撐滑桿2穿過阻尼球1縱向中心，阻尼球1上下兩端面有阻尼彈簧3。
[0026] 上、下兩阻尼彈簧3分別固定在兩端面的支撐架4上，阻尼彈簧3與阻尼球1接觸 端與阻尼球1可分離接觸或固定連接。所述可分離接觸是阻尼彈簧3與阻尼球1接觸端沒 有固定，在阻尼球1作遠(yuǎn)離移動時，阻尼彈簧3不隨阻尼球1移動，固定連接是阻尼彈簧3 與阻尼球1接觸端固定連接，在阻尼球1作遠(yuǎn)離移動時，阻尼彈簧3隨阻尼球1移動。
[0027] 阻尼管6直徑與上、下擴(kuò)管51、52直徑的比例是0.7~0.8。本例選擇比例是 0. 707。采用變徑的連接水道有利于進(jìn)一步提高阻尼效果。
[0028] 阻尼球1直徑與連接水道中部組尼管6直徑的比例最佳是0. 78。
[0029] 連接水道兩端面的支撐架4是沿水道徑向設(shè)置的十字形支撐架41、42。
[0030] 根據(jù)水電站調(diào)壓室的工作原理和基本方程，其水位波動過程和進(jìn)出調(diào)壓室的流量 變化過程如圖3和圖4所示：圖3是調(diào)壓室水位波動圖，圖中橫坐標(biāo)是時間、單位秒，縱坐 標(biāo)是調(diào)壓室水位高程、單位m;圖4是進(jìn)入調(diào)壓室的流量變化過程，圖中橫坐標(biāo)是時間、單位 秒，縱坐標(biāo)是進(jìn)出調(diào)壓室流量、單位m3/秒。
[0031] 根據(jù)流體力學(xué)伯努利方程推導(dǎo)可知，調(diào)壓室阻抗孔口上下斷面的壓力差與進(jìn)出調(diào) 壓室的流量Qs或流速有關(guān)，并與阻抗孔口面積和形狀有關(guān)，可以表達(dá)為如下形式：
[0032]
[0033] 式中：Ah為阻抗孔口上下斷面的壓差水頭；P為水的密度；g為重力加速度；Az 為孔口上下斷面位置高差；k為與孔口面積和形狀有關(guān)的綜合阻力系數(shù)，pi為進(jìn)口壓力，p2 為出口壓力。
[0034] 阻尼球受到的水壓力：
[0035] Fp=pg?Ah?s(2)
[0036] 式中：s為阻尼球橫截面積。
[0037]彈簧力：
[0038] Fk=ks ?Ax(3)
[0039] ks為彈簧的彈性系數(shù)，Ax為彈簧壓縮或伸長量。
[0040] 水壓力和彈力不斷平衡，即Fp=Fk，因此隨著進(jìn)出調(diào)壓室的流量(^周期變化，水壓 力也跟著變化，彈簧自動調(diào)整壓縮量，彈力也變化，并且能自動改變阻抗孔口的面積和調(diào)整 阻尼大小。
[0041] 如圖1和圖所示，本實用新型在連接水道中設(shè)置阻尼球1，上擴(kuò)管51上端面的上支 撐架41和下擴(kuò)管52下端面的下支撐架42采用的十字梁，本例上、下支撐架分別與上、下阻 尼彈簧3固定，實際設(shè)計時采用阻尼彈簧的直徑大于中間的阻抗管6 口直徑，上阻尼彈簧3 下端與阻尼球1之間采用可活動接觸，下阻尼彈簧3上端與阻尼球1之間也采用可活動的 接觸，阻尼球1向上壓縮上阻尼彈簧3時下阻尼彈簧3不動，向下壓縮下阻尼彈簧3時上阻 尼彈簧3不動。上、下支撐架4之間布置一根支撐滑桿2,位于阻尼彈簧3中心位置，在阻尼 球1中間穿孔，支撐滑桿2穿過阻尼球1，阻尼球1可沿支撐滑桿2上下自由移動，阻尼球 1與阻抗管6之間留有一定的間隙，便于水流通過形成壓力差，阻尼球1起到"水錘爆破膜" 中的膜瓣作用，上下雙向可調(diào)。
[0042] 實驗結(jié)果
[0043] 將本實用新型阻抗式調(diào)壓裝置在實驗室進(jìn)行試驗，采用成都泰斯特公司的數(shù)字壓 力傳感器，計算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件，直接用筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實測的數(shù)據(jù)如表1所 示，調(diào)壓室水位波動波形比較如圖5所示。
[0044] 表1新型調(diào)壓裝置與原阻抗式調(diào)壓室的水位波動實驗數(shù)據(jù)對比表
[0045]
[0046] 圖5是本實用新型調(diào)壓裝置與原阻抗式調(diào)壓室水位波動比較圖，圖中，橫坐標(biāo)是 時間、單位秒，縱坐標(biāo)是調(diào)壓室水位、單位cm，得出水位波動較大的是原阻抗式調(diào)壓室水位， 波動較小的是本實用新型調(diào)壓裝置水位。
[0047] 從上述水位波動實驗曲線可以看出，調(diào)壓室最高涌浪水位減小了 13. 7cm，波谷最 低水位增加了 12cm。
