活塞消能式調(diào)壓室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種活塞消能式調(diào)壓室，調(diào)壓室內(nèi)匹配安裝有活塞式阻水板，活塞式阻水板的中心導(dǎo)向孔及導(dǎo)向管內(nèi)匹配套裝有導(dǎo)向桿，該導(dǎo)向桿的上端和下端分別固定在上支撐架和下支撐架的中心。并在活塞式阻水板上設(shè)置有阻抗孔。本發(fā)明基于簡(jiǎn)單調(diào)壓室與阻抗調(diào)壓室基礎(chǔ)上的新型調(diào)壓室，減少調(diào)壓室與引水道連接處的水頭損失、減小調(diào)壓室水位波動(dòng)的振幅從而減小調(diào)壓室容積，降低造價(jià)及運(yùn)行成本，提高工程安全性經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明活塞式阻水板可以利用自重及與管壁摩擦消除其不穩(wěn)定波動(dòng)，從而提高引水道—調(diào)壓室系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】的調(diào)壓室改進(jìn)技術(shù)，具體設(shè)計(jì)一種活塞消能式調(diào)壓 室。 活塞消能式調(diào)壓室

【背景技術(shù)】
[0002] 調(diào)壓室一般是建筑在水電站壓力引水道與高壓管道相接處的一個(gè)能造成水擊波 反射的平壓建筑物，其可防止水擊波傳播到壓力引水道中去，減少高壓管道中的水擊值當(dāng) 水電站負(fù)荷變化時(shí)，可改善機(jī)組的運(yùn)行條件。因此，調(diào)壓室是水電站建設(shè)中一個(gè)不容忽視 的建筑物。然而，調(diào)壓室又是一個(gè)擁有較大體積、施工技術(shù)要求較高、造價(jià)較大的建筑物， 其幾乎占引水系統(tǒng)投資的1/Γ1/5。
[0003] 目前，調(diào)壓室的基本類型有簡(jiǎn)單式調(diào)壓室、阻抗式調(diào)壓室、水室式調(diào)壓室、溢流式 調(diào)壓室、差動(dòng)式調(diào)壓室等，都具有各自的優(yōu)點(diǎn)與不足之處，實(shí)踐中還將上述調(diào)壓室的特點(diǎn)組 合在一個(gè)調(diào)壓室，形成混合式調(diào)壓室，如我國(guó)古田二級(jí)龍亭電站采用的差動(dòng)溢流式調(diào)壓室。 1973年，挪威的Driva電站運(yùn)用了氣墊式調(diào)壓室，使調(diào)壓室的發(fā)展研究進(jìn)入新的階段，但 是，氣墊式調(diào)壓室對(duì)于地質(zhì)地形條件要求較高，且后期運(yùn)行費(fèi)用高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是在傳統(tǒng)調(diào)壓室類型的基礎(chǔ)上，研究一種能減少調(diào)壓室與引水道連 接處的水頭損失、不影響水錘波反射效果，減小調(diào)壓室水位波動(dòng)的振幅從而減小調(diào)壓室容 積的新調(diào)壓室，達(dá)到降低造價(jià)及運(yùn)行成本，提高工程安全性經(jīng)濟(jì)性。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種活塞消能式調(diào)壓室，在壓力水道 的下游位置設(shè)置有調(diào)壓室，所述調(diào)壓室內(nèi)匹配安裝有活塞式阻水板，該活塞式阻水板的中 心設(shè)置有導(dǎo)向孔及導(dǎo)向管，在導(dǎo)向孔及導(dǎo)向管內(nèi)匹配套裝有導(dǎo)向桿，該導(dǎo)向桿的上端和下 端分別固定在上支撐架和下支撐架的中心。并在活塞式阻水板上設(shè)置有阻抗孔。所述活塞 式阻水板的密度大于水密度，依靠自重產(chǎn)生阻力；或者活塞式阻水板的邊緣固定有摩擦墊， 依靠摩擦力產(chǎn)生阻力。也可以同時(shí)利用活塞式阻尼板自重和摩擦力產(chǎn)生阻力。在活塞式 阻水板邊緣或者在摩擦墊邊緣均布設(shè)置有楔形摩擦塊，同時(shí)在調(diào)壓室內(nèi)壁與楔形摩擦塊同 一高度設(shè)置有匹配的下固定摩擦塊，下固定摩擦塊之間的間隙寬度與楔形摩擦塊寬度相適 應(yīng)。又在各下固定摩擦塊的正上方設(shè)置有上固定摩擦塊，上固定摩擦塊之間的間隙寬度與 楔形摩擦塊寬度相適應(yīng)。所述下固定摩擦塊的上端逐漸收斂變窄，上固定摩擦塊的下端逐 漸收斂變窄，從而形成釋放間隙。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是： 1.本發(fā)明基于簡(jiǎn)單調(diào)壓室與阻抗調(diào)壓室基礎(chǔ)上的新型調(diào)壓室，減少調(diào)壓室與引水道 連接處的水頭損失、減小調(diào)壓室水位波動(dòng)的振幅從而減小調(diào)壓室容積，降低造價(jià)及運(yùn)行成 本，提高工程安全性經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 2.本發(fā)明活塞式阻水板可以利用自重及與管壁摩擦消除其不穩(wěn)定波動(dòng)，從而提 高引水道一調(diào)壓室系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
