具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室制造技术

本发明专利技术提供了一种具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室,由引水道、消压场、主室、排气孔、挡回环、支撑、下叶轮、上叶轮、轴承、转轴、叶片组成,消压场截面积为引水道截面积的16倍，消压场相对引水道如同一个等直径的引水道具有柔性界面，高压水锤波由下游刚性界面的引水道进入消压场，截面突然扩大、界面突然由刚性变成柔性，过水断面突扩16倍，水锤能量被大量吸收，水锤再进入上游引水道压强已非常微小；高压水驱动下叶轮、上叶轮旋转同样能够消耗能量；下叶轮、上叶轮过水面积仅为主室水平截面面积的8%，叶轮起到阻抗作用继续消能；消压场具有爆破膜消能效果，下叶轮、上叶轮即有刚性阻抗结构效果又可以在旋转过程中消能。

Surge chamber with flexible expansion interface and dynamic impedance

The invention provides a surge chamber with flexible sudden expansion interface and dynamic impedance, which is composed of a diversion channel, a pressure relief field, a main chamber, an exhaust hole, a retaining ring, a support, a lower impeller, an upper impeller, a bearing, a rotating shaft and a blade. The section area of the pressure relief field is 16 times the section area of the diversion channel, and the pressure relief field is similar to an equal diameter diversion channel. The high-pressure water hammer wave enters the decompression field from the downstream rigid interface diversion channel. The section enlarges suddenly, the interface changes from rigidity to flexibility, the water hammer energy is absorbed by a large amount, and the pressure of the water hammer entering the upstream diversion channel is very small. Turning can also consume energy; the water-passing area of the lower impeller and the upper impeller is only 8% of the horizontal cross-section area of the main chamber; the impeller plays an impedance role to continue energy dissipation; the pressure-relief field has the effect of blasting film energy dissipation; the lower impeller and the upper impeller both have the effect of rigid impedance structure and can dissipate energy in the process of rotation.