[0048] 水錘壓力實驗從多次實測數(shù)據(jù)和曲線分析可知，安裝本實用新型調(diào)壓裝置后，壓 力管道的水錘壓力僅比安裝原阻抗式調(diào)壓室時略有增加，仍然可以保證高壓管道和水輪發(fā) 電機(jī)組的安全。
[0049] 本實用新型自調(diào)阻尼調(diào)壓裝置達(dá)到了預(yù)期效果，實驗中可以明顯觀察到阻尼球的 運動規(guī)律。剛開始時，阻尼球迅速移動，打開阻抗孔口，其后回復(fù)到中間位置。
[0050] 本實用新型利用機(jī)械彈簧裝置的自動回復(fù)功能和流體阻力與流量或流速有關(guān)的 原理，首次將"水錘爆破膜"的工作原理和"阻抗式調(diào)壓室"結(jié)合使用，既保留了調(diào)壓室減小 水錘壓力、改善機(jī)組運行性能的功能，又充分利用了阻抗式調(diào)壓室的優(yōu)點，特別是阻抗孔口 面積和阻尼雙向自動可調(diào)，實現(xiàn)了調(diào)壓室優(yōu)點的最大化，缺點的最小化。
[0051] 本實用新型可與各種形式的調(diào)壓室配套使用，應(yīng)用于水電站工程建設(shè)中，可以大 量減小常規(guī)調(diào)壓室的開挖工程量，節(jié)省工程投資，具有很好的應(yīng)用推廣價值。若工業(yè)供水系 統(tǒng)采用該裝置，并與壓力氣罐結(jié)合使用，可以有效減小壓力氣罐的體積，不僅方便布置，還 能起到比現(xiàn)有調(diào)壓裝置更好的調(diào)壓效果，具有很好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1. 一種阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，包括引水管和與大氣聯(lián)通的調(diào)壓室，其特征在于：所述 調(diào)壓室底部通過連接水道與引水管聯(lián)通，連接水道中有可移動的阻尼球，阻尼球有阻尼彈 簧限位控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述連接水道兩端面有 支撐架，兩支撐架中心固定有沿連接水道縱向中心設(shè)置的支撐滑桿，支撐滑桿穿過阻尼球 中心，阻尼球上、下兩端面有阻尼彈簧。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述連接水道中部組尼 管直徑小于上部上擴(kuò)管和下部下擴(kuò)管直徑、并上下對稱設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述上、下兩阻尼彈簧分 別固定在兩端面的支撐架上，阻尼彈簧與阻尼球接觸端可分離接觸或固定連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述阻尼管直徑與上、下 擴(kuò)管直徑的比例是0. 7~0. 8。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述阻尼管直徑與上、下 擴(kuò)管直徑的比例是0.707。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻尼阻抗式調(diào)壓裝置，其特征在于：所述連接水道兩端面的 支撐架是連接水道徑向設(shè)置的十字形支撐架。
【專利摘要】本實用新型公開了一種阻尼阻抗式調(diào)壓裝置。包括引水管和與大氣聯(lián)通的調(diào)壓室，調(diào)壓室底部通過連接水道與引水管聯(lián)通，連接水道中有可移動的阻尼球，阻尼球有阻尼彈簧限位控制；連接水道兩端面有支撐架，兩支撐架中心固定有沿連接水道縱向中心設(shè)置的支撐滑桿，支撐滑桿穿過阻尼球中心，阻尼球上下兩端面有阻尼彈簧。本實用新型設(shè)計了可雙向調(diào)面積和阻尼系數(shù)大小的阻抗孔口，其具有調(diào)壓室減小水錘壓力、改善機(jī)組運行性能的功能，又能充分利用阻抗式調(diào)壓室的優(yōu)點。模型試驗證明，該裝置可以起到“水錘爆破膜”的作用，能夠減小壓力管道的水錘壓力，降低調(diào)壓室的最高涌波水位，增加調(diào)壓室的最低涌波水位，提高了調(diào)壓室的運行安全性。
【IPC分類】E02B9/00, F16L55/05
【公開號】CN204753537
【申請?zhí)枴緾N201520460881
【發(fā)明人】宋文武, 鞠小明, 鞠鋮, 劉祥, 陸瑞, 梁根榮, 漆智鵬
【申請人】西華大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月22日