CN109763465A - 一种水电站用压力管道调压装置 - Google Patents

Abstract

本发明在常规的调压室的基础上，增设副调压室，增加了调压室断面，提高了调压性能，由于水击惯性引起的水流作用主调压室和副调压室之间流通，由于不同断面的束窄作用，引起能量的耗减，减小了水击压力，利于调压室的调压和稳压工作，通过配套副调压室，即可增加调压室断面，降低了工程造价，可以在水电站调压室结构设计或改造中推广应用。

Description

一种水电站用压力管道调压装置

技术领域

本发明涉及水利工程用调压装置，具体涉及一种水电站用压力管道调压装置，即有副调压室的调压系统。

背景技术

压力管道是水电站引水用的管道形式，由于其采用有压管流，因此被称为压力管道，压力管道在使用过程中，往往只承受水压力，此压力较小，但是当水电站突然负荷减小，甚至全甩负荷时，由于引水流量突然终止，此时压力管道会产生巨大的水击压力，即水击现象，水击压力与压力管道的长度有关，对于特殊的压力管道形式，水击压力甚至会压坏压力管道，引起水电站设备的瘫痪。

水击现象最早是在德国海姆巴赫水电站发现。D.托马对此进行了研究，并于1910年提出了著名的调压室波动的衰减条件。调压室的设置在于极大的较小了水击压力，避免了为克服水击压力而引起的压力管道增厚增强，从而引起水电站建设成本的非线性增加。

调压室是设置在压力水道上具有下列功能的建筑物：1）由调压室自由水面（或气垫层）反射水击波，限制水击波进入压力引水道，以满足机组调节保证的技术要求，2）改善机组在负荷变化时的运行条件及供电质量。

对于调压室而言，水电站正常运行时，若调压室水位发生变化，会引起水轮机水头的变化，但电力系统要求出力保持固定，因此通过水轮机的流量必须跟着变化。这样反过来又激发调压室水位的波动。这种互相激发的作用，可能使调压室的波动逐渐增大。设计调压室时，应避免产生这种现象使波动渐趋稳定，即波动的振幅应随时间而衰减。

本申请人长期从事于水电站的设计施工，在现有的水电站调压结构中，多采用圆筒式调压室，圆筒式调压室适用于低水头小流量的水电站，其断面尺寸形状不变，结构简单，反射水击波效果好。但其水位波动振幅较大，衰减较慢，因而调压室的容积较大。为增加调压室的容积，增强调压效果，则必然会增加工程造价，且对于已经建好的调压室，难以进行再改造，导致调压效果无法进行改进，因此，有必要建造一种简单形式的调压室结构形式，便于进行改造，调节性能可以进行调节，且工程造价较低。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供一种带有副室的调压室系统，通过设置副室，提高了调压室的调压性能。具体设置如下：

本发明提供一种水电站用压力管道调压装置，该调压装置用于水库式水电站，水电站通过压力管道向水库引水发电，所述压力管道上设置有调压装置，所述压力管道末端设置镇墩，所述压力管道与水电站厂房内的水轮机连接，水轮机连接水电站下游尾水结构，其特征在于：所述调压装置包括主调压室、副调压室、第一连接管、第二连接管、第三连接管、第一支撑结构、第二支撑结构、支座，所述主调压室设置在压力管道上，通过第一连接管与压力管道连接，所述第一支撑结构设置在所述压力管道与所述主调压室之间，对主调压室进行支撑，所述副调压室设置在主调压室一侧，副调压室底面高程高于所述主调压室底面高程，所述主调压室与所述副调压室之间设置第二连接管和第三连接管，所述第二连接管设置在所述副调压室底部，其管底高程与所述副调压室底面高程相等，所述第三连接管位于所述第二连接管上部；所述第二支撑结构设置在所述压力管道上，所述支座设置在所述第二支撑结构上，所述副调压室设置在所述支座上，所述压力管道与第一连接管、主调压室、第二连接管、副调压室、第三连接管形成水路系统，形成多级阻抗，由于第一连接管、第二连接管、第三连接管的断面束窄，增强了水击能量消耗，利用主调压室和副调压室的两级调压稳定，增强了调压系统的调压性能。

作为优选，所述第一连接管、所述第二连接管、所述第三连接管的管径各不相同，且所述第一连接管管径大于第二连接管大于第三连接管，从而使水体能量消耗在主调压室和副调压室下部，由于主调压室和副调压室下部设置支撑结构，可以保证结构强度，不同管径的设置，可以适应不同频次的水击，进一步提高调压范围。

