一種水電站調(diào)壓井的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水電站調(diào)壓井。為了確保機(jī)組和水電站安全、可靠運(yùn)行，并加快調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減，所述水電站調(diào)壓井包括調(diào)壓室及與其相通的引水管，將調(diào)壓室阻抗孔拆分為至少一個(gè)自由孔和至少一個(gè)單向逆止阻抗孔；所述自由孔為常規(guī)的阻抗孔，水流可流入或流出調(diào)壓室；單向逆止孔為單向逆止阻抗孔，該孔上裝有限制調(diào)壓室內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管內(nèi)或限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的單向逆止阻抗孔，在自由孔和單向逆止阻面積相同時(shí)，調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減大約加快了2.5倍，該設(shè)施大大提高了電站調(diào)壓井的調(diào)節(jié)品質(zhì)，特別是對(duì)超長(zhǎng)輸水系統(tǒng)水電站，效果十分顯著。
【專利說明】一種水電站調(diào)壓井

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種水電站調(diào)壓井。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)水力資源蘊(yùn)藏總量巨大，但開發(fā)程度還不高，開發(fā)水平低于發(fā)達(dá)國(guó)家，且地區(qū)間開發(fā)差異大，東部開發(fā)程度高但水力資源不足，西部開發(fā)程度低但水力資源富裕。從我國(guó)水力資源開發(fā)歷史上看，20世紀(jì)80年代初受經(jīng)濟(jì)制約只開發(fā)了約5%，世紀(jì)之交受市場(chǎng)機(jī)制推動(dòng)提高到11%，目前已達(dá)31%左右，而美國(guó)、日本、法國(guó)、巴西等國(guó)家的開發(fā)程度都高于80%。因此，在常規(guī)能源日益枯竭的全球大勢(shì)下，我國(guó)水力資源的開發(fā)還并不過度，應(yīng)在考慮環(huán)境的前提下加大開發(fā)力度。
[0003]水力資源的開發(fā)利用，是通過修建水力發(fā)電站，將水力能量轉(zhuǎn)化成電能。水電行業(yè)屬于無污染、可循環(huán)再生、投入產(chǎn)出比小、綜合效益大的能源產(chǎn)業(yè)，是目前第一大清潔能源，對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都有巨大價(jià)值，世界各國(guó)都將開發(fā)水力資源作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。水力資源作為清潔可再生能源，在我國(guó)居于優(yōu)先開發(fā)的地位。
[0004]根據(jù)河流的地形、地質(zhì)條件，水能開發(fā)方式可分為壩式、引水式和混合式。
[0005]壩式水電站是指由河道上的擋水建筑物壅高水位而集中發(fā)電水頭的水電站。壩式水電站的引用流量較大，電站的規(guī)模也大，水能利用較充分。目前世界上裝機(jī)容量超過2000MW的巨型水電站大都是壩式水電站。此外壩式水電站水庫(kù)的綜合利用效益高，可同時(shí)滿足防洪、發(fā)電、供水等興利要求。但由于工程規(guī)模大，水庫(kù)淹沒范圍大，遷移人口多，造成壩式水電站的投資大，工期長(zhǎng)。
[0006]引水式水電站是指在河流坡降陡的河段上筑一低壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水管引水到河段下游，集中落差，再經(jīng)壓力管道引水到水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的水電站。引水式水電站引用流量較小，沒有水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流，水量利用率較低，綜合利用價(jià)值較差。電站庫(kù)容很小，基本無水庫(kù)淹沒損失，工程量較小，單位造價(jià)較低。
[0007]在一個(gè)河段上，同時(shí)采用高壩和有壓引水管共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。壩集中一部分落差后，再通過有壓引水管集中壩后河段上另一部分落差，形成了電站的總水頭。這種開發(fā)方式的水電站稱為混合式水電站。適用于上游有優(yōu)良?jí)沃?，適宜建庫(kù)，而緊接水庫(kù)以下河道突然變陡或河流有較大的轉(zhuǎn)彎。同時(shí)兼有壩式和引水式水電站的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]水電站水力機(jī)組在開機(jī)和停機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)過程中，特別是在事故突然甩負(fù)荷情況下，由于輸水系統(tǒng)的水流慣性發(fā)生變化，輸水系統(tǒng)管道的壓力也將隨之發(fā)生變化。輸水系統(tǒng)管道越長(zhǎng)，壓力變化越大。因此，在長(zhǎng)輸水系統(tǒng)水電站設(shè)計(jì)中，為了使壓力管道的壓力變化幅值滿足水電站的安全的需要，通常設(shè)置上游調(diào)壓井或下游調(diào)壓井，或上游、下游同時(shí)設(shè)置調(diào)壓井。
