一种带有伸缩波的圆筒形硐室衬里

技术领域

本发明属于承压容器技术领域，尤其涉及大型承压圆柱形硐室的硐壁承压密封技术，具体地说是一种带有伸缩波的圆筒形硐室衬里。

背景技术

随着能源结构的大规模调整，以风光为主体的新能源在未来将占据主导地位。但是风光能源为不稳定能源，为了保证电网端的稳定，必须配备相对应数量的大规模储能电站。而目前最受欢迎的抽水蓄能电站，由于生态、环境条件、地理、地貌因素，抽水蓄能电站的建设数量有限，无法完全满足“调峰调频”的作用，所以压力储能设备领域的压缩空气储能应运而生。但这时涉及到一个重要的技术问题就是储能设备的承压密封问题，现有技术中，多是对作为承载体的容器本身进行密封，储能设备受到的储能介质压力变化产生的交变力将直接作用到作为承载体的容器本身，因此需要研发一种能够传递并缓冲交变力的承压密封结构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够传递并缓冲交变力的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种带有伸缩波的圆筒形硐室衬里，其特征在于：该硐室衬里由多片硐室衬里板在需要密封的硐室内壁上拼装焊接构成，硐室衬里板上带有偏中心设置的伸缩波，多片硐室衬里板按照同一布置顺序沿着伸缩波的径向依次拼装并通过轴向焊缝焊接构成单圈衬里，各相邻单圈衬里依次拼装并通过圈间焊缝焊接构成硐室衬里；各相邻单圈衬里上的相邻硐室衬里板呈旋转180°铺设，使得多个单圈衬里上同一位置处的伸缩波一一对位设置形成一条贯通伸缩波、各相邻单圈衬里上的轴向焊缝则错位设置且轴向焊缝与圈间焊缝的连接处构成T字型焊缝接头。

任一硐室衬里板上的伸缩波将该硐室衬里板分隔为1:2～3的两部分。

所述伸缩波的半径R2为硐室衬里板厚度的15～30倍。

所述的伸缩波与硐室衬里板的主体衔接部分构成相应的过渡圆角，该过渡圆角的半径R3为伸缩波的半径R2的15%～30%。

所述硐室衬里板的单片长度为2000～6000mm，且所述硐室衬里板的四周分别设有焊接坡口，焊接坡口的角度为22.5°～35°，焊接后则形成45°～70°的焊缝。

所述的伸缩波内填充有弹性体，该弹性体采用橡胶类弹性材料制作。

所述的弹性体在伸缩波与硐室内壁的邻接处设有防挤圆角，该防挤圆角的半径为伸缩波与硐室衬里板的主体衔接部分构成的过渡圆角的半径R3-5。

所述的伸缩波内布置有排水管道。

所述的伸缩波内布置有从弹性体下部穿过的排水管道，且该排水管道、弹性体和硐室内壁的邻接处留有压缩空间。

所述的硐室衬里与硐室内壁的结合面设有一粘结层，该粘结层的厚度为2～3mm；粘结层的材质为高分子材料，如改性聚氨酯沥青胶等。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的硐室衬里能够对硐室进行可靠的密封，在硐室变形时可以补偿、可以将硐室内部压力传递到硐室内壁，带有伸缩波的硐室衬里压力载荷由硐室本体承担，能够减少硐室衬里的用料，分片设计、硐室内部拼装焊接组合，方便制作和运输，降低成本，承压密封性能好，承受交变应力能力强。

附图说明

附图1为本发明的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里的结构示意图；

附图2为本发明的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里的单圈衬里局部剖面结构示意图；

附图3为本发明的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里的伸缩波部分的剖面结构示意图；

附图4为本发明的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里的伸缩波部分变形示意图；

附图5为本发明的带有伸缩波的圆筒形硐室衬里的单片硐室衬里板结构示意图。

其中：1—硐室衬里板；2—伸缩波；3—轴向焊缝；4—圈间焊缝；5—T字型焊缝接头；6—粘结层；7—弹性体；8—排水管道；9—焊接坡口；10—混凝土增强层；11—过渡圆角；12—防挤圆角。