作为优选，所述主调压室断面与所述副调压室断面的面积比为2:1~5:1，可根据不同的调压需要进行仿真计算确定。

作为优选，所述第一支撑结构为支撑柱，所述支撑柱设置为两个，分别设置在所述第一连接管两侧。

作为优选，所述第二支撑结构也可以为支撑柱，所述支座可以为橡胶盆式支座。

本发明还提供一种水电站用压力管道调压装置的建造方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：对于压力管道预留开口，在压力管道的所述开口附近设置第一支撑结构以及第二支撑结构，所述第二支撑结构上设置支座；

S2：在所述压力管道开口附近搭设临时支架，所述临时支架为钢管支架；

S3：在所述开口处绑扎第一连接管钢筋，所述第一连接管钢筋与压力管道中的钢筋焊接固定，利用临时支架通过定位装置绑扎形成所述主调压室的钢筋骨架，为保证所述第一连接管、主调压室的圆心在同一轴线上，在所述第一连接管、主调压室的圆心轴线上放置定位杆，所述定位杆起定位作用，通过定位杆来定位所述第一连接管、主调压室的钢筋骨架，将所述第一连接管、主调压室的钢筋骨架固定形成整体；所述主调压室钢筋骨架中预留第二连接管和第三连接管位置；

S4：利用临时支架在主调压室钢筋骨架上依次设置第二连接管和所述第三连接管，在第二连接管和所述第三连接管上悬臂设置副调压室的钢筋骨架，所述副调压室钢筋骨架位于所述支座上部；

S5：利用临时支架，立模板浇筑混凝土，并养护至设计强度，所述模板均为拼接式内外模板，浇筑完成后养护至设计强度后拆除模板；

S6：拆除临时支架，完成调压装置施工。

当所述第二连接管和所述第三连接管为钢管时，步骤S4中在主调压室钢筋骨架上依次设置钢管，并使钢管与副调压室的钢筋骨架焊接设置；当所述第二连接管和所述第三连接管为钢筋混凝土管时，步骤S4中在主调压室钢筋骨架上依次绑扎所述第二连接管和第三连接管钢筋骨架，并使第二连接管和第三连接管的钢筋骨架与副调压室的钢筋骨架固定为整体，在步骤S5中立模板浇筑述第二连接管和第三连接管混凝土。

本发明的工作原理为：

对于带有副调压室的调压结构而言，当机组丢弃全部负荷时，水轮机的流量变为零,压力水管中发生水击现象，水流将随之停止流动，此时压力管道中的水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位升高，压力管道始末两端的水位差随之减小，流速也逐渐减慢。由于设置连接管，使得引水系统与调压室连接处的水流进行了束窄，增加了水流的耗能机理，进而当调压室的水位达到水库水位时，水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位继续升高，此时由于设置副调压室，导致调压室的断面实际上增加了，储存水体的能力得到增强，此外，设置连接管，在水流通过连接管时，水流进行了束窄，增加了能量的消耗；

由于惯性理论和连通器理论可知，水流不会突然静止，当调压室的水位大于水库水位时，水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位继续升高，直至压力管道内的流速减小到零为止，此时调压室水位达到最高点。由于这时调压室的水位高于水库水位，在压力管道的始末又形成了新的水位差，所以水流反向水库流去，调压室中水位开始下降。当调压室水位下降到水库水位时，水流由于惯性作用继续流向水库，调压室水位还继续下降，直至压力管道内的流速减小到零为止，此时调压室水位降到最低点。

上述惯性引起的水流作用由于在主调压室、连接管和副调压室之间进行流动，由于不同断面的束窄作用，引起能量的耗减，这对于消弱水击压力是有益的，伴随着压力管道中水流的往返运动，调压室的水位也就上下波动。由于引水道存在摩阻，运动水体的能量会被不断消耗，波动也就逐渐衰减，最后波动停止，调压室水位就稳定在水库水位。水电站增加负荷时，调压室水位波动与丢弃负荷时相反。当机组的负荷发生小的变化时，也会引起调压室的水位产生类似的波动。

通过上述分析可知，设置带有副调压室的调压结构，调压室的断面实际上等于主调压室加上副调压室的断面，且水流在主调压室和副调压室之间流通，由于束窄作用，增强了能量的消耗。

本发明的优点在于：

（1）在常规的调压室的基础上，增设副调压室，增加了调压室断面，提高了调压性能，由于水击惯性引起的水流作用主调压室和副调压室之间流通，由于不同断面的束窄作用，引起能量的耗减，减小了水击压力，利于调压室的调压和稳压工作；

（2）通过改变第一连接管、第二连接管和第三连接管的管径比，可以实现不同频次的水击调压，提高调压性能；同理通过改变主调压室和副调压室的断面比，也可以实现调节性能的改变，提高其适用范围；

（3）通过设置主调压室和副调压室，增加了调节性能，相对于单个筒体调压室，其所需的调压容积大幅降低，减少了工程造价；

（4）副调压室还可以选择为钢结构或预制钢筋混凝土结构，预制完成，根据不同的调节要求，选择不同的副调压室结构，对于已经建造完成的调压室，只需要在其下部设置连接管，并配套副调压室，即可增加调压室断面，并有利于水击能量的耗减，极大的降低了工程造价，便于在实际工程中推广。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明调压装置的结构示意图；