[0009]調(diào)壓井型式可分為簡(jiǎn)單式、阻抗式、差動(dòng)式三大類(見附圖1、2、3)。調(diào)壓井能很好地解決管道的壓力上升和下降，但調(diào)壓井的存在會(huì)引起輸水系統(tǒng)內(nèi)水體發(fā)生波動(dòng)。當(dāng)管道長(zhǎng)度和調(diào)壓井面積確定后，水體的波動(dòng)周期也確定了。當(dāng)輸水系統(tǒng)的管道越長(zhǎng)，調(diào)壓井的波動(dòng)周期越長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行就越不利。當(dāng)調(diào)壓井水體產(chǎn)生波動(dòng)后，調(diào)壓井水位波動(dòng)的衰減越快越好。
[0010]三種調(diào)壓井型式中，對(duì)調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減效果最好是差動(dòng)式，其次是如中國(guó)專利200610128482.4公開的阻抗式，最不利是簡(jiǎn)單式。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0011]為了確保機(jī)組和水電站安全、可靠運(yùn)行，并加快調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減，本實(shí)用新型旨在提供一種水電站調(diào)壓井，該調(diào)壓井設(shè)置了一種加快調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減的新型阻抗孔:單向逆止阻抗孔，可以使調(diào)壓井內(nèi)水位波動(dòng)快速衰減。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0013]一種水電站調(diào)壓井，包括調(diào)壓室及與其相通的引水管；在所述調(diào)壓室內(nèi)、水位以下設(shè)有至少一個(gè)自由孔和至少一個(gè)阻抗孔；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述阻抗孔為單向逆止阻抗孔，該單向逆止阻抗孔上裝有限制調(diào)壓室內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管內(nèi)或限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)。
[0014]以下為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案:
[0015]當(dāng)單向逆止阻抗孔上裝有限制調(diào)壓室內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管的單向逆止結(jié)構(gòu)時(shí)，所述單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板，該活動(dòng)擋板位于調(diào)壓室內(nèi)，此時(shí)適合作為水電站上游調(diào)壓井。
[0016]當(dāng)單向逆止阻抗孔上裝有限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)時(shí)，所述單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板，該活動(dòng)擋板位于引水管內(nèi)，此時(shí)適合作為水電站下游調(diào)壓井。
[0017]作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述自由孔和單向逆止阻抗孔均設(shè)置在調(diào)壓井底板上。
[0018]型式一，所述調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔和一個(gè)單向逆止阻抗孔(見附圖4)。
[0019]型式二，所述調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔和至少兩個(gè)設(shè)置在自由孔外側(cè)的單向逆止阻抗孔(見附圖5)。
[0020]所述調(diào)壓井底板上至少一段向調(diào)壓室內(nèi)凹進(jìn)，該凹進(jìn)段的頂部開有所述自由孔，在凹進(jìn)段的兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)有一個(gè)單向逆止阻抗孔。進(jìn)一步地，所述凹進(jìn)段呈倒桶狀。
[0021]所述自由孔的孔橫截面積總和與單向逆止阻抗孔的孔橫截面積總和相等。
