生拉力，其容积尺寸变大。但 芯袋内气压升高是由水面挤压所致，橡胶芯袋的容积不增，反而减小。尽管如此，由于橡胶 自身弹性模量值较小，橡胶芯袋仍能够紧贴在薄壳上，在径向将自身承受的气压增量均匀 地传递给圆筒薄壳，完全由薄壳进行平衡，在此过程中芯袋作为垫块起传递气压荷载的作 用。在轴向，橡胶芯袋气压由顶部薄壳（波动水面）和橡胶芯袋轴向弹性变形力共同承担。 当水位降低时，压缩气体逐渐膨胀，气压相应降低，橡胶芯袋传递至薄壳的压力也随之减 小，直至消失。
[0021] 这样，由于橡胶芯袋的弹性模量低、柔软性好，其表面形状与水面和封闭薄壳围成 的形状完全相同，自身主要起盛装压缩气体容器的作用。橡胶芯袋式气垫调压室的顶部薄 壳不兼有盛气的功能，对其密闭性要求不高，结构制作不再需要内衬钢板，因此可以采用较 为廉价的钢筋混凝土或预应力混凝土材料，降低了工程成本。另外橡胶芯袋材质柔软又便 于拆换，可以方便快捷的进行维护和检修。
[0022] 故相比于现有技术，本橡胶芯袋式气垫调压室具备以下优点：1、本发明较传统气 垫式调压室的水位波动可以更快恢复平稳。2、调压室边壁不需钢板衬砌，工程造价低。3、 橡胶芯袋材质柔软又便于拆换，可以方便快捷的进行维护和检修。4、橡胶芯袋能被制作成 若干个独立的小袋，可根据上下游具体水位的要求选择芯袋数量，适用性更强。
[0023] 综上所述，本发明能使波动水位快速稳定，具有工程造价低、防漏气性好、消能调 压效果更优且便于检修维护等优点。
【附图说明】：
[0024] 图1为本发明具体实施仅采用一个芯袋情况时的结构示意图。
[0025] 图2为本发明具体实施采用了多个芯袋情况时的结构示意图。
[0026] 附图中箭头表示压力水道中的水流方向。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合【具体实施方式】和附图对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】 [0028] 1 :如图1所示，一种可调压力芯袋式气垫调压室，包括下端和压力 水道连通的调压室，所述调压室内设置有弹性材料制得的芯袋1，所述芯袋1内充有压缩气 体2,芯袋上部和调压室内腔壁3相贴设置。
[0029] 这样，芯袋充气后整体构成一个弹性体并和调压室内腔壁相贴，当发生水锤现象 时，水位波动产生的压力变化，通过芯袋再均匀作用到调压室内腔壁上，芯袋自身是柔性 的弹性材料，能够很好地适应变形，不存在应力集中和受拉开裂等不良现象，密封条件非常 好，防漏气效果好，即使混凝土薄壳开裂也不会使芯袋气垫产生漏气影响调压室正常使用， 因此，可降低对调压室内壁材质的要求，减少工程造价。
[0030] 本【具体实施方式】中，芯袋下端位于和压力水道相通的水面4上。这样，水压波动直 接作用于芯袋再通过芯袋作用到调压室内腔壁上，可以使得上述由芯袋产生的各种作用效 果能够达到最优；同时芯袋下端直接和水面接触，能够更好地缓释水面波动的剧烈程度，避 免水面波动过大造成的不利影响。
[0031] 本【具体实施方式】中，所述芯袋1采用橡胶材料制得。这样，可以更好地保证芯袋弹 性，同时成本低廉，方便制造。当然具体实施时也可以采用其他弹性材料制得。
[0032] 本【具体实施方式】中，所述调压室内壁为整体呈球冠形结构或者为上部呈上凸的球 冠形下部呈和球冠形相切的圆柱形结构，所述芯袋整体形状和调压室内腔形状匹配且原始 状态时尺寸小于调压室内腔尺寸。
[0033] 这样，在电站机组处于正常状态下，水击未产生时芯袋与调压室内壁完全分离，气 垫压力由芯袋单独承担，调压室内壁不受压缩气体的作用，提高了调压室的耐久性。
[0034] 本【具体实施方式】中，所述调压室内腔壁采用钢筋混凝土或预应力混凝土材料制 得。这是由于设置芯袋后，对调压室内腔壁无防漏气要求，调压室，采用成本更低的钢筋混 凝土或预应力混凝土材料即可满足强度要求，内壁无需再采用成本高昂的钢板衬砌，极大 地降低了成本。
[0035] 具体实施时，所述压缩气体优选采用空气。这样成本便宜，且方便实施。