图3为本发明调压装置的立体示意图；

图4为本发明的施工工序图。

具体实施方式：以下针对说明书附图内容，对本发明限定的结构，进行具体的解释说明。

本发明提供一种水电站用压力管道调压装置，该调压装置用于水库式水电站，水电站通过压力管道2向水库1引水发电，所述压力管道2上设置有调压装置3，所述压力管道2末端设置镇墩4，所述压力管道2与水电站厂房5内的水轮机6连接，水轮机6连接水电站下游尾水结构7，其特征在于：所述调压装置3包括主调压室31、副调压室32、第一连接管33、第二连接管34、第三连接管35、第一支撑结构38、第二支撑结构36、支座37，所述主调压室31设置在压力管道2上，通过第一连接管33与压力管道2连接，所述第一支撑结构38设置在所述压力管道2与所述主调压室31之间，对主调压室31进行支撑，所述副调压室32设置在主调压室31一侧，副调压室32底面高程高于所述主调压室31底面高程，所述主调压室31与所述副调压室32之间设置第二连接管34和第三连接管35，所述第二连接管34设置在所述副调压室32底部，其管底高程与所述副调压室32底面高程相等，所述第三连接管35位于所述第二连接管34上部；所述第二支撑结构36设置在所述压力管道2上，所述支座37设置在所述第二支撑结构36上，所述副调压室32设置在所述支座37上，所述压力管道2与第一连接管33、主调压室31、第二连接管34、副调压室32、第三连接管35形成水路系统，形成多级阻抗，由于第一连接管33、第二连接管34、第三连接管35的断面束窄，增强了水击能量消耗，利用主调压室31和副调压室33的两级调压稳定，增强了调压系统的调压性能。

作为优选，所述第一连接管33、所述第二连接管34、所述第三连接管35的管径各不相同，且所述第一连接管33管径大于第二连接管34大于第三连接管35，从而使水体能量消耗在主调压室31和副调压室32下部，由于主调压室31和副调压室32下部设置支撑结构，可以保证结构强度，不同管径的设置，可以适应不同频次的水击，进一步提高调压范围。

作为优选，所述主调压室31断面与所述副调压室32断面的面积比为2:1~5:1，可根据不同的调压需要进行仿真计算确定。

作为优选，所述第一支撑结构38为支撑柱，所述支撑柱设置为两个，分别设置在所述第一连接管33两侧。

作为优选，所述第二支撑结构36也可以为支撑柱，所述支座37可以为橡胶盆式支座37。

本发明还提供一种水电站用压力管道调压装置的建造方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：对于压力管道2预留开口，在压力管道2的所述开口附近设置第一支撑结构38以及第二支撑结构36，所述第二支撑结构36上设置支座37；

S2：在所述压力管道2开口附近搭设临时支架，所述临时支架为钢管支架；

S3：在所述开口处绑扎第一连接管33钢筋，所述第一连接管33钢筋与压力管道2中的钢筋焊接固定，利用临时支架通过定位装置绑扎形成所述主调压室31的钢筋骨架，为保证所述第一连接管33、主调压室31的圆心在同一轴线上，在所述第一连接管33、主调压室31的圆心轴线上放置定位杆，所述定位杆起定位作用，通过定位杆来定位所述第一连接管33、主调压室31的钢筋骨架，将所述第一连接管33、主调压室31的钢筋骨架固定形成整体；所述主调压室31钢筋骨架中预留第二连接管34和第三连接管35位置；

S4：利用临时支架在主调压室31钢筋骨架上依次设置第二连接管34和所述第三连接管35，在第二连接管34和所述第三连接管35上悬臂设置副调压室32的钢筋骨架，所述副调压室32钢筋骨架位于所述支座37上部；

S5：利用临时支架，立模板浇筑混凝土，并养护至设计强度，所述模板均为拼接式内外模板，浇筑完成后养护至设计强度后拆除模板；

S6：拆除临时支架，完成调压装置施工。

当所述第二连接管34和所述第三连接管35为钢管时，步骤S4中在主调压室31钢筋骨架上依次设置钢管，并使钢管与副调压室32的钢筋骨架焊接设置；当所述第二连接管34和所述第三连接管35为钢筋混凝土管时，步骤S4中在主调压室31钢筋骨架上依次绑扎所述第二连接管34和第三连接管35钢筋骨架，并使第二连接管34和第三连接管35的钢筋骨架与副调压室32的钢筋骨架固定为整体，在步骤S5中立模板浇筑述第二连接管34和第三连接管35混凝土。

