[发明专利]渐缩突扩式内流消能工

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中使用的消能设施，特别涉及一种用于有压泄洪洞消能的消能工。

背景技术

Samuel O.Russell等在1967年公开了一种利用水流的突缩突扩造成水头损失进行消能的方法(参见Samuel O.Russell，James W.Ball.Sudden-enlargement energy dissipator for Mica dam.Journal ofthe hydraulics division ASCE，7(1967)：41～56)，此种结构的消能工结构复杂，施工工程量大，只适用于运行水头低、运行流量小的工程，当水头超过100m后，消能工本身易空蚀破坏。

中国专利ZL200610021207.2公开了一种洞塞消能工，所述洞塞消能工虽然较好地解决了高水头下泄洪洞内的消能问题，但在高水头下其进口段容易空化。为了适应高水头工作条件，在应用时，需要扩大进口及出口面积，即增大面积突缩比，这样就降低了单级洞塞的消能率，从而需要设置多级洞塞消能工(其实施例中为3级)才能满足工程消能要求，而洞塞消能工级数的增加，势必增加工程造价和延长建设周期。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种渐缩突扩式内流消能工，以解决消能工进口段在高水头工作条件下的空化问题和提高单级消能工的消能率，从而减少消能工的级数。

试验表明，有压突扩流附近的空化泡主要在水体内部溃灭，在一定的突扩比时，无空化泡在隧洞边壁溃灭(如图1)，也即突扩流后即使发生了空化也不会造成洞壁的空蚀破坏，因此可以充分发挥突扩流的消能作用，而不必担心面积突扩比太大而产生的空化问题，但对于进口段则不宜采用突缩结构，以避免进口段的空蚀破坏。

基于以上研究成果，本发明设计了一种渐缩突扩式内流消能工。本发明所述渐缩突扩式内流消能工，由基体和基体内设置的过流孔组成，所述过流孔为进口大于出口的收缩圆锥台形孔，过流孔进口直径与泄洪洞洞径D₁相同，过流孔出口直径D₂＝0.1D₁～0.7D₁，过流孔的长度与基体的长度相同均为L₀，所述L₀＝0.4D₁～2.5D₁。本发明所述渐缩突扩式内流消能工用常规混凝土制作。

本发明所述渐缩突扩式内流消能工在有压泄洪洞消能中应用，使用时，将至少一个渐缩突扩式内流消能工设置在有压泄洪洞内。当渐缩突扩式内流消能工至少为两个时(即使用两级或两级以上消能工时)，相邻消能工之间的间距至少为2D₁，所述D₁为泄洪洞的洞径。

本发明所述渐缩突扩式内流消能工有明显的整流作用，其出口处的轴向流速u_x远大于径向脉动流速u’_y(见图4)，出口处的空化泡溃灭于水体内部，且远离边壁，因此空化对泄洪洞边壁的影响甚小。

本发明具有以下有益效果：

1、抗空蚀性能好，因该消能工进口直径与泄洪洞洞径相同，且过流孔逐渐收缩，故消能工进口段及消能工内部压强均为正压，其进口段及消能工基体其它部位不会出现空蚀；在一定的流速和压力下，消能工出口后可能出现空化现象，但因空化泡溃灭于水体内部，故空化对泄洪洞边壁的影响甚小。

2、使用本发明所述渐缩突扩式内流消能工，可根据不同的工程条件方便地设计消能工出口直径，当采用一级渐缩突扩式内流消能工不能满足要求时，可采用多级渐缩突扩式内流消能工。

3、本发明所述渐缩突扩式内流消能工与ZL200610021207.2公开的洞塞消能工相比，不仅有效解决了消能工进口段在高水头工作条件下的空化问题，而且可提高单级消能工的消能率，减少消能工的级数(见实施例3、实施例4)。

4、由于制作材料为常规混凝土，因而造价低廉。

5、结构简单，便于设计施工。

附图说明

图1是突扩流空化泡溃灭位置示意图；

图2是本发明所述渐缩突扩式内流消能工的一种结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是水流经过本发明所述渐缩突扩式内流消能工的流动示意图；

图5是在某大型电站的泄洪洞使用一级渐缩突扩式内流消能工的一种布置示意图，该图还表明了所述内流消能工与泄洪洞的组装方式。