式调压室设备房往往离气垫式调压室较近，不可避免的会比较潮湿，设备房周围尤其上方可能有水渗漏；②空压机设备运行负荷重，而气垫式调压室设备房往往通风散热条件差。设计时应充分以上因素，合理布置设备。设备房可采用框架敞开式结构，以利于通风散热。
4.通风设计
采用气垫式调压室的通常是高水头引水式电站，大多建在山区，地面可利用的空间一般有限，所以气垫式调压室通常可能建在地下，配套以良好的通风系统是必需的。设计时应根据现场情况，形成良好的循环通道，最大效率实现通风散热、补充空气。
二、设备选型
1.空压机选型
空压机是气垫室调压室供气系统的核心设备，承担着建立气垫，保证水电站生产安全的重要责任，运行方式不同于常规的厂房气系统空压机，经常需要几天甚至二十多天的连续运行，需因地制宜，谨慎选择。
因为供气压力高的原因，气垫式调压室充气空压机一般选择活塞式空气压缩机。活塞式空气压缩机按其冷却方式分为：水冷式和风冷式。
水冷式空压机运行发热量小，可以长期稳定运行，但需要专门为其配备一套冷却水供水系统。一般气垫式调压室除了从调压室取水外没有别的水源，调压室内的高压力还必须给过减压处理后才能供给空压机冷却系统使用，而且减压比较高通常需要经过两级减压才能满足要求，需增加额外的投资，并且还要浪费少量的水资源。
风冷式空压机的优点是维护量小，不受供水条件影响。但其它最大的缺点就是运行发热量大，在通风散热条件不太好的情况下运行十分钟左右环境温度就能达40度以上，在這种情况下，空压机不能长时间的连续运行，只能循环运行，需要增加冗余的空压机。
应根据实地的通风散热、水源等坏境条件来考虑选取适合的空压机冷却方式。
2、水泵选型
采用水幕室进行闭气的气垫式调压室，其原理是利用水幕室的较高压力的水呈伞状将调压室内的气体压住不让其泄漏。一般来说水幕室的水压要求比调压室的气压高出约0.2MPa左右，高出的这0.2MPa压力就需要靠供水系统中加压泵来维持。一旦不能保证0.2MPa的压差，水幕室的闭效果将大打折扣，气室内气体泄漏量将大大增加，如果供气系统的供气不能平衡气室内气体泄漏量，气垫式调压室内水位将上升，气垫高度减小，减小到不能满水电站调保计算要求时，将会是水电站的巨大安全隐患。因此必须选用可靠的加压泵。
3、阀门选型
因为工作压力较高，且有动水操作要求，开启时压差较大，因此基本采用球阀，通径较大的阀门在压差较大时动作要求的操作力很大，因此还应配备助力机构或采用电动操作；由于过流介质有水有气，且温度可能会较高，建议选用硬密封；气水管路在混凝土封堵出口的第一个阀门因为若要对其检修必须将隧洞排空，代价相当大，建议选用进口或国内最优秀的阀门制造厂产品，材质建议选用不锈钢。
三、安装注意事项
气垫式调压室机电安装时需要特别注意的主要有：①管路焊接：因压力高，所采用的钢管均是加厚管壁的厚壁管，必须先开坡口再焊接，并应用100%探伤，保证焊接质量；②管路打压：气垫式调压室的气水管路均属高压管道，必须按规范进行打压试验，需要注意的是埋入混凝土封堵段部分及气垫式调压室室内的管路务必在封堵段混凝土浇灌前完成打压，否则如果拖延到后期再打压，一旦打压出现问题很难进行处理；③管道清扫及防护：气垫式调压室管道安装时不可避免的会发生与土建施工的交叉作业，因此管路在安装清扫完成后务必注意防护，防止杂物进入管路。
作者简介：
张永（1978-），男，四川汉源人，工程师，学士，从事水电建设管理工作。