CN104110016B - 活塞消能式调压室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞消能式调压室，调压室内匹配安装有活塞式阻水板，活塞式阻水板的中心导向孔及导向管内匹配套装有导向杆，该导向杆的上端和下端分别固定在上支撑架和下支撑架的中心。并在活塞式阻水板上设置有阻抗孔。本发明基于简单调压室与阻抗调压室基础上的新型调压室，减少调压室与引水道连接处的水头损失、减小调压室水位波动的振幅从而减小调压室容积，降低造价及运行成本，提高工程安全性经济性。本发明活塞式阻水板可以利用自重及与管壁摩擦消除其不稳定波动，从而提高引水道—调压室系统的工作稳定性。

Description

活塞消能式调压室

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域的调压室改进技术，具体设计一种活塞消能式调压室。

背景技术

调压室一般是建筑在水电站压力引水道与高压管道相接处的一个能造成水击波反射的平压建筑物，其可防止水击波传播到压力引水道中去，减少高压管道中的水击值当水电站负荷变化时，可改善机组的运行条件。因此,调压室是水电站建设中一个不容忽视的建筑物。然而，调压室又是一个拥有较大体积、施工技术要求较高、造价较大的建筑物,其几乎占引水系统投资的1/4~1/5。

目前，调压室的基本类型有简单式调压室、阻抗式调压室、水室式调压室、溢流式调压室、差动式调压室等，都具有各自的优点与不足之处，实践中还将上述调压室的特点组合在一个调压室，形成混合式调压室，如我国古田二级龙亭电站采用的差动溢流式调压室。1973年，挪威的Driva电站运用了气垫式调压室，使调压室的发展研究进入新的阶段，但是，气垫式调压室对于地质地形条件要求较高，且后期运行费用高。

发明内容

本发明的目的是在传统调压室类型的基础上，研究一种能减少调压室与引水道连接处的水头损失、不影响水锤波反射效果,减小调压室水位波动的振幅从而减小调压室容积的新调压室，达到降低造价及运行成本，提高工程安全性经济性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种活塞消能式调压室，在压力水道的下游位置设置有调压室，所述调压室内匹配安装有活塞式阻水板，该活塞式阻水板的中心设置有导向孔及导向管，在导向孔及导向管内匹配套装有导向杆，该导向杆的上端和下端分别固定在上支撑架和下支撑架的中心。并在活塞式阻水板上设置有阻抗孔。所述活塞式阻水板的密度大于水密度，依靠自重产生阻力；或者活塞式阻水板的边缘固定有摩擦垫，依靠摩擦力产生阻力。也可以同时利用活塞式阻尼板自重和摩擦力产生阻力。在活塞式阻水板边缘或者在摩擦垫边缘均布设置有楔形摩擦块，同时在调压室内壁与楔形摩擦块同一高度设置有匹配的下固定摩擦块，下固定摩擦块之间的间隙宽度与楔形摩擦块宽度相适应。又在各下固定摩擦块的正上方设置有上固定摩擦块，上固定摩擦块之间的间隙宽度与楔形摩擦块宽度相适应。所述下固定摩擦块的上端逐渐收敛变窄，上固定摩擦块的下端逐渐收敛变窄，从而形成释放间隙。

本发明的有益效果是：

1.本发明基于简单调压室与阻抗调压室基础上的新型调压室，减少调压室与引水道连接处的水头损失、减小调压室水位波动的振幅从而减小调压室容积，降低造价及运行成本，提高工程安全性经济性。

2.本发明活塞式阻水板可以利用自重及与管壁摩擦消除其不稳定波动，从而提高引水道—调压室系统的工作稳定性。

3.活塞式阻水板相较于阻抗式调压室，能够更好的反射水锤波，解决了阻抗式调压室如果连接孔或阻抗孔过小，影响调压室反射水锤波的效果。

附图说明

图1是调压室应用状态示意图；

图2是本发明的一种调压室的剖面结构示意图；

图3是图2的活塞阻水板装配示意图；

图4是本发明另一种活塞阻水板装配示意图；

图5是图4的活塞阻水板与调压室内壁之间配合状态示意图。

图中标号1为压力水道，2为调压室，3为下支撑架，4为活塞式阻水板，5为导向轴，6为调压室水位，7为上支撑架，8为阻尼孔，9为导向管，10为摩擦垫，11为活动摩擦块，12为下固定摩擦块，13为上固定摩擦块，14为下摩擦块间隙，15为释放间隙，16为上摩擦块间隙，17为上游水库，18为压力管道，19为水轮发电机，20为下游水库。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：第一种活塞消能式调压室。首先参见图1，在上游水库17与下游水库20之间依次设置有压力水道1、调压室2、压力管道18和水轮发电机19。再参见图2，调压室2位于压力水道下游1和压力管道18上游之间的区域位置。调压室2为筒状结构，调压室水位6高于压力水道1的水位。在调压室2内匹配安装有活塞式阻水板4，其边缘可以设置摩擦垫10，以便于调压室内壁可以产生摩擦。并在活塞式阻水板4的中心设置了导向孔及导向管9，导向孔和导向管9内匹配套装有导向杆5，导向杆5的上下两端分别固定在上支撑架7和下支撑架3的中心。当水轮发电机19正常运行时，活塞式阻水板与压力水道连接，减少由于管道变形造成的水头损失。

