本发明专利技术公开了一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，由面板、双向通风口、单向通风口、阻气盖、弹簧、立柱、轴承、橡胶垫等组成。当空气由外部经过通气孔流入隧洞时，单向通风口全部打开，此时通气孔面积处于最大，可以有效缓解隧洞中的负压；当空气由隧洞经过通气孔流到外部时时，单向通风口全部关闭，此时通气孔只有双向通风口可以排气，可以有效减小排气结束时的撞击压力，保证隧洞的安全运行。本发明专利技术在满足其他调保要求的前提下，可以大大缓解进气时隧洞中的负压以及排气时的撞击压力，特别是对于底板高程较高的尾水隧洞，效果更加显著。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利水电工程
，特别是涉及一种用于改善水电站尾水隧洞压力的通气孔装置，适用于带有通气孔的水电站尾水隧洞。
技术介绍
大型引水式水电站建设前期需建设规模庞大的施工导流隧洞，而设计时常将施工导流洞与水电站尾水系统相结合，工程后期将部分导流洞改作发电尾水隧洞。当下游梯级水库水位接近洞顶时，尾水隧洞内的初始压力较小，电站发生过渡过程时，尾水道中的压力及涌浪变化均较剧烈，可能会导致位置较高处的尾水隧洞中产生低压，如果低压达到汽化压力，洞中即可能产生液柱分离现象，进一步导致液柱弥合从而造成巨大的压力，将严重危及建筑物的安全。设计中为了避免发生该类事故，常在尾水隧洞1顶部高点处设置通气孔2，如图1所示。通过补气的方式来减缓尾水隧洞中压力的降低，此时通气孔处于进排气的状态。但同时也带来了通气孔进排气及尾水隧洞中出现局部气液两相流的问题，进入管道的气团经过压缩、膨胀，再排出孔口时带来较大瞬变压力，并伴随喷水现象，整个瞬态过程较为复杂，出现了一些新的水动力学及热力学问题，如果设计或运行不当，该瞬态过程中会产生较为严重的压力波动，轻者影响机组稳定运行，严重的甚至会导致隧洞破坏的恶性事故，造成难以挽回的损失。当通气孔处于进排气状态时，通气孔的面积对于尾水隧洞的最低负压和最高正压具有较大影响。当通气孔面积较大时，进排气过程均较快，进气快有利于隧洞中负压的有效缓解，排气快产生的撞击压力较大；当通气孔面积较小时，进排气过程均较慢，不利于隧洞中负压的缓解，但排气结束时刻的撞击压力较小。因此，合理的选择通气孔的面积大小，需综合考虑尾水隧洞中的最低负压和通气孔排气时的较大正压。在目前的设计中，基本都采用固定大小的通气孔面积，无法很好的平衡最低负压和最大正压之间的矛盾，本专利技术使用了一种新的通气孔形式，很好的协调了尾水隧洞的最低负压和瞬时最大正压。
技术实现思路
专利技术目的：现有技术中面积固定的尾水隧洞通气孔形式，存在难以同时将最低负压和最大正压控制在较优的范围的不足。为了克服固定面积通气孔的这一缺点，改善尾水隧洞内的压力，确保水电站安全、可靠运行，本专利技术旨在提供一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置：单向限流的通气孔形式，通过调节进气和排气时通气孔面积的大小，来改善尾水隧洞内的压力。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，包括安装在尾水隧洞通气孔内的面板，所述面板上具有双向通风口和单向通风口，所述双向通风口用于尾水隧洞的进气和排气，所述单向通风口具有限制尾水隧洞排气的单向逆止结构。具体地，所述单向逆止结构包括固定在面板上的立柱，套设在立柱上的阻气盖，以及使阻气盖盖住单向通风口的弹簧。当空气流出尾水隧洞时，所述阻气盖盖住单向通风口，缩小空气流出时的面积，进一步限制空气的流出。具体地，所述立柱与阻气盖之间安装有轴承，所述面板与阻气盖的接触部安装有橡胶垫。轴承可以减小阻气盖移动时的摩擦。橡胶垫起到缓冲作用，避免阻气盖关闭和打开时由于速度过快发生破坏。具体地，所述立柱是在单向通风口边沿呈正三角形分布的三根。可使阻气盖水平下降，防止倾斜。具体地，通过公式推导，计算出通气孔、阻气盖、立柱各部分尺寸与重量，并通过计算确定立柱的长度，当阻气盖到达最低端时，避免弹簧拉伸过长超过其极限强度使弹簧被拉坏，不能将阻气盖拉回：立柱的长度L＝L1+L2+b阻气盖板的高度h＝L1+b式中，风速v为0时弹簧的拉伸长度阻气盖的重量m，弹簧的弹性系数k，弹簧的初始长度b；当空气自上而下流入时，由单向通风口的面积A，直径为D，风阻系数为c，风对阻气盖的推力弹簧的拉伸长度具体地，所述面板上单向通风口边沿设有朝向阻气盖的凸起。