实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示：一种带有伸缩波的圆筒形硐室衬里，该硐室衬里由多片硐室衬里板1在需要密封的硐室内壁上拼装焊接构成，硐室衬里板1上带有偏中心设置的伸缩波2，硐室衬里板1的单片长度为2000～6000mm，且硐室衬里板1的四周分别设有焊接坡口9，焊接坡口9的角度为22.5°～35°，焊接后则形成45°～70°的焊缝；多片硐室衬里板1按照同一布置顺序沿着伸缩波2的径向依次拼装并通过轴向焊缝3焊接构成单圈衬里，各相邻单圈衬里依次拼装并通过圈间焊缝4焊接构成硐室衬里；各相邻单圈衬里上的相邻硐室衬里板1呈旋转180°铺设，使得多个单圈衬里上同一位置处的伸缩波2一一对位设置形成一条贯通伸缩波、各相邻单圈衬里上的轴向焊缝3则错位设置且轴向焊缝3与圈间焊缝4的连接处构成T字型焊缝接头5。

在上述结构中，任一硐室衬里板1上的伸缩波2将该硐室衬里板1分隔为1:2～3的两部分；伸缩波2的半径R2为硐室衬里板1厚度的15～30倍，伸缩波2与硐室衬里板1的主体衔接部分构成相应的过渡圆角11，该过渡圆角11的半径R3为伸缩波2的半径R2的15%～30%。

在上述结构中，伸缩波2内填充有橡胶类弹性材料制作而成的弹性体7，弹性体7在伸缩波2与硐室内壁的邻接处设有防挤圆角12，该防挤圆角12的半径为伸缩波2与硐室衬里板1的主体衔接部分构成的过渡圆角11的半径R3-5；另外伸缩波2内布置有排水管道8、或者伸缩波2内布置有从弹性体7下部穿过的排水管道8，且该排水管道8、弹性体7和硐室内壁的邻接处留有压缩空间。

为了提高结合力，在硐室衬里与硐室内壁的结合面设有一粘结层6，用于硐室衬里和硐室壁的预固定、并能够弥补硐室壁上的微小凹凸缺陷，该粘结层6的厚度为2～3mm。

带有伸缩波2的硐室衬里板1的材质：根据硐室的工作条件和使用要求，材料可以采用钢板、合金板或非金属板材，如普通钢板、高强度合金钢板、不锈钢板、铝合金板以及非金属板材。

带有伸缩波2的硐室衬里板1的厚度：根据硐室大小、工作压力、材质种类、使用寿命、环境条件、施工条件等使用条件选定板材的厚度，工作压力越高板材的厚度越厚。环境条件如腐蚀性强可以采用不锈钢板，厚度根据硐室大小、工作压力一般为2～10mm；采用碳钢板一般为5～20mm；采用其他材质时可以根据材质特性选取合适的厚度。

带有伸缩波2的硐室衬里板1的单圈数量根据硐室直径大小、硐室在工作压力下的变形量多少等条件选定，如图2所示，硐室衬里板1的宽度基于安装半径R1设定、弧长由弧角α确定，α=360°/n，n=单圈数量，如单圈数量为20片，则α=360°/20=18°。

带有伸缩波2的硐室衬里板1的长度根据施工条件和材料采购确定，长度越长焊缝数量越少但单片重量越大施工难度增加，一般为2000～6000mm之间较为合适。

硐室衬里板1上的伸缩波2的位置应偏移中心设置，即β1≠β2，沿着伸缩波2的轴向拼接时相互成180°拼接铺设，使得伸缩波2对齐、且轴向焊缝3错开，则轴向焊缝3与圈间焊缝4的连接处构成T字型焊缝接头5，避免焊缝出现十字型焊缝接头，改善焊接条件、减少焊接缺陷、提高焊接质量。