[0008] 3.活塞式阻水板相較于阻抗式調(diào)壓室，能夠更好的反射水錘波，解決了阻抗式調(diào) 壓室如果連接孔或阻抗孔過(guò)小，影響調(diào)壓室反射水錘波的效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是調(diào)壓室應(yīng)用狀態(tài)示意圖； 圖2是本發(fā)明的一種調(diào)壓室的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的活塞阻水板裝配示意圖； 圖4是本發(fā)明另一種活塞阻水板裝配示意圖； 圖5是圖4的活塞阻水板與調(diào)壓室內(nèi)壁之間配合狀態(tài)示意圖。
[0010] 圖中標(biāo)號(hào)1為壓力水道，2為調(diào)壓室，3為下支撐架，4為活塞式阻水板，5為導(dǎo)向 軸，6為調(diào)壓室水位,7為上支撐架,8為阻尼孔,9為導(dǎo)向管，10為摩擦墊，11為活動(dòng)摩擦塊， 12為下固定摩擦塊，13為上固定摩擦塊，14為下摩擦塊間隙，15為釋放間隙，16為上摩擦塊 間隙，17為上游水庫(kù)，18為壓力管道，19為水輪發(fā)電機(jī)，20為下游水庫(kù)。
[0011]

【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012] 實(shí)施例1 :第一種活塞消能式調(diào)壓室。首先參見(jiàn)圖1，在上游水庫(kù)17與下游水庫(kù)20 之間依次設(shè)置有壓力水道1、調(diào)壓室2、壓力管道18和水輪發(fā)電機(jī)19。再參見(jiàn)圖2,調(diào)壓室 2位于壓力水道下游1和壓力管道18上游之間的區(qū)域位置。調(diào)壓室2為筒狀結(jié)構(gòu)，調(diào)壓室 水位6高于壓力水道1的水位。在調(diào)壓室2內(nèi)匹配安裝有活塞式阻水板4,其邊緣可以設(shè) 置摩擦墊10,以便于調(diào)壓室內(nèi)壁可以產(chǎn)生摩擦。并在活塞式阻水板4的中心設(shè)置了導(dǎo)向孔 及導(dǎo)向管9,導(dǎo)向孔和導(dǎo)向管9內(nèi)匹配套裝有導(dǎo)向桿5,導(dǎo)向桿5的上下兩端分別固定在上 支撐架7和下支撐架3的中心。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)19正常運(yùn)行時(shí)，活塞式阻水板與壓力水道連 接，減少由于管道變形造成的水頭損失。
[0013] 本發(fā)明利用調(diào)壓室抬高水室內(nèi)水位抵消引水道內(nèi)水的慣性力的特點(diǎn)，活塞式阻水 板的體積為V，密度為P (塞式阻水板的密度P大于水密度P(!)，活塞阻水板與水室壁摩 擦力/，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)19的導(dǎo)葉關(guān)閉，壓力管道中水停止流動(dòng)，引水道內(nèi)水流由于慣性作用 繼續(xù)流向調(diào)壓室，引水室內(nèi)水位抬升，頂托活塞阻水板一起向上抬升高度為h，能量損失多 消耗（P -P Jvgh+fh，從而減少水位波動(dòng)振幅。同時(shí)，阻水板還可以提高引水道一調(diào)壓室系 統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，利用自重消除其不穩(wěn)定波動(dòng)。可以在活塞式阻水板上設(shè)置阻抗孔可以更 好地反射水擊波。
[0014] 采用簡(jiǎn)單式或阻抗式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)時(shí)，調(diào)壓室水流動(dòng)力方程如公式（1)所示： ^ dv ^ ALf{Z.......(1) s 式中： al-壓力水道斷面面積 v-壓力水道中的流速 A--調(diào)壓室的斷面面積 hw--引水隨動(dòng)水頭損失 z-以水庫(kù)靜水位為基準(zhǔn)的調(diào)壓室涌波，向下為正，向上為負(fù) Mr·[空二 4rCZ'...人)..(# ..... ft) vg+/ (2) ^ ￡m 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，使得調(diào)壓室涌波Z 降低至Z'，從而可以降低調(diào)壓室的斷面面積，減少工程建設(shè)成本。
[0015] 其研究?jī)?nèi)容如下： 1、活塞式阻水板4質(zhì)量及與水室壁的摩擦系數(shù)選擇?；钊阶杷?質(zhì)量過(guò)高或摩擦 系數(shù)過(guò)大，活塞式阻水板4不移動(dòng)，則調(diào)壓室變成阻抗式調(diào)壓室，阻水板質(zhì)量過(guò)低，阻耗少， 水位波動(dòng)大。
[0016] 2、阻抗孔8形式及規(guī)模選擇，阻抗孔的形式與規(guī)模是決定阻水板的質(zhì)量重要因素 之一，也是重力消能式調(diào)壓室安全運(yùn)行的重要因素。
