CN113606411B - 一种一分三的隔壁岔管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一分三的隔壁岔管，包括有主管、岔管、渐变段和隔壁，所述主管与三个岔管通过渐变段连接，渐变段内设有两个隔壁肋板，隔壁肋板将渐变段分为中间分隔管和左右对称的两边分隔管，隔壁肋板沿程的高度为线性均匀变化且将渐变段等分为过流面积相同的分隔管，且面积均为主管面积的三分之一。本发明一分三的隔壁岔管突破了传统隔壁岔管一分二的形式，拓宽了隔壁岔管的适用范围；相对于传统的三梁式岔管和月牙肋岔管，隔壁岔管由于除隔壁肋板外均为圆弧，因此水压均匀、受力条件好，具有便于布置的特点，且岔管沿程断面基本不变，可以有效地控制水头损失在较低的水平，可以与高水头地区一机多轮的冲击式水轮机布置形式较好地配合。

Description

一种一分三的隔壁岔管

技术领域

本发明属于压力管道技术领域，具体涉及一种一分三的隔壁岔管。

背景技术

当一根管道需要供应两台或者多台机组用水时，需要设置分岔管。岔管一般受力条件差，通过的水流流速大。目前常用的分岔结构型式，主要为“Y”形、“卜”形、球形分岔结构等，应用范围有限。同时，由于结构深埋藏，承受较高的外水压力，常规的“Y”形、“卜”形等这种缺省结构，抗外压能力均较差，需要采取较多的工程措施来保证结构的抗外压稳定，进而增大了制造和施工的难度。因此找到一种结构受力条件好的结构型式，是解决这类问题的一个有效途径。

上个世纪，三梁式岔管应用较多，但是随着钢管规模的增大，大直径、高内压的三梁岔管逐渐不满足经济和施工的要求，逐渐采用月牙肋岔管、球形岔管和无梁岔管等。

近年来，我国水电站发展逐渐向西南地区倾斜，尤其是雅鲁藏布江地区，该地区的水电站水头高、容量大，对岔管结构的稳定性要求显著提高。在承受高水头的钢岔管的设计中，常用的分岔结构型式受力条件差，往往需要很厚的钢板，不适于西南地区水电开发。而隔壁岔管具有分岔灵活、结构对称、无缺省、承受内、抗外水压力能力强、水流流线接近平行等明显优势，在制作方面不需要特大锻件，在运行中水头损失也较常用的岔管形式小。钢筋混凝土隔壁式岔管在布置、结构和水力学方面较普通“Y”形和“卜”形岔管具有一定的优势，经济效益明显，具有广阔的应用前景。但是目前隔壁岔管的发展缓慢、应用较少，技术相对成熟的隔壁岔管为一分二的形式，而雅鲁藏布江地区的冲击式水轮机正朝向一机多轮的方向发展，亟需设计结构与之配套的隔壁岔管。因此隔壁岔管体型的优化拓展设计需要继续发展钻研，提出适应一机多轮布置的隔壁岔管形式。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种一分三的隔壁岔管形式，能够适应高水头大容量水电站开发的需要。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种一分三的隔壁岔管，包括有主管、岔管、渐变段和隔壁，所述主管与三个岔管通过渐变段平稳连接，所述渐变段内设有两个隔壁肋板所述隔壁肋板沿程的高度为线性均匀变化且将渐变段等分为过流面积相同的中间分隔管和两个两边分隔管，且面积均为主管面积的三分之一。

进一步，所述隔壁肋板为等腰三角形板状结构，其沿所述渐变段长度方向其高度逐渐减小，所述渐变段外围由上圆弧段、下圆弧段、左圆弧段、右圆弧段分别将两个隔壁肋板上下左右四个面围合且首尾两端分别连接主管和岔管，所述渐变段上圆弧段和下圆弧段对称设置，左圆弧段和右圆弧段对称设置。

进一步，三个所述岔管平行设置且三个岔管的面积均相等，且各为主管面积的三分之一。

进一步，所述中间分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为中间分隔管被两个隔壁肋板切割后所得到圆弧的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R₂为中间分隔管的半径。

进一步，所述两边分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为两边分隔管被隔壁肋板切割后过流部分圆弧对应的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R_1，3为两边分隔管的半径。

本发明相对于现有技术取得了以下有益的技术效果：

本一分三的隔壁岔管可以优化常规岔管的水流流态，相对于传统的三梁式岔管和月牙肋岔管，隔壁岔管由于除隔壁肋板外均为圆弧，因此水压均匀、受力条件好，具有便于布置的特点，且岔管沿程断面基本不变，可以有效地控制水头损失在较低的水平，可以与高水头地区一机多轮的冲击式水轮机布置形式较好地配合，简化制作和施工工艺，减少成本，增加经济效益。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明中渐变段的立体示意图。

图3为本发明中渐变段的侧视图图。

图4为本发明渐变段中间分隔管断面形状及参数示意图。

图5为本发明渐变段两边分隔管断面形状及参数示意图一。

图6为本发明渐变段两边分隔管断面形状及参数示意图二。

图7为本发明中渐变段隔壁肋板沿程尺寸变化规律示意图。

图8为本发明中三个岔管沿程半径变化规律示意图。

图中：1-主管，2-渐变段，3-岔管，4-隔壁肋板，5-中间分隔管，6-两边分隔管。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明技术方案和具体实施方式进行清楚和完整地描述。