[0022]阻抗孔的大小，取決于機(jī)組突然甩負(fù)荷，蝸殼水擊壓力值。阻抗孔越小，蝸殼水擊壓力越大，但調(diào)壓井水位振幅越小，水位波動(dòng)衰減越快；阻抗孔越大，蝸殼水擊壓力越小，但調(diào)壓井水位振幅越大，水位波動(dòng)衰減越慢，特例就是沒有阻抗孔的簡(jiǎn)單式調(diào)壓井。因此調(diào)壓井阻抗孔的大小，與水擊壓力、調(diào)壓井水位振幅、調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減密切相關(guān)。
[0023]下面將以水電站上游阻抗孔調(diào)壓井為例，說明逆止阻抗孔的工作原理和效果(見附圖4、5)。
[0024]在確定了阻抗孔大小的基礎(chǔ)上(稱之為總阻抗孔)，將總阻抗孔拆分為自由孔和逆止阻抗孔，自由孔和單向逆止阻抗孔的阻抗之和于總阻抗孔的阻抗相當(dāng)。自由孔允許水流進(jìn)出調(diào)壓井，單向逆止阻抗孔只允許水流進(jìn)入調(diào)壓井。
[0025]當(dāng)發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，引水系統(tǒng)的水體在慣性的作用下，通過自由孔和逆止阻抗孔同時(shí)進(jìn)入調(diào)壓井，由于自由孔和逆止阻抗孔的阻抗之和與總阻抗孔的阻抗相同，水流進(jìn)入調(diào)壓井的狀況沒有變化，蝸殼水擊壓力最大值不發(fā)生變化。確保了機(jī)組和壓力鋼管的安全。當(dāng)調(diào)壓井水位上升至最高水位后，調(diào)壓井內(nèi)水體的上水庫(kù)波動(dòng)時(shí)，調(diào)壓井內(nèi)的水體的引水管道流動(dòng)，此時(shí)水體只有通過自由孔能流出，即水體流出調(diào)壓井的阻抗被放大，從而加快了調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減速度。
[0026]由于水流通過阻抗孔的阻抗與阻抗孔的面積平方成反比，與通過阻抗孔的流量的平方成正比，如果自由孔和單向逆止阻抗孔的面積相同，水體流出調(diào)壓井的阻抗孔被放大約4倍。也就相當(dāng)于在調(diào)壓井水位波動(dòng)過程中，總水頭損失由大約提高了 2.5倍，即波動(dòng)衰減大約加快了 2.5倍。自由孔越小，調(diào)壓井內(nèi)水位波動(dòng)衰減就越快。
[0027]當(dāng)然，自由孔的面積大小，還與機(jī)組開機(jī)有關(guān)，通過自由孔流出的流量，應(yīng)滿足機(jī)組開機(jī)或增負(fù)荷的要求。
[0028]單向逆止阻抗孔的概念，同樣適用于下游調(diào)壓井，只是水流通過單向逆止阻抗孔的方向是只出不進(jìn)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型首次提出了水電站調(diào)壓井單向逆止阻抗孔的概念，有效地解決了在確保最大水擊壓力上升值不增加的情況下，如何加快調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減速度的問題。
[0030]本實(shí)用新型的調(diào)壓井水位波動(dòng)衰減大約加快了 2.5倍，這對(duì)提高電站的調(diào)節(jié)品質(zhì)，特別是對(duì)超長(zhǎng)輸水系統(tǒng)水電站，效果十分顯著。
[0031]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是簡(jiǎn)單式調(diào)壓井一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是阻抗式調(diào)壓井一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是差動(dòng)式調(diào)壓井一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4是單向逆止阻抗孔一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5是單向逆止阻抗孔另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]在圖中
[0038]1-水流方向；2_連接管；3_阻抗孔；4-大室；5-升管；6_調(diào)壓室；7_自由孔；8-單向逆止阻抗孔；9_鉸鏈；10_活動(dòng)擋板。

【具體實(shí)施方式】
[0039]實(shí)施例1
[0040]一種水電站上游調(diào)壓井，如圖4所示，包括調(diào)壓室6及與其相通的引水管，在調(diào)壓室6內(nèi)、水位以下設(shè)有至少一個(gè)自由孔7和至少一個(gè)阻抗孔；所述阻抗孔為單向逆止阻抗孔8，該單向逆止阻抗孔8上裝有限制調(diào)壓室6內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)，該單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板10，該活動(dòng)擋板10位于調(diào)壓室6內(nèi)。所述自由孔7和單向逆止阻抗孔8均設(shè)置在調(diào)壓井底板上，如圖4所示，調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔7和一個(gè)單向逆止阻抗孔8?；蛉鐖D5所示，所述調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔7和至少兩個(gè)設(shè)置在自由孔7外側(cè)的單向逆止阻抗孔8，且調(diào)壓井底板上有一段向調(diào)壓室6內(nèi)凹進(jìn)呈倒桶狀，該凹進(jìn)段的頂部開有所述自由孔7，在凹進(jìn)段的兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)有一個(gè)單向逆止阻抗孔8。所述自由孔7橫截面積和單向逆止阻抗孔8的橫截面積相等。
