CN100458021C - 罩式气垫式调压室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用高压空气形成气垫来抑制水位高度和水位波动幅值的罩式气垫式调压室，适宜于在岩石天然渗透性较大的地质条件下采用。罩式气垫式调压室，包括密闭的气室，气室的周边和顶部由带底部敞口的密闭罩体构成；沿罩体的周边和顶部外侧设置有与水垫连通的平压管网，间隔设置并与平压管网连通的平压孔管深入罩体外侧的基岩中。解决了高水头电站中气垫式调压室闭气的技术难题，使气室外侧的水压力与气室内的气体压力相互传递，达到平衡气室内外侧压力的目的。本发明的罩式气垫式调压室对围岩渗透性要求较“水幕”气垫式调压室低，符合国内的地质条件和目前的施工、检测水平，并有利于引水系统周边环境的保护，还可节约工程投资。

Description

罩式气垫式调压室
技术领域
本发明涉及一种水利水电工程中抑制水锤和波涌的设备，尤其是一种利用高压空气形成气垫来抑制水位高度和水位波动幅值的罩式气垫式调压室。
背景技术
水利水电工程中使用的调压室是一种用于抑制水锤和波涌的装置，利用调压室使压力水道中传来的水锤波以及波涌进行抑制，从而减少压力水道的水锤压强，有利于提高机组的运行稳定性和供电质量。常规调压室上部与大气相通，室内水面压力始终与大气压相同，因而当电站负荷调整时，水面升降幅度较大，调压室体积也相应较大；而气垫式调压室，上部呈封闭状态并充以压缩空气，利用气室内高压空气形成“气垫”来抑制室内水位高度和水位波动幅值，其液面承受较高压强。当电站丢弃负荷时，随着气垫式调压室内水位上升，上部空气被进一步压缩，水面承受的压强继续增高，使水位上升受到的抑制作用越来越强，因而气垫式调压室的水面升幅较小；当电站增加负荷时情况则相反，气垫式调压室水位降幅亦较小。由于气垫式调压室水面升降幅度均较小，其体积也相应比常规调压室小。
世界上第一座采用气垫式调压室的水电站-Driva电站于1973年在挪威建成发电，该电站装机容量140MW，利用水头570m，至今已有33年成功运行的实践经验，目前，在挪威已有十余座电站采用气垫式调压室，积累了丰富的勘测、设计、施工、运行管理等方面的经验。从资料可以看出，在挪威，对于气垫式调压室漏气问题的处理有三种常见方法：1、利用岩石本身完整，裂隙不发育，岩石天然渗透性小；2、灌浆加固围岩；3、设置阻气水幕。以上处理气垫式调压室漏气问题的方法，在挪威应用是有效的，但这种气垫式调压室对围岩的要求较高，而我国的地质条件往往满足不了气垫式调压室对围岩渗漏性的要求，岩石天然渗透性较大。在中国四川建成了自一里和小天都电站采用超压“水幕”闭气方式的气
垫式调压室，自一里水电站当气室内水面接近设计水位时，漏气量约为40Nm3/min，小天都水电站当气室内水面接近设计水位时，漏气量约为20Nm3/min，均为挪威已建水电站的气垫式调压室漏气量的数百倍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适宜于在岩石天然渗透性较大的地质条件下采用的气垫式调压室。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：罩式气垫式调压室，包括密闭的气室，在使用时利用气源向气室内充气，使其在气室内形成气垫和水垫，气室通过连接隧道与压力水道连通，气室的周边和顶部由带底部敞口的密闭罩体构成，从而可有效的封闭气室内的气体；沿罩体的周边和顶部外侧设置有与水垫连通的平压管网，间隔设置并与平压管网连通的平压孔管深入罩体外侧的基岩中，从而可使气室外侧的水压力与气室内的气体压力相互传递，达到平衡气室内外侧压力的目的。
作为对上述技术方案的进一步改进，气室的底板设置为向连接隧道倾斜的斜坡，以利于调压室向水道补水通畅，在放空检修时也利于气室内水体的放空。
