專利名稱：水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電站過渡過程技術(shù)領(lǐng)域，具體為水電站引水發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
為了改善水擊現(xiàn)象，常在水電站的有壓引水道與壓力管道的銜接處建造調(diào)壓室。調(diào)壓室利用擴(kuò)大的斷面和自由水面反射水擊波，將有壓引水系統(tǒng)分成兩段上游段為有壓引水隧洞，調(diào)壓室使隧洞基本上避免了水擊壓力的影響；下游段為壓力管道，由于長(zhǎng)度縮短，從而降低了壓力管道中的水擊值，改善了機(jī)組的運(yùn)行條件。調(diào)壓室的功用可歸納為以下三點(diǎn)1、反射水擊波?；旧媳苊?或減小)壓力管道中的水擊波進(jìn)入有壓引水道。2、縮短壓力管道長(zhǎng)度。從而減小壓力管道及廠房過流部分中的水擊壓力。3、改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件及系統(tǒng)的供電質(zhì)量。
對(duì)調(diào)壓室的研究可追溯到歐洲早期學(xué)者雷曼(Rateau)、蓋登(Gaden)、福蘭克(Frandk)等對(duì)調(diào)壓室理論建立所做出的貢獻(xiàn)，其中約翰遜(Johnoson)發(fā)明了差動(dòng)式調(diào)壓室。
目前使用的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)型式有簡(jiǎn)單式、阻抗式、水室式、溢流式、差動(dòng)式和氣墊式，或由這幾種組合而成的混合式調(diào)壓室。
阻抗式調(diào)壓室是采用較多的一種調(diào)壓室型式，由于底部附加阻抗的存在，與簡(jiǎn)單式相比，調(diào)壓室內(nèi)水體波動(dòng)幅度小，衰減快，正常運(yùn)行時(shí)水頭損失小，但對(duì)水擊波的反射較差。
阻抗式調(diào)壓室阻抗孔的大小，原則上以能充分反射水擊波為宜，否則將不能充分反射水擊波，使引水隧洞受到水擊的影響。但通常存在這樣的問題一方面，為了充分反射水擊波，需要將阻抗孔設(shè)置的大一些，但這使得調(diào)壓室內(nèi)的水位升高值較大，引起有壓引水道及壓力管道的內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值增大，從而增加了工程投資；另一方面，為了減小最高涌浪，降低有壓引水道及壓力管道的內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值，節(jié)省工程投資，則需要將阻抗孔設(shè)置的小一些，但這又使得調(diào)壓室不能充分反射水擊波。
如果調(diào)壓室能在充分反射水擊波的同時(shí)，又能有效地降低水位波動(dòng)幅度，則這樣的調(diào)壓室將是十分理想的。
(三)技術(shù)內(nèi)容鑒于現(xiàn)有阻抗式調(diào)壓室存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種既能充分反射水擊波、又能有效減小調(diào)壓室內(nèi)水位波動(dòng)上升值的水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明依據(jù)了下述的技術(shù)方案。水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，具有公知的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，即在引水道上設(shè)有井筒，其特征在于在井筒內(nèi)側(cè)壁且水位以上位置設(shè)有上阻抗。
本發(fā)明的再一種結(jié)構(gòu)是在井筒內(nèi)側(cè)壁與引水道的銜接處設(shè)有下阻抗，在井筒內(nèi)側(cè)壁且水位以上位置設(shè)有上阻抗。
本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)是在引水道與井筒之間設(shè)置連接管將兩者貫通，在井筒頂部設(shè)有溢流堰，在井筒內(nèi)側(cè)壁且水位與溢流堰之間設(shè)有上阻抗。
本發(fā)明的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)是在井筒的下部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的下室，并與井筒相連，在井筒的上部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的上室，并與井筒相連，在井筒內(nèi)側(cè)壁且水位以上位置設(shè)有上阻抗。
本發(fā)明的優(yōu)越之處在于1、能充分反射水擊波。通過合理地設(shè)置下阻抗的大小，能夠使水擊波在調(diào)壓室處得到充分反射。