[0041]實(shí)施例2
[0042]一種水電站下游調(diào)壓井，包括調(diào)壓室6及與其相通的引水管，在調(diào)壓室6內(nèi)、水位以下設(shè)有至少一個(gè)自由孔7和至少一個(gè)阻抗孔；其特征在于，所述阻抗孔為單向逆止阻抗孔8，該單向逆止阻抗孔8上裝有限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室6內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)，該單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板10，該活動(dòng)擋板10位于引水管內(nèi)。
[0043]余下結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1類似，不再贅述。
[0044]上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本實(shí)用新型，而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水電站調(diào)壓井，包括調(diào)壓室(6)及與其相通的引水管；在所述調(diào)壓室(6)內(nèi)、水位以下設(shè)有至少一個(gè)自由孔(7)和至少一個(gè)阻抗孔；其特征在于，所述阻抗孔為單向逆止阻抗孔(8)，該單向逆止阻抗孔(8)上裝有限制調(diào)壓室(6)內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管內(nèi)或限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室(6)內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，當(dāng)單向逆止阻抗孔(8)上裝有限制調(diào)壓室(6)內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入引水管的單向逆止結(jié)構(gòu)時(shí)，所述單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板(10)，該活動(dòng)擋板(10)位于調(diào)壓室(6)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，當(dāng)單向逆止阻抗孔(8)上裝有限制引水管內(nèi)水流通過阻抗孔進(jìn)入調(diào)壓室(6)內(nèi)的單向逆止結(jié)構(gòu)時(shí)，所述單向逆止結(jié)構(gòu)包括鉸接在引水管壁面上的活動(dòng)擋板(10)，該活動(dòng)擋板(10)位于引水管內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述自由孔(7)和單向逆止阻抗孔(8)均設(shè)置在調(diào)壓井底板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔(7)和一個(gè)單向逆止阻抗孔(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述調(diào)壓井底板上設(shè)有一個(gè)自由孔(7)和至少兩個(gè)設(shè)置在自由孔(7)外側(cè)的單向逆止阻抗孔(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述調(diào)壓井底板上至少一段向調(diào)壓室(6)內(nèi)凹進(jìn)，該凹進(jìn)段的頂部開有所述自由孔(7)，在凹進(jìn)段的兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)有一個(gè)單向逆止阻抗孔(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述凹進(jìn)段呈倒桶狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的水電站調(diào)壓井，其特征在于，所述自由孔(7)的孔橫截面積總和與單向逆止阻抗孔(8)的孔橫截面積總和相等。
【文檔編號(hào)】E02B9/06GK203960826SQ201420389074
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】羅俊軍, 林建東, 廖玉海, 高宇, 戴盈智 申請(qǐng)人:中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司