如图1-3所示，本实施例所述的一分三的隔壁岔管包括主管1、渐变段2、岔管3和隔壁肋板4。

本实施例中主管1和岔管3选用常规的圆形压力钢管。所述主管1为圆形压力钢管。所述渐变段为钢板卷制焊接而成的数段圆弧连接的不规则管。所述主管1与岔管3通过渐变段2连接，渐变段2的断面形状由一个圆逐渐分割，其中两侧扇形的半径相同，上下衔接圆弧的半径逐渐变化。所述渐变段2既保证管道的断面面积逐渐扩大，又同时满足面积的变化率均匀，基本满足三部分的面积相同，以使流态稳定。所述渐变段2设置两个隔壁肋板4，隔壁肋板4沿程变化规律为隔壁高度线性变化将渐变段2等分为过流面积相同的中间分隔管5和两个两边分隔管6，且面积均为主管面积的三分之一。所述隔壁肋板4厚度根据所需分成岔管3的半径以及岔管3各自之间的距离大小所决定，隔壁肋板4最终将渐变段2等分为面积相同的三段，且面积均为主管面积的三分之一。所述岔管3圆形断面面积相同，圆心在同一条直线上。隔壁肋板4为等腰三角形板状结构，其沿所述渐变段长度方向其高度逐渐减小，所述渐变段外围由上圆弧段、下圆弧段、左圆弧段、右圆弧段分别将两个隔壁肋板上下左右四个面围合且首尾两端分别连接主管和岔管，所述渐变段上圆弧段和下圆弧段对称设置，左圆弧段和右圆弧段对称设置。

隔壁肋板4厚度根据所需分成岔管3的半径以及岔管3各自之间的距离大小所决定，渐变段2最终将管段等分为面积相同的三段，且面积均为主管面积的三分之一。

所述岔管3圆形断面面积相同，圆心在同一条直线上。

中间分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为中间分隔管被两个隔壁肋板切割后所得到圆弧的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R₂为中间分隔管的半径。

两边分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为两边分隔管被隔壁肋板切割后过流部分圆弧对应的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R_1，3为两边分隔管的半径。

假设主管的半径为R₀，面积为

对于一分三的隔壁岔管，三个岔管的理想面积应各为

则每个岔管的半径均为

从渐变起始断面开始按照一定步长对沿程长度划分，隔壁高度沿程线性均匀减少，渐变结束断面的隔壁高度为0。假设隔壁无厚度。

对于中间分隔管，管道剖面被岔管分为由两条直线和两段弧线组成的图线如图4所示，其中各参数见图。

将面积分为两个三角形和两个扇形进行计算，如图4所示，则：

由此可化简为：

渐变段2初始断面的R₂等于

根据②式和③式可以联立求解得到初始断面的h₀和

再根据①式求得b₀。由于隔壁肋板4高度沿程线性均匀减少，可以根据h₀和步长求得各计算断面的h值。③式为一隐函数表达式，仅有

一个未知数，通过迭代计算可得到各断面的

值，代入①式可得相应断面的隔壁肋板4的间距b，代入②式中可得相应断面的R₂。

对于两边分隔管6，其断面形状分为两种情况，即圆心与管道剖面在隔壁的异侧或同侧。

异侧的断面形状如图5所示，通过扇形面积减去三角形面积计算两边分隔管面积。同侧的断面形状如图6所示，通过扇形面积加上三角形面积计算两边分隔管面积。由于三角函数的性质，两者的面积计算公式可以统一为以下形式：

由此可化简为：

同理，⑥式为一隐函数表达式，通过迭代计算可得到各断面的

值，代入④式可得相应断面的隔壁肋板间距b，代入⑤式中可得相应断面的R₃。另有关系R₃＝R₁，由此可得到各计算断面的岔管半径和隔壁间距。

计算验证：

取主管半径为单位长度，分别求得各断面的隔壁高度、宽度，以及各断面的岔管半径。

表1为隔壁尺寸和岔管半径大小的计算结果：

表1特征断面隔壁尺寸及岔管半径数据表

将计算结果用直观的图表表示为图7、图8，图7为隔壁尺寸的沿程变化规律，图8为岔管半径的沿程变化规律。

由图7和图8可以看出，该种隔壁岔管的断面形态变化规律、水流流态均匀，可以有效减小岔管部分的水头损失。

上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种一分三的隔壁岔管，其特征在于：包括有主管、岔管、渐变段和隔壁肋板，所述主管与三个岔管通过渐变段平稳连接，所述渐变段内设有两个隔壁肋板，所述隔壁肋板沿程的高度为线性均匀变化且将渐变段等分为过流面积相同的中间分隔管和两个两边分隔管，且所述过流面积均为主管面积的三分之一；

所述隔壁肋板为等腰三角形板状结构，其沿所述渐变段长度方向其高度逐渐减小，所述渐变段外围由上圆弧段、下圆弧段、左圆弧段、右圆弧段分别将两个隔壁肋板上下左右四个面围合且首尾两端分别连接主管和岔管，所述渐变段上圆弧段和下圆弧段对称设置，左圆弧段和右圆弧段对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种一分三的隔壁岔管，其特征在于：三个所述岔管平行设置且三个岔管的面积均相等，且各为主管面积的三分之一。

3.根据权利要求1所述的一种一分三的隔壁岔管，其特征在于：所述中间分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为中间分隔管被两个隔壁肋板切割后所得到圆弧的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R₂为中间分隔管的半径。

4.根据权利要求1所述的一种一分三的隔壁岔管，其特征在于：所述两边分隔管的断面参数满足方程：

其中：

为两边分隔管被隔壁肋板切割后过流部分圆弧对应的圆心角，h为该断面处隔壁肋板的高度，R₀为主管半径，R_1，3为两边分隔管的半径。

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