[0017] 3、理論分析。根據(jù)上述選擇方案，開(kāi)展重力消能式調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算，運(yùn)用水 流連續(xù)方程、水流動(dòng)力方程及等出力方程，計(jì)算最高涌波及波動(dòng)第二振幅，并計(jì)算其工作穩(wěn) 定性。
[0018] 4、模型試驗(yàn)分析。通過(guò)模型試驗(yàn)，驗(yàn)證重力消能式調(diào)壓室的計(jì)算成果，對(duì)比相同工 況下阻抗式與重力消能式的工作特性，確定阻水板與阻抗孔形式規(guī)模的最優(yōu)方案。
[0019] 本實(shí)施例可以采用無(wú)摩擦式阻水板，設(shè)置活塞式阻水板的密度大于水密度，計(jì)算 時(shí)只考慮阻水板的重力消能影響。
[0020] 實(shí)施例2 :內(nèi)容與實(shí)施例1基本相同，不同的是，在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，采用摩擦式的 阻水板，無(wú)論活塞式阻水板4的密度與水密度之比是否大于1，都可以在活塞式阻水板4邊 緣設(shè)置摩擦墊10與調(diào)壓室2內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，活塞式阻水板4移動(dòng)時(shí)與水室壁發(fā)生摩擦進(jìn)行 消能。當(dāng)然，也可以通過(guò)摩擦同時(shí)配合活塞式阻水板4自重消能。
[0021] 實(shí)施例3 :另一種活塞消能式調(diào)壓室。在實(shí)施例1基礎(chǔ)上做出明顯改進(jìn)：在活塞式 阻水板4邊緣設(shè)置摩擦墊10,摩擦墊10外緣均勻分布有楔形摩擦塊11，同時(shí)在調(diào)壓室2內(nèi) 壁同一高度設(shè)置有匹配的下固定摩擦塊12,下固定摩擦塊12之間的間隙寬度與楔形摩擦 塊11寬度相適應(yīng)。又在各下固定摩擦塊12的正上方設(shè)置有上固定摩擦塊13,上固定摩擦 塊13之間的間隙寬度與楔形摩擦塊11寬度相適應(yīng)。所述下固定摩擦塊12的上端逐漸收 斂變窄，上固定摩擦塊13的下端逐漸收斂變窄，從而形成釋放間隙15。所述楔形摩擦塊在 釋放間隙15內(nèi)的摩擦力最小甚至為零。通過(guò)該方案的作用：由于在下固定摩擦塊與楔形摩 擦塊之間存在較大摩擦力，可以確保壓力水道正常供水時(shí)，活塞式阻水板不會(huì)被水流壓力 向上沖起，減小調(diào)壓室底部和壓力水道連接處的水頭損失。當(dāng)關(guān)閉水輪發(fā)電機(jī)的導(dǎo)葉時(shí)，壓 力水道內(nèi)的水流會(huì)壓迫活塞式阻水板使其克服摩擦力向上移動(dòng)，釋放水流動(dòng)力。上固定摩 擦塊與楔形摩擦塊的關(guān)系可以確?；钊阶杷逑蛏嫌幸欢s束性，不至于造成調(diào)壓室出 水猛然溢出。
【權(quán)利要求】
1. 一種活塞消能式調(diào)壓室，在壓力水道的下游位置設(shè)置有調(diào)壓室，其特征是：所述調(diào) 壓室內(nèi)匹配安裝有活塞式阻水板，該活塞式阻水板的中心設(shè)置有導(dǎo)向孔及導(dǎo)向管，在導(dǎo)向 孔及導(dǎo)向管內(nèi)匹配套裝有導(dǎo)向桿，該導(dǎo)向桿的上端和下端分別固定在上支撐架和下支撐架 的中心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：并在活塞式阻水板上設(shè)置有 阻抗孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：所述活塞式阻水板的密度大 于水密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：所述活塞式阻水板的邊緣固 定有摩擦墊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：在活塞式阻水板邊緣或 者在摩擦墊邊緣均布設(shè)置有楔形摩擦塊，同時(shí)在調(diào)壓室內(nèi)壁與楔形摩擦塊同一高度設(shè)置有 匹配的下固定摩擦塊，下固定摩擦塊之間的間隙寬度與楔形摩擦塊寬度相適應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：又在各下固定摩擦塊的正上 方設(shè)置有上固定摩擦塊，上固定摩擦塊之間的間隙寬度與楔形摩擦塊寬度相適應(yīng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的活塞消能式調(diào)壓室，其特征是：所述下固定摩擦塊的上端逐 漸收斂變窄，上固定摩擦塊的下端逐漸收斂變窄，從而形成釋放間隙。
【文檔編號(hào)】E02B9/06GK104110016SQ201410271794
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】丁澤霖, 張多新, 張澤中, 王婧 申請(qǐng)人:華北水利水電大學(xué)