【技术实现步骤摘要】
具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室
本专利技术属于水利工程
,具体是一种具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室。
技术介绍
水电站水轮机组在开机和停机的负荷调节过程中，特别是在事故突然甩负荷情况下，由于输水系统的水流惯性作用，输水系统管道的压强将随之发生大幅度波动，输水系统管道越长，压强波动越大，即发生所谓的水锤现象；因此，在长输水系统水电站设计中，为了使压力管道的压强波动幅值满足水电站的安全需要，通常设置调压室；下游调压室是建筑在水电站压力引水道与高压管道相接处的一个能造成水锤波反射的平压建筑物，其可防止水锤波传播到压力引水道中去，减少高压管道中的水锤值、改善机组的运行条件；常规的调压室有简单式、阻抗式、双室式、差动式、气垫式、溢流式等，都具有各自的优点与不足之处；“水锤爆破膜”是在压力管道设计一处最薄弱的部位，安装一种受压后即可破裂的膜片，当有压管道受到水锤压力后，膜片破裂泄流，从而限制了水锤压强的升高，水锤爆破膜的缺点是破裂后需要重新更换，并且要考虑泄流的影响；上述各种形式的调压室水位波动振幅，衰减速度，仍未达到理想效果，影响发电的效率；究其原因，常规调压室设计时考虑到：阻抗孔口面积越小水位波动振幅越小，而阻抗孔口面积越小水锤压力又会越大，设计者希望水锤压力小，同时又希望调压室水位波动幅值小，一直在为解决这样的矛盾而循环，未能有重大突破。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室,由引水道、消压场、主室、排气孔、挡回环、支撑、下叶轮、上叶轮、轴承、转轴、叶片组成,所述的引水道、消压场、主室、排气孔连通，挡回环由混凝土浇筑、固定设置在引水道与消压场上游连接处；支撑一端与轴承固定设置，支撑另一端与主室内壁固定设置，转轴上端与上叶轮固定设置，转轴下端与下叶轮固定设置；下叶轮、上叶轮过水面积为主室水平截面面积的8%。进一步的，所述的消压场直径为引水道直径的4倍，即消压场截面积为引水道截面积的16倍；消压场长度为引水道直径的5倍。进一步的，所述的主室直径为引水道直径的2倍，即主室截面积为引水道截面积的4倍。本专利技术的具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室的有益效果是：由于消压场截面积为引水道截面积的16倍，消压场直径相对引水道直径而言，如同一个等直径的引水道具有柔性界面，高压水锤波的峰值压强由下游刚性界面的引水道进入消压场，截面突然扩大、界面突然由刚性变成柔性，过水断面突扩16倍，水锤能量被大量吸收，水锤峰值压强急剧下降，水锤波再进入上游引水道时，压强已非常微小，仅为原压强值的1/16左右；由消压场进入主室的水流驱动下叶轮、上叶轮旋转能够进一步消耗能量；下叶轮、上叶轮过水面积仅为主室水平截面面积的8%，叶轮起到动阻抗作用，与刚性静阻抗相比，通过叶轮动阻抗的水流流量不变的情况下，与主室水体是全断面搅扰，消能效果更好；该调压室消压场由刚性界面突变为柔性界面，具有爆破膜消能效果，下叶轮、上叶轮形成的动阻抗，具备超越刚性静阻抗结构的效果，即可降低水锤波振幅，又具消能效果；该专利技术的具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室即能大幅度降低调压室水锤波振幅、又能增快水锤压强衰减速度。附图说明图1是具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室布置示意图；图2是该调压室俯视示意图；图3是A-A剖面示意图；图4是B-B剖面示意图；图5是C-C剖面示意图；图6是支撑与主室壁关系示意图；图7是叶片示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1-7所示，本专利技术的具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室，由引水道1、消压场2、主室3、排气孔4、挡回环5、支撑6、下叶轮7、上叶轮8、轴承9、转轴10、叶片11组成,所述的引水道1、消压场2、主室3、排气孔4连通，该调压室设为下游调压室，效果最优；挡回环5由混凝土浇筑、固定设置在引水道1与消压场2上游连接处，可阻挡消压场2内水锤压力向上流引水道1再汇聚；支撑6一端与轴承9固定设置，支撑6另一端与主室3内壁固定设置，转轴10上端与上叶轮8固定设置，转轴10下端与下叶轮7固定设置；下叶轮7、上叶轮8过水面积为主室3水平截面面积的8%，可通过调节叶片11的角度和叶片11之间水平投影重叠面积实现，下叶轮7、上叶轮8过水面积为主室3水平截面面积的8%，下叶轮7、上叶轮8过水面积则为引水道1截面面积的32%，满足《水电站调压室设计规范》建议阻抗孔口面积不能小于调压室底部引水道面积的15%要求。所述的消压场2直径为引水道1径的4倍，即消压场2截面积为引水道1截面积的16倍，在消压场2范围内，如果视引水道1直径不变，则消压场2就成为柔性边界，具有爆破膜的效果，水锤波由刚性界面进入消压场2范围的柔性界面，水锤波压强骤减；如果视引水道1在消压场2范围内沿消压场2全断面传递压强，则水锤波压强仅剩原压强值的1/16左右，水锤峰值压强再进入上游引水道已非常微小；消压场2长度为引水道1直径的5倍，使得消压场2有足够多的水体吸收水锤能量，如果消压场2不采用截面突扩或没有足够长度，则达不到增快水锤压强衰减速度的效果，目前技术使用的调压室一般均使用连接管与引水道连通，连接管直径远小于引水道直径，中国专利CN102337752B输水管道等径准调压井（CN201738377U输水管道等径准调压井），连接管直径较大，也仅仅与引水道直径相同；所述的主室3直径为引水道1直径的2倍，即主室3截面积为引水道1截面积的4倍。本专利技术的具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室使用时，水电站水力机组在开机和停机的负荷调节过程中，特别是在事故突然甩负荷情况下，系统产生的水锤波会向上游传播；到达消压场后，过水断面突扩16倍，界面突然由刚性变成柔性，水锤能量被大量吸收，水锤峰值压强再进入上游引水道已非常微小，仅为原压强值的1/16左右；进入主室的水流驱动下叶轮、上叶轮旋转能够进一步消耗能量；下叶轮、上叶轮过水面积仅为主室水平截面面积的8%，叶轮起到动阻抗作用继续消能，与刚性静阻抗相比，通过叶轮动阻抗的水流流量不变的情况下，与主室水体是全断面搅扰，消能效果更好；下叶轮、上叶轮过水面积小能够大幅度降低调压室水锤波振幅，加快其衰减速度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室,由引水道(1)、消压场(2)、主室(3)、排气孔（4)、挡回环(5)、支撑(6)、下叶轮（7）、上叶轮(8)、轴承(9)、转轴(10)、叶片（11)组成,其特征在于：所述的引水道(1)、消压场(2)、主室(3)、排气孔（4)连通，挡回环(5)由混凝土浇筑、固定设置在引水道(1)与消压场(2)上游连接处；支撑(6)一端与轴承(9)固定设置，支撑(6)另一端与主室(3)内壁固定设置，转轴(10)上端与上叶轮(8)固定设置，转轴(10)下端与下叶轮(7)固定设置；下叶轮(7)、上叶轮(8)过水面积为主室(3)水平截面面积的8%。

【技术特征摘要】
1.一种具有柔性突扩界面及动阻抗的调压室,由引水道(1)、消压场(2)、主室(3)、排气孔（4)、挡回环(5)、支撑(6)、下叶轮（7）、上叶轮(8)、轴承(9)、转轴(10)、叶片（11)组成,其特征在于：所述的引水道(1)、消压场(2)、主室(3)、排气孔（4)连通，挡回环(5)由混凝土浇筑、固定设置在引水道(1)与消压场(2)上游连接处；支撑(6)一端与轴承(9)固定设置，支撑(6)另一端与主室(3)内壁固定设置，转轴(10)上端与上叶轮(8)固定设置，转轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦鹏，毛前，吴红梅，周建芬，陈晓东，谢锋，胡建永，程春梅，徐蔚，王海波，李海涛，秦植海，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33