2、節(jié)省工程投資。引水隧洞與壓力管道的最大內(nèi)水壓設(shè)計(jì)值受最高涌浪控制，這一點(diǎn)基本上是所有大流量、長(zhǎng)引水隧洞的共有特點(diǎn)。調(diào)壓室能降夠低最高涌浪水位，抬高最低涌浪水位，減小引水隧洞與壓力管道的最大內(nèi)水壓設(shè)計(jì)值，從而節(jié)省了引水隧洞與壓力管道的工程投資，若再加上由于調(diào)壓室內(nèi)最高水位的降低與最低水位的抬高所減小的調(diào)壓室開挖與襯砌工程量，節(jié)省的投資將更為可觀。
3、改善機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件。能夠有效減小調(diào)壓室內(nèi)的水位波動(dòng)幅度，使水體波動(dòng)快速衰減并趨于穩(wěn)定，在丟棄部分負(fù)荷的情況下，避免了機(jī)組在水位長(zhǎng)時(shí)間、大幅度波動(dòng)的情況下反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善機(jī)組在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)的運(yùn)行條件。


圖1為本發(fā)明設(shè)有上阻抗的簡(jiǎn)單式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明設(shè)有上、下阻抗的阻抗式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明設(shè)有上阻抗的溢流式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明設(shè)有上阻抗的水室式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是上阻抗，2是井筒，3是引水道，4是水位，5是下阻抗，6是溢流堰，7是連接管，8是上室，9是下室。
具體實(shí)施方式
水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，具有公知的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，即在引水道3上設(shè)有井筒2，其特征在于在井筒2內(nèi)側(cè)壁且水位4以上位置設(shè)有上阻抗1，請(qǐng)參見附圖1。
本發(fā)明的再一種結(jié)構(gòu)是在井筒2內(nèi)側(cè)壁與引水道3的銜接處設(shè)有下阻抗5，在井筒2內(nèi)側(cè)壁且水位4以上位置設(shè)有上阻抗1，參見附圖2。
本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)是在引水道3與井筒2之間設(shè)置連接管7將兩者貫通，在井筒2頂部設(shè)有溢流堰6，在井筒2內(nèi)側(cè)壁且水位4與溢流堰6之間設(shè)有上阻抗1，參見附圖3。
本發(fā)明的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)是在井筒2的下部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的下室9并與井筒2相連，在井筒的上部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的上室8并與井筒2相連，在井筒2內(nèi)側(cè)壁且水位4以上位置設(shè)有上阻抗1參見附圖4。
簡(jiǎn)單式調(diào)壓室的特點(diǎn)是自上而下具有相同的斷面，結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，反射水擊波效果好，但在正常運(yùn)行時(shí)隧洞與調(diào)壓室的連接處水頭損失較大，當(dāng)流量變化進(jìn)隧洞與調(diào)壓室中水位波動(dòng)的振幅較大，衰減較慢，所需的調(diào)壓室的容積較大，一般多用于低水頭或小流量的水電站。
將簡(jiǎn)單式調(diào)壓室的底部，用斷面較小的短管或孔口與隧洞和壓力管道連接起來，即為阻抗式調(diào)壓室。由于進(jìn)出調(diào)壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，所以水位波動(dòng)振幅減小了，衰減加快，所需的調(diào)壓室容積小于簡(jiǎn)單式，正常運(yùn)行時(shí)水位損失較小。但由于阻抗的存在，水擊波不能完全反射，隧洞中可能受到水擊的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須選擇合適的阻抗。
溢流式調(diào)壓室頂部有溢流堰。當(dāng)丟棄負(fù)荷時(shí)，水位開始迅速上升，達(dá)到溢流堰后開始溢流，限制了水位的進(jìn)一步抬高，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，溢出的水量，可以設(shè)上室加以儲(chǔ)存，也可以排至下游。
水室式調(diào)壓室是由一個(gè)斷面較小的豎井和上下兩個(gè)斷面擴(kuò)大的儲(chǔ)水室組成。當(dāng)丟棄負(fù)荷時(shí)，豎井中的水位迅速上升，一旦進(jìn)入斷面較大的上室，水位上長(zhǎng)的速度便立即緩慢下來；增加負(fù)荷時(shí)，水位迅速下降至下室，并由下室補(bǔ)充不足的水量，因而限制了水位的下降，故同樣的能量，可存儲(chǔ)于較小的容積之中，所以這種調(diào)壓室的容積比較小，適用于水頭較高和水庫工作深度較大的水電站。