本发明利用调压室抬高水室内水位抵消引水道内水的惯性力的特点，活塞式阻水板的体积为v，密度为ρ（塞式阻水板的密度ρ大于水密度ρ₀），活塞阻水板与水室壁摩擦力f，当水轮发电机19的导叶关闭，压力管道中水停止流动，引水道内水流由于惯性作用继续流向调压室，引水室内水位抬升，顶托活塞阻水板一起向上抬升高度为h，能量损失多消耗（ρ-ρ₀）vgh+fh，从而减少水位波动振幅。同时，阻水板还可以提高引水道—调压室系统的工作稳定性，利用自重消除其不稳定波动。可以在活塞式阻水板上设置阻抗孔可以更好地反射水击波。

采用简单式或阻抗式调压室结构时，调压室水流动力方程如公式（1）所示：

(1)

式中：

A-_L——压力水道断面面积

v——压力水道中的流速

A——调压室的断面面积

h_w——引水随动水头损失

Z——以水库静水位为基准的调压室涌波，向下为正，向上为负

(2)

由公式2可以看出，由于活塞式阻水板的重力作用及摩擦力作用，使得调压室涌波Z降低至Z＇，从而可以降低调压室的断面面积,减少工程建设成本。

其研究内容如下：

1、活塞式阻水板4质量及与水室壁的摩擦系数选择。活塞式阻水板4质量过高或摩擦系数过大，活塞式阻水板4不移动，则调压室变成阻抗式调压室，阻水板质量过低，阻耗少，水位波动大。

2、阻抗孔8形式及规模选择，阻抗孔的形式与规模是决定阻水板的质量重要因素之一，也是重力消能式调压室安全运行的重要因素。

3、理论分析。根据上述选择方案，开展重力消能式调压室的水位波动计算，运用水流连续方程、水流动力方程及等出力方程，计算最高涌波及波动第二振幅，并计算其工作稳定性。

4、模型试验分析。通过模型试验，验证重力消能式调压室的计算成果，对比相同工况下阻抗式与重力消能式的工作特性，确定阻水板与阻抗孔形式规模的最优方案。

本实施例可以采用无摩擦式阻水板，设置活塞式阻水板的密度大于水密度，计算时只考虑阻水板的重力消能影响。

实施例2：内容与实施例1基本相同，不同的是，在实施例1基础上，采用摩擦式的阻水板，无论活塞式阻水板4的密度与水密度之比是否大于1，都可以在活塞式阻水板4边缘设置摩擦垫10与调压室2内壁产生摩擦，活塞式阻水板4移动时与水室壁发生摩擦进行消能。当然，也可以通过摩擦同时配合活塞式阻水板4自重消能。

实施例3：另一种活塞消能式调压室。在实施例1基础上做出明显改进：在活塞式阻水板4边缘设置摩擦垫10，摩擦垫10外缘均匀分布有楔形摩擦块11，同时在调压室2内壁同一高度设置有匹配的下固定摩擦块12，下固定摩擦块12之间的间隙宽度与楔形摩擦块11宽度相适应。又在各下固定摩擦块12的正上方设置有上固定摩擦块13，上固定摩擦块13之间的间隙宽度与楔形摩擦块11宽度相适应。所述下固定摩擦块12的上端逐渐收敛变窄，上固定摩擦块13的下端逐渐收敛变窄，从而形成释放间隙15。所述楔形摩擦块在释放间隙15内的摩擦力最小甚至为零。通过该方案的作用：由于在下固定摩擦块与楔形摩擦块之间存在较大摩擦力，可以确保压力水道正常供水时，活塞式阻水板不会被水流压力向上冲起，减小调压室底部和压力水道连接处的水头损失。当关闭水轮发电机的导叶时，压力水道内的水流会压迫活塞式阻水板使其克服摩擦力向上移动，释放水流动力。上固定摩擦块与楔形摩擦块的关系可以确保活塞式阻水板向上有一定约束性，不至于造成调压室出水猛然溢出。

Claims (4)

1.一种活塞消能式调压室，在压力水道的下游位置设置有调压室，其特征是：所述调压室内匹配安装有活塞式阻水板，该活塞式阻水板的中心设置有导向孔及导向管，在导向孔及导向管内匹配套装有导向杆，该导向杆的上端和下端分别固定在上支撑架和下支撑架的中心；并在活塞式阻水板上设置有阻抗孔；所述活塞式阻水板的密度大于水密度；所述活塞式阻水板的边缘固定有摩擦垫。

2.根据权利要求1所述的活塞消能式调压室，其特征是：在活塞式阻水板边缘或者在摩擦垫边缘均布设置有楔形摩擦块，同时在调压室内壁与楔形摩擦块同一高度设置有匹配的下固定摩擦块，下固定摩擦块之间的间隙宽度与楔形摩擦块宽度相适应。

3.根据权利要求2所述的活塞消能式调压室，其特征是：又在各下固定摩擦块的正上方设置有上固定摩擦块，上固定摩擦块之间的间隙宽度与楔形摩擦块宽度相适应。

4.根据权利要求3所述的活塞消能式调压室，其特征是：所述下固定摩擦块的上端逐渐收敛变窄，上固定摩擦块的下端逐渐收敛变窄，从而形成释放间隙。