在改造所述现有调压室结构时，在所述副调压室32结构处设置第二支撑结构36和支座37，在所述调压室的上底部和中部分别凿设开口，绑扎钢筋骨架或钢管，作为第二连接管34和第三连接管35，之后悬臂设置副调压室32的钢筋骨架，并使副调压室32的钢筋骨架与第二连接管34和第三连接管35的钢筋骨架或钢管焊接连接，之后立模板浇筑副调压室32的混凝土并养护至设计强度，拆除模板即可完成改造。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种水电站用压力管道调压装置，该调压装置用于水库式水电站，水电站通过压力管道向水库引水发电，所述压力管道上设置有调压装置，所述压力管道末端设置镇墩，所述压力管道与水电站厂房内的水轮机连接，水轮机连接水电站下游尾水结构，其特征在于：所述调压装置包括主调压室、副调压室、第一连接管、第二连接管、第三连接管、第一支撑结构、第二支撑结构、支座，所述主调压室设置在压力管道上，通过第一连接管与压力管道连接，所述第一支撑结构设置在所述压力管道与所述主调压室之间，对主调压室进行支撑，所述副调压室设置在主调压室一侧，副调压室底面高程高于所述主调压室底面高程，所述主调压室与所述副调压室之间设置第二连接管和第三连接管，所述第二连接管设置在所述副调压室底部，其管底高程与所述副调压室底面高程相等，所述第三连接管位于所述第二连接管上部；所述第二支撑结构设置在所述压力管道上，所述支座设置在所述第二支撑结构上，所述副调压室设置在所述支座上，所述压力管道与第一连接管、主调压室、第二连接管、副调压室、第三连接管形成水路系统，形成多级阻抗，由于第一连接管、第二连接管、第三连接管的断面束窄，增强了水击能量消耗，利用主调压室和副调压室的两级调压稳定，增强了调压系统的调压性能。

2.如权利要求1所述的一种水电站用压力管道调压装置，其特征在于：所述第一连接管、所述第二连接管、所述第三连接管的管径各不相同，且所述第一连接管管径大于第二连接管大于第三连接管，从而使水体能量消耗在主调压室和副调压室下部，由于主调压室和副调压室下部设置支撑结构，可以保证结构强度，不同管径的设置，可以适应不同频次的水击，进一步提高调压范围。

3.如权利要求1所述的一种水电站用压力管道调压装置，其特征在于：所述主调压室断面与所述副调压室断面的面积比为2:1~5:1，可根据不同的调压需要进行仿真计算确定。

4.如权利要求1所述的一种水电站用压力管道调压装置，其特征在于：所述第一支撑结构为支撑柱，所述支撑柱设置为两个，分别设置在所述第一连接管两侧。

5.如权利要求4所述的一种水电站用压力管道调压装置，其特征在于：所述第二支撑结构也可以为支撑柱，所述支座可以为橡胶盆式支座。

6.如权利要求1-5中任一项所述的水电站用压力管道调压装置的建造方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：对于压力管道预留开口，在压力管道的所述开口附近设置第一支撑结构以及第二支撑结构，所述第二支撑结构上设置支座；

S2：在所述压力管道开口附近搭设临时支架，所述临时支架为钢管支架；

S3：在所述开口处绑扎第一连接管钢筋，所述第一连接管钢筋与压力管道中的钢筋焊接固定，利用临时支架通过定位装置绑扎形成所述主调压室的钢筋骨架，为保证所述第一连接管、主调压室的圆心在同一轴线上，在所述第一连接管、主调压室的圆心轴线上放置定位杆，所述定位杆起定位作用，通过定位杆来定位所述第一连接管、主调压室的钢筋骨架，将所述第一连接管、主调压室的钢筋骨架固定形成整体；所述主调压室钢筋骨架中预留第二连接管和第三连接管位置；

S4：利用临时支架在主调压室钢筋骨架上依次设置第二连接管和所述第三连接管，在第二连接管和所述第三连接管上悬臂设置副调压室的钢筋骨架，所述副调压室钢筋骨架位于所述支座上部；

S5：利用临时支架，立模板浇筑混凝土，并养护至设计强度，所述模板均为拼接式内外模板，浇筑完成后养护至设计强度后拆除模板；

S6：拆除临时支架，完成调压装置施工。

7.如权利要求6所述的水电站用压力管道调压装置的建造方法，其特征在于：当所述第二连接管和所述第三连接管为钢管时，步骤S4中在主调压室钢筋骨架上依次设置钢管，并使钢管与副调压室的钢筋骨架焊接设置；当所述第二连接管和所述第三连接管为钢筋混凝土管时，步骤S4中在主调压室钢筋骨架上依次绑扎所述第二连接管和第三连接管钢筋骨架，并使第二连接管和第三连接管的钢筋骨架与副调压室的钢筋骨架固定为整体，在步骤S5中立模板浇筑述第二连接管和第三连接管混凝土。