通過計(jì)算和設(shè)計(jì)，合理地設(shè)置上阻抗孔的大小與高程、下阻抗的大小，可以較好地滿足充分反射水擊波與有效地減小調(diào)壓室內(nèi)水位上升值的要求。
其原理如下在正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)壓井內(nèi)的水位處于上阻抗以下適當(dāng)距離，當(dāng)水輪機(jī)的引用流量迅速減小并發(fā)生水擊時(shí)，由于水擊波的產(chǎn)生與衰減時(shí)間(一般小于11秒)與調(diào)壓室內(nèi)的水體波動(dòng)周期(一般為200到400秒)相比，其時(shí)間十分短暫，當(dāng)水擊波開始衰減并趨于零時(shí)，調(diào)壓室內(nèi)的水位尚未達(dá)到上阻抗孔的位置，從而上阻抗孔對(duì)水擊波的反射不構(gòu)成影響，通過合理地設(shè)計(jì)下阻抗孔口的大小，可以使水擊波在調(diào)壓室處得到充分反射，滿足充分反射水擊波的要求。當(dāng)水擊波衰減并趨于零后，調(diào)壓室內(nèi)的水位繼續(xù)上升，達(dá)到上阻抗位置，此時(shí)上阻抗對(duì)水流開始起阻抗作用，由于上阻抗和下阻抗的聯(lián)合作用，會(huì)使得水位波動(dòng)上升值得到有效減小。
通過設(shè)置上阻抗，使簡(jiǎn)單式、阻抗式、溢流式及水室式調(diào)壓室的水力學(xué)性能得到顯著提高，與原有的簡(jiǎn)單式、阻抗式、溢流式及水室式調(diào)壓室相比，在大流量、長(zhǎng)引水隧洞系統(tǒng)中有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
可根據(jù)實(shí)際工程需要，采取其中一種結(jié)構(gòu)型式。
權(quán)利要求
1.水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，具有公知的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，即在引水道(3)上設(shè)有井筒(2)，其特征在于在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)以上位置設(shè)有上阻抗(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，其特征在于在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁與引水道(3)的銜接處設(shè)有下阻抗(5)，在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)以上位置設(shè)有上阻抗(1)。
3.如權(quán)利要求1所述的水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，其特征在于在引水道(3)與井筒(2)之間設(shè)置連接管(7)將兩者貫通，在井筒(2)頂部設(shè)有溢流堰(6)，在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)與溢流堰(6)之間設(shè)有上阻抗(1)。
4.如權(quán)利要求1所述的水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，其特征在于在井筒(2)的下部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的下室(9)并與井筒(2)相連，在井筒的上部設(shè)置突出井筒側(cè)壁的上室(8)并與井筒(2)相連，在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)以上位置設(shè)有上阻抗(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，它具有公知的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)，即在引水道(3)上設(shè)有井筒(2)，其特征在于在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)以上位置設(shè)有上阻抗(1)，或在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁與引水道(3)的銜接處設(shè)有下阻抗(5)，在井筒(2)內(nèi)側(cè)壁且水位(4)以上位置設(shè)有上阻抗(1)。本發(fā)明的優(yōu)越之處在于1.能充分反射水擊波。2.節(jié)省工程投資。3.改善機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件。
文檔編號(hào)E02B8/06GK101021065SQ20061012848
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者吳昊, 馬躍先, 王利卿, 楊天平, 焦瑞峰, 雷運(yùn) 申請(qǐng)人:吳昊