在阻气盖完全盖住时保证空气不再流通。具体地，所述面板的安装高程在通气孔内最高水位线以上。不影响通气孔内的水体流动及涌浪波动。本专利技术同时提供上述改善尾水隧洞压力的通气孔装置的工作方法，其特征在于：当水电站发生过渡过程时，尾水道中的压力及浪涌变化，在大气压的作用下，空气经由通气孔自上而下进入尾水隧洞；在面板处，空气向下流动，阻气盖使单向通风口打开，空气从双向通风口和单向通风口共同流入，减缓尾水隧洞中的负压；当尾水隧洞中水面上升时，隧洞中的空气通过通气孔排出管道，在面板处空气向上运动，在空气及弹簧的作用下，阻气盖封闭单向通风口，此时空气只能通过中间的双向通风口排出，降低气团排出孔口时的瞬变压力。本专利技术的理论依据为：通气孔面积越大，进气过程越快，减缓尾水隧洞负压效果越好。从该角度出发，希望通气孔面积越大越好。但是通气孔面积越大，排气过程也越快，产生的撞击压力也相对较大。工程设计中综合考虑尾水隧洞最大负压、最大撞击压力以及工程布置等多项因素确定通气孔面积。由尾水隧洞通气孔的工作原理及以上说明可以看出，较优的通气孔结构形式是：在空气流进隧洞阶段，孔口面积较大，进气较快，满足尾水隧洞最低负压要求；在空气排出隧洞阶段，孔口面积较小，排气较为缓慢，满足撞击压力要求，从而从总体上改善尾水隧洞的压力。专利技术原理：以水电站过渡过程为例，说明设置有双向通风口和单向通风口面板的单向限流通气孔的工作原理和效果。当水电站发生过渡过程时，尾水道中的压力及浪涌变化均较剧烈，可能会导致较高处尾水隧洞中的水面降低，产生低压。在大气压的作用下，空气经由通气孔自上而下进入尾水隧洞。在面板处，空气向下流动。在空气的作用下，阻气盖快速向下移动，此时单向通风口打开，空气可以从双向通风口和单向通风口共同流入，进气速度较快，可以很好的减缓尾水隧洞中的负压。当尾水隧洞中水面上升时，隧洞中的空气通过通气孔排出管道。在面板处，空气向上运动。在空气及弹簧的作用下，阻气盖快速向上移动，封闭单向通风口，此时空气只能通过中间的双向通风口排出，排气速度较慢，可以有效的降低气团排出孔口时的瞬变压力。有益效果：与现有技术相比，本专利技术有效解决了在水电站机组过渡过程中，由于尾水隧洞内水位降低产生过大负压和水位上升空气排出尾水隧洞孔口时出现较大瞬变压力的问题，这对通气孔的结构形式进一步优化，电站调节品质的提高以及灵活稳定运行，具有十分显著的效果。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：包括安装在尾水隧洞通气孔内的面板，所述面板上具有双向通风口和单向通风口，所述双向通风口用于尾水隧洞的进气和排气，所述单向通风口具有限制尾水隧洞排气的单向逆止结构。
【技术特征摘要】
1.一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：包括安装在尾水隧洞通气孔
内的面板，所述面板上具有双向通风口和单向通风口，所述双向通风口用于尾水隧洞的
进气和排气，所述单向通风口具有限制尾水隧洞排气的单向逆止结构。
2.根据权利要求1所述的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：所述
单向逆止结构包括固定在面板上的立柱，套设在立柱上的阻气盖，以及使阻气盖盖住单
向通风口的弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：所述
立柱与阻气盖之间安装有轴承，所述面板与阻气盖的接触部安装有橡胶垫。
4.根据权利要求2所述的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：所述
立柱是在单向通风口边沿呈正三角形分布的三根。
5.根据权利要求2所述的一种改善尾水隧洞压力的通气孔装置，其特征在于：
立柱的长度L＝L1+L2+b
阻气盖板的高度h＝L1+b
式中，风速v为0时弹簧的拉伸长度阻气盖的重量m，弹簧的弹性系数k，...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞晓东，张健，周天驰，刘甲春，张博，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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