专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法与流程

本发明涉及坝工模型试验测试领域，特别是一种专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法。

背景技术：

随着世界坝工建设技术的持续发展突破，高坝泄洪消能安全防护任务越来越严峻。其中，水电站的消力池底板破坏、泄流振动、泄洪洞空蚀破坏、雾化滑坡以及气压脉动等问题均得到了业界的关注和重视，并在“消能防护、振动控制、雾化预测、掺气减蚀”等方面取得了突破性成果。高海拔水电站的大批量建设和后期运行，很大程度上拓展了水工减压箱的试验功能。传统水工减压箱主要用于反演或预演坝工泄水建筑物的空化空蚀研究；模型试验参照《水流空化模型试验规程》sl156-2010设计；水工减压箱箱内真空度基于重力相似准则和空化数相等设计。用于开展高海拔水电站水动力模拟的水工减压箱，试验箱内的真空度基于实际海拔对应的大气压设计，可用于开展脉压、振动、掺气、雾化等水力学特征指标的环境气压响应特征研究。因此，水工减压箱使用的测试仪器涉及多类型传感器。各类传感器的仪器线型号和输出端航空插头型号往往存在较大差异。如果采用水工减压箱体分散式开孔穿线方法，单一开孔面积难以适应多样线型仪器的穿线需求，且在更换或拆卸仪器后难以保证箱体的密封性。尤其对于仪器线和输出端一体化设计的高端传感器，需要开孔的面积增大，密封难度大。因此，面向水工减压箱综合水力学指标协同测定的现实需求，本发明提出了一种专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法，该方法能够在保障减压箱密封性和结构安全的前提下，实现仪器仪表线的集中穿装。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法，采用以下步骤：一)首先将连接加强环套装连接在穿线密封筒的内端上，然后再将与减压箱观察窗洞适配的穿线基盘套装连接在所述穿线密封筒上，所述穿线基盘与连接加强环相邻设置，所述穿线密封筒与所述穿线基盘和所述连接加强环通过高强结构胶层ⅰ连接，所述穿线基盘与所述连接加强环通过高强结构胶层ⅱ连接，所述穿线密封筒、所述穿线基盘和所述连接加强环胶接成穿线组件；二)将多根仪器仪表线穿过穿线密封筒；三)使穿线密封筒竖直设置，并对其下端进行封堵，然后从其上端分层灌注承压密封堵料，并形成堵料柱，采用堵料柱将多根仪器仪表线固定在所述穿线密封筒内；形成高强结构胶层ⅰ和高强结构胶层ⅱ的高强结构胶的抗拉强度σ1，应满足以下公式：

δp·πr²≤f1·2πr·a+f2·π(r²-r^'2)≤σ1[2πr·a+π(r²-r^'2)]

式中：

δp:减压箱内外压差

r:穿线密封筒的外圆半径

f1:高强结构胶层ⅰ的特征点切应力最大值

a：穿线基盘和连接加强环板的厚度之和

f2:高强结构胶层ⅱ的特征点拉应力最大值

r：连接加强环板的外圆半径

r'：连接加强环板的内圆半径

所述承压密封堵料的灌注高度b和抗拉强度σ2应满足以下公式，

δp·πr²≤f3·2πr^*·b≤σ2·2πr^*·b

δp:减压箱内外压差

r:穿线密封筒的外圆半径

r^*:穿线密封筒的内圆半径

f3:堵料柱的特征点切应力最大值

b：穿线密封筒内堵料柱的高度，

其中f1、f2和f3采用ansys软件计算数值解，在ansys软件内建立穿线组件的几何结构模型，并划分网格，然后输入相关材料特性参数值，然后在穿线基盘边界上施加固端约束，在穿线基盘和集线密封筒的外端面上施加均布面荷载后计算，计算完成后提取高强结构胶层ⅰ的特征点切应力最大值f1，提取高强结构胶层ⅱ的特征点拉应力最大值f2，提取堵料柱的特征点切应力最大值f3。

所述步骤一)，穿线基盘是采用钢板制成的，穿线密封筒和连接加强环均是采用有机玻璃制成的。

所述步骤一)，在穿线密封筒内设有穿线分隔板。

所述步骤三)，封堵结构是采用工业橡皮泥形成的。

所述步骤一)，在所述穿线基盘上设有固定安装孔。

本发明具有的优点和积极效果是：融合结构计算理论和试验测试需求，可直接利用减压箱已有观察窗洞安装，减压箱无需额外开孔；多根仪器仪表线先集中再出线，不受仪器种类的限制，无需拆卸接头，仪器仪表精度不受影响，可克服水工减压箱内大量仪器仪表内置存在的出线置孔多和穿线难的问题，可有效解决箱体穿线承压性和密封性的难题，并保障减压箱的结构安全。并且本发明拆卸方便，二次使用不受影响，结构简单，加工方便，安装施工便捷、成本低、重复利用率高，不影响水工减压箱的结构稳定性和密封性，有较好的实用性。

附图说明

图1为应用本发明集中穿装水工减压箱仪器仪表线的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明应用的具体结构计算模型示意图；

图4为本发明应用的具体结构计算模型特征应力路径；

图5为本发明应用实例计算模型特征点切应力分析图；

图6为本发明应用实例计算模型特征点拉应力分析图；

图7为本发明应用的安装结构示意图。

图中：1、仪器仪表线；2、穿线基盘；3、固定安装孔；4、连接加强环；5、穿线密封筒；6、穿线分隔板；7、堵料柱；8、封堵结构；9、减压箱；10、高强结构胶层ⅰ；11、高强结构胶层ⅱ。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图2和图7，一种专用于水工减压箱仪器仪表线的集中穿装方法，采用以下步骤：