本发明的有益效果是：由于采用了利用密闭的罩体封闭气室内的高压气体的技术方案，从而解决了高水头电站中气垫式调压室闭气的技术难题，使气室外侧的水压力与气室内的气体压力相互传递，达到平衡气室内外侧压力的目的，使气垫式调压室在我国大范围推广应用成为可能。本发明的罩式气垫式调压室对围岩渗透性要求较“水幕”气垫式调压室低，符合国内的地质条件和目前的施工、检测水平。水头高、引用流量小、引水系统沿线地质条件好的水电站采用本发明的罩式气垫式调压室，有利于引水系统周边环境的保护，还可节约工程投资。
附图说明
图1是本发明的平面布置示意图。
图2是图1的A-A剖视放大示意图。
图3是图1的B-B剖视放大示意图。
图中标记为：气室1、连接隧道2、压力水道3、罩体4、芯层5、钢筋混凝土支护层6、气垫7、水垫8、平压管网9、平压孔管10、底板11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1～图3所示，本发明的罩式气垫式调压室，同样采用密闭的气室1，通过向气室1内充气，使其在气室1内形成气垫7和水垫8。气室1通过连接隧道2与压力水道3连通，气室1的周边和顶部由带底部敞口的密闭罩体4构成，利用密闭的罩体4封闭气室1内所形成的气垫7中的气体，从而可以避免由于围岩渗漏性大而造成的气垫式调压室漏气量大的不足，降低了气垫式调压室对围岩渗漏性的要求。
发电机组在丢弃或增负荷时，会引起罩体4的内外两侧形成压差。为了达到平衡罩体4内外侧压力，减小其压差的目的，沿罩体4周边和顶部的外侧设置有与水垫8连通的平压管网9，间隔设置并与平压管网9连通的平压孔管10深入罩体4外侧的基岩中。
为了利于调压室向压力水道3补水通畅，在引水建筑物放空检修时也利于气室1内水体的放空，气室1的底板11设置为高于连接隧道2的顶部。同时，最好将气室1的底板11设置为向连接隧道2倾斜，即气室底板11做成倾向连接隧道2的1％～2％的斜坡。
罩体4可以采用多种材料制作，例如钢板、橡胶、塑料、复合层结构的材料等，例如，罩体4采用密封焊接的金属板作为芯层5，在芯层5的内外均设置有钢筋混凝土支护层6。钢筋混凝土起固定钢板和承受机组丢弃或增负荷引起的气室内外压力差的作用，利用钢板制作的芯层5结合钢筋混凝土支护层6，起到密闭气体的作用。
为了施工、维护等的方便，同时尽量的降低施工成本，可以采用在罩体4的内侧设置气体密封层，罩体4的外侧设置钢筋混凝土支护层6的结构形式。气体密封层可以采用喷涂高分子材料、焊接钢板等方式形成。
气垫式调压室的平面形状应尽量简单，以利制作和平压系统的布置，最简单的为条形。罩体4的横截面最好为城门洞形，即横截面呈倒“U”形，宽度和高度一般选用窄高型，因为加大高度，可以减小稳定断面，在同等初始水位条件下，能增大有效气体容积比例，从而减少气垫调压室的总开挖量。

Claims (5)

1、罩式气垫式调压室，包括密闭的气室(1)，在气室(1)内形成气垫(7)和水垫(8)，气室(1)通过连接隧道(2)与压力水道(3)连通，其特征是：气室(1)的周边和顶部由带底部敞口的密闭罩体(4)构成；沿罩体(4)周边和顶部的外侧设置有与水垫(8)连通的平压管网(9)，间隔设置并与平压管网(9)连通的平压孔管(10)深入罩体(4)外侧的基岩中。
2、如权利要求1所述的罩式气垫式调压室，其特征是：气室(1)的底板(11)设置为向连接隧道(2)倾斜的斜坡。
3、如权利要求1或2所述的罩式气垫式调压室，其特征是：罩体(4)采用密封焊接的金属板作为芯层(5)，在芯层(5)的内外均设置有钢筋混凝土支护层(6)。
4、如权利要求1或2所述的罩式气垫式调压室，其特征是：罩体(4)的内侧设置有气体密封层，罩体(4)的外侧设置有钢筋混凝土支护层(6)。
5、如权利要求1或2所述的罩式气垫式调压室，其特征是：罩体(4)的横截面呈倒“U”形。
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