硐室衬里板1的四周设有角度为30°的焊接坡口9，焊接坡口9的高度按照板材焊接要求确定。

伸缩波2与硐室壁的空腔部位设有弹性体7，如图3所示，弹性体7的作用为在内部受压、则弹性体7变形时起到支撑作用，防止伸缩波2弹性体被压塌，弹性体7使用橡胶类弹性材料制作，外形根据所述伸缩波2内腔和硐室内壁制作，弹性体7与硐室内壁结合部预留压缩空间，当伸缩波2变形时，空腔部位体积缩小时则弹性体7可以缩小体积；当需要安装排水管道8时，可以在弹性体7下中部安装排水管道8，可以将硐室壁的渗水引流，避免硐室衬里和硐室壁之间产生积水和水压；弹性体7的尖角处设有防挤圆角12，当伸缩波2变形时能够防止弹性体7形成尖角被挤入伸缩波2与硐室壁的间隙。

伸缩波2的波型高低、半径R2的大小由工作压力、板材的厚度和材料强度确定，要保证硐室在内部压力下变形时伸缩波2能够顺利变形的同时又有足够的强度，半径R2一般可以是板材厚度的15～30倍；另外衔接处的过度圆角11的半径R3一般可以是R2的15%～30%。

根据伸缩波2对硐室变形的补偿原理，当硐室在工作压力下产生变形，硐室直径变大，硐室的内周长变大时，带有伸缩波2的硐室衬里板1的径向弧长也变大，如图4所示，硐室半径产生增加Δ1，弧长有L1变成L2，这时伸缩波2的半径R2增加成半径R2’、同时波高h1降低为h1’，对硐室变形要求硐室衬里板1的径向弧长变化进行补偿，其中变形前伸缩波2的曲线为实线、变形后伸缩波2的曲线为虚线。

实施例

如图1-5所示的一种带有伸缩波的圆筒形硐室衬里，该硐室衬里由硐室衬里板3在需要密封的硐室里拼装焊接，从而对具备混凝土增强层10的硐室进行密封处理；在硐室衬里板2上设有能够使圆筒形硐室衬里产生径向涨缩的伸缩波2，伸缩波2在硐室衬里板1上偏移中心设置（按照1:2.5设定），安装时相邻单圈衬里上的相邻硐室衬里板1相互成180°拼接铺设焊接单圈衬里上的硐室衬里板1按照同一布置顺序拼接铺设焊接，同一位置处的伸缩波2一一对位设置形成一条贯通伸缩波、各相邻单圈衬里上的轴向焊缝3（采用60°焊缝）则错位设置且轴向焊缝3与圈间焊缝4（采用60°焊缝）的连接处构成T字型焊缝接头5，避免焊缝出现十字型焊缝接头，以改善焊接条件、减少焊接缺陷、提高焊接质量；带有伸缩波的圆筒形硐室衬里和硐室结合面设有—粘结层6，该粘结层6的厚度约为2～3mm，用于硐室衬里和硐室壁的预固定、并能够弥补硐室壁上的微小凹凸缺陷，使硐室衬里和硐室壁结合更紧密；在伸缩波2与硐室壁构成的空腔部位设有弹性体7、还可以安装排水管道8，能够变形的弹性体7在内部受压时能够起到支撑作用，防止伸缩波2被压塌，排水管道8可以将硐室壁的渗水引流，避免硐室衬里和硐室壁之间产生积水和水压。

本发明的硐室衬里能够对硐室进行可靠的密封，在硐室变形时可以补偿、可以将硐室内部压力传递到硐室内壁，带有伸缩波的硐室衬里压力载荷由硐室本体承担，能够减少硐室衬里的用料，分片设计、硐室内部拼装焊接组合，方便制作和运输，降低成本，承压密封性能好，承受交变应力能力强。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。