[0036] 本【具体实施方式】中，芯袋内注入压缩气体的压力由以下公式计算得到，
[0038] 式中：p注一注入压缩气体的压力，kPa ;p-水位波动表面压力，即橡胶芯袋式气垫 最大气体压力，kPa ; △ p-橡胶芯袋压缩气体压力增量，kPa ; γ -水的容重，单位为kN/m3; D-调压井直径，m ;Ea-压缩气体体积变形模量，kPa 橡胶芯袋弹性模量，kPa ; δ -橡 胶芯袋壁厚，m ;ζ-同条件无封闭调压井水位波动值，m ; {ζ} -橡胶芯袋式气垫调压井水位 波动容许值，Z ;△ ε x-橡胶芯袋面积应变增量。
[0039] 这样，采用上述公式对芯袋注入压力，可以准确地确定芯袋尺寸，保障未产生水击 时调压室内壁结构不受气垫压力的作用，水击产生后调压室内的最大水位波动值在规范容 许的范围以内，确保电站机组运行安全。在公式推导过程中，假定水位波动发生前橡胶芯袋 底部与水面完全接触，并忽略了钢筋混凝土井壁结构变形和橡胶芯袋的自重。
[0040] 另外，具体实施时，在上述实施方式的基础上，还可以将所述芯袋设置为多个叠加 的形式，其他结构不变，具体参见图2,图2中标号2表示压缩气体，标号3表示调压室内腔 壁，标号4表示水面，标号5表示几个叠加芯袋。这样，可以根据实际需要方便地对芯袋数 量进行增减调整，使其和实际情况更加适宜。
【主权项】
1. 一种可调压力芯袋式气垫调压室，包括下端和压力水道连通的调压室，其特征在于， 所述调压室内设置有弹性材料制得的芯袋，所述芯袋内充有压缩气体，芯袋上部和调压室 内腔壁相贴设置。2. 如权利要求1所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，芯袋下端位于和压 力水道相通的水面上。3. 如权利要求1所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，所述芯袋采用橡胶 材料制得。4. 如权利要求1所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，所述调压室内壁为 整体呈球冠形结构或者为上部呈上凸的球冠形下部呈和球冠形相接的圆柱形结构，所述芯 袋整体形状和调压室内腔形状匹配且原始状态时尺寸小于调压室内腔尺寸。5. 如权利要求1所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，所述芯袋为单个或 为多个叠加。6. 如权利要求1所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，所述调压室内腔壁 采用钢筋混凝土或预应力混凝土材料制得。7. 如权利要求2所述的可调压力芯袋式气垫调压室，其特征在于，芯袋内注入压缩气 体的压力由以下公式计算得到，式中：P注一注入压缩气体的压力，单位kPa ;p-水位波动表面压力，即橡胶芯袋式气垫 最大气体压力，单位kPa; △ p-橡胶芯袋压缩气体压力增量，单位kPa ; γ -水的容重，单位 为kN/m3;D-调压井直径，单位m ;E a-压缩气体体积变形模量，单位kPa 橡胶芯袋弹性 模量，单位kPa ; δ -橡胶芯袋壁厚，单位m ;z-同条件无封闭调压井水位波动值，单位m ; {z}-橡胶芯袋式气垫调压井水位波动容许值，单位z ;△ εχ-橡胶芯袋面积应变增量。
【专利摘要】本发明公开了一种可调压力芯袋式气垫调压室，包括下端和压力水道连通的调压室，其特征在于，所述调压室内设置有弹性材料制得的芯袋，所述芯袋内充有压缩气体，芯袋上部和调压室内腔壁相贴设置。本发明能使波动水位快速衰减，同时芯袋内气压可调控，具有工程造价低、防漏气性好、消能调压效果更优且便于检修维护等优点。
【IPC分类】E02B9/06
【公开号】CN105332363
【申请号】CN201510818955
【发明人】牟萍, 陈野鹰
【申请人】重庆交通大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月23日