一)首先将连接加强环4套装连接在穿线密封筒5的内端上，然后再将与减压箱9观察窗洞适配的穿线基盘2套装连接在所述穿线密封筒5上，所述穿线基盘2与连接加强环4相邻设置，所述穿线密封筒5与所述穿线基盘2和所述连接加强环4通过高强结构胶层ⅰ10连接，所述穿线基盘2与所述连接加强环4通过高强结构胶层ⅱ11连接，所述穿线密封筒5、所述穿线基盘2和所述连接加强环4胶接成穿线组件；

二)将多根仪器仪表线1穿过穿线密封筒5；

三)使穿线密封筒5竖直设置，并对其下端进行封堵，然后从其上端分层灌注承压密封堵料，并形成堵料柱7，采用堵料柱7将多根仪器仪表线1固定在所述穿线密封筒5内；

形成高强结构胶层ⅰ10和高强结构胶层ⅱ11的高强结构胶的抗拉强度σ1，应满足以下公式：

δp·πr²≤f1·2πr·a+f2·π(r²-r^'2)≤σ1[2πr·a+π(r²-r^'2)]

式中：

δp:减压箱内外压差

r:穿线密封筒的外圆半径

f1:高强结构胶层ⅰ的特征点切应力最大值

a：穿线基盘和连接加强环板的厚度之和

f2:高强结构胶层ⅱ的特征点拉应力最大值

r：连接加强环板的外圆半径

r'：连接加强环板的内圆半径

所述承压密封堵料的灌注高度b和抗拉强度σ2应满足以下公式，

δp·πr²≤f3·2πr^*·b≤σ2·2πr^*·b

δp:减压箱内外压差

r:穿线密封筒的外圆半径

r^*:穿线密封筒的内圆半径

f3:堵料柱的特征点切应力最大值

b：穿线密封筒内堵料柱的高度，

其中f1、f2和f3采用ansys软件计算数值解，在ansys软件内建立穿线组件的几何结构模型，并划分网格，然后输入相关材料特性参数值，然后在穿线基盘边界上施加固端约束，在穿线基盘2和集线密封筒5的外端面上施加均布面荷载后计算，计算完成后提取高强结构胶层ⅰ10的特征点切应力最大值f1，提取高强结构胶层ⅱ11的特征点拉应力最大值f2，提取堵料柱7的特征点切应力最大值f3。

在本实施例中，所述步骤一)，所述穿线基盘2是采用钢板制成的，所述穿线密封筒5和所述连接加强环4均是采用有机玻璃制成的。所述步骤一)，在所述穿线密封筒5内设有穿线分隔板6。所述步骤三)，所述封堵结构8是采用工业橡皮泥形成的。所述步骤一)，在所述穿线基盘2上设有固定安装孔3，所述穿线基盘2采用螺栓连接在减压箱9观察窗洞上，便于拆卸。

本发明的应用实例：

穿线基盘2的外圆半径25cm，内圆半径4cm，厚度1.5cm，材料为钢；连接加强环4的外圆半径8cm，内圆半径4cm，厚度1cm，材料为有机玻璃；穿线密封筒5的外圆半径4cm，内圆半径3.5cm，长度15cm，材料为有机玻璃；高强结构胶层ⅰ和高强结构胶层ⅱ的有效厚度均为1mm；堵料柱7的长度15cm，概化数值模型见图3，各构件的材料和网格参数见表1。

表1：各构件的材料和网格参数

在穿线基盘2边界上施加固端约束，在穿线基盘2和集线密封筒5的外端面上施加均布面荷载，荷载分别为0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa、0.05mpa、0.06mpa和0.1mpa。考虑计算模型具有对称性，计算完成后按照应力路径点a-c提取高强结构胶层ⅰ10的特征点切应力并识别最大值f1，按照应力路径点d-b提取高强结构胶层ⅱ11的特征点拉应力并识别最大值f2,应力路径见图4。计算得出，在0.1mpa的荷载作用下，堵料柱7的特征点切应力f3的最大值为1.03mpa，主要考虑高强结构胶层ⅰ10的特征点切应力最大值f1和高强结构胶层ⅱ11的特征点拉应力f2最大值，具体应力分析见图5和图6。

上述组件用于某试验真空度要求0.04mpa的水工减压箱52个硅应变式压力传感器线集中穿装，高强结构胶层ⅰ10和高强结构胶层ⅱ11采用南大703硅胶(抗拉强度>1.2mpa)，堵料柱7采用承压型的tl990型堵料(抗拉强度≧25mpa，ph＝7.0±0.5)，集中穿装的水工减压箱内。安装过程中，高强结构胶层ⅰ10和高强结构胶层ⅱ11的有效厚度均为1mm，固化时间2h；堵料柱7的高度为15cm，每次灌注5cm，灌注间隔时间8h，终极固化时间72h。安装完成后，水工减压箱真空度采用递增式调节，真空度分别为0.01mpa、0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa，单个气压段持续时间2h，单次气密性试验持续时间8h，试验次数50次。通过安装在减压箱体的高精度压力数显传感器测试水工减压箱压力变化，气压值稳定，应用实例证明，本发明可以满足水工减压箱密封性和承压性要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。