[發明專利]消力池內的差動式挑流消能工

無效

• 申請號: 200910058659.1
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101538841A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 李連俠;沈煥榮;易文敏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本發明涉及一種消力池內的挑流消能工，特別涉及一種消力池內的差動式挑流消能工，屬于工程水力學領域。?

背景技術

水力工程中，在一些低壩泄洪洞、溢洪道及閘壩等泄水建筑物由于其出口能量較大，需要在其出口處設置消力池以消殺余能。水力學上所謂“消能”并非為將能量“消”掉，而是指能量的轉換。常規消力池主要是利用池內產生水躍進行底流消能，也就是底流消能是利用消力池使下泄水流在泄水建筑物出口限定范圍內產生水躍，水躍將上下游水流銜接，并通過水躍上下游水流產生表面劇烈的紊動漩滾作用使機械能轉換為熱能以達到消能的目的。底流水躍消能歷史悠久，它能適應高、中、低各級水頭和不同的地質條件下，以水躍型式與下游水流銜接，其水流流態穩定，消能效果也較好，因此底流消能工在水利工程中得到了廣泛的應用[Katakam?V.and?Rama?P.，Spatial?B-Jump?at?suddenchannel?enlargements?with?abrupt?drop，J.of?Hydraulic?Engineering，ASCE，Vol.124，No.6，June，1998.]。但它也存在不足之處，如常規消力池在消力池長度不足的情況，往往由于不能提供與共軛水深相匹配的下游水深而不能形成水躍；另外，過大的消力池臨底流速常對消力池底板造成破壞。?

針對上面所述問題，在高水頭、大流量的泄水建筑物上，采用表孔-底孔-消力池聯合的新型消能工布置，如目前國內安康、五強溪、清江隔河巖等高壩樞紐水工建筑；對于大單寬流量低佛氏數水躍，可根據工程實際情況采用一級或多級消力池進行底流消能；對拱壩消力池的向心水流，也找到了一些特殊措施，如采用表孔加不對稱的寬尾墩或在消力池中加“T”型墩，均可使水流恢復到均勻出流。為提高消能率，有效地保證水躍的產生，因而在工程應用當中出現了消力池內各式的輔助消能工，如消力坎、挖深式消力池、趾敦及T型墩等[Rajaratnam?N.，The?forced?hydraulic?jump，Part?1?and?Part2，Water?Power，Vol.16，No.1?and?No.2，Jan.and?Feb.，1964.倪漢根.寬尾墩-消力池的簡化計算方法，水利學報，第6期，1998年6月.江鋒等.低佛氏數T型墩消力池設計及消能研究，水利學報，增刊，1998年1月.]。這些輔助消能工的使用盡管在多數工?程中奏效，但同時也存在缺陷，一方面，消力池內布置的輔助消能工給自身和消力池帶來的空蝕破壞等副作用也見明顯[艾可明，底流消能的沖刷破壞和防治，泄水工程與高速水流，1995(3)。]，另一方面，布置的輔助消能工并沒有解決消力池臨底流速大的根本問題[王才歡，肖興斌.底流消能設計研究與應用現狀述評[J].四川水力發電，第1卷第1期，2000年3月]。挑流消能是泄水建筑物最常見的一種消能方式，這種消能方式就是在泄水建筑物下游端修建有一定仰角的挑流坎，利用下泄水流的巨大動能，將水流挑入空中，然后與降落在遠離建筑物的下游與下游水流相銜接。其特點是：既能借助于自由射流在空氣中的擴散摻氣消能；又可利用水舌入下游水墊后淹沒射流的紊動擴散及水股與兩側漩滾的剪切作用來消能。挑流消能的優點是可以節約下游護坦，構造簡單，便于維修。?

許光祥等提出了縱向分級、橫向差動的復式消力池[許光祥，崔予達，楊忠超.復式消力池在山區小水電中的應用研究[J].水力發電學報，第26卷第2期，2007年4月：87-92]，左側主池縱向分為兩級、右側輔池適當抬高池底高程的兩級差動式消力池，在重慶郁江斑竹園水電站消能工模型試驗研究中達到較好的消能效果。但該體型的擋坎是一個常規擋坎，其相對于整個消力池尺寸較小，僅起到將消力池分為兩級的作用，并沒有起到挑流的作用。郭偉成針對普寧烏石攔河閘工程提出了多級消力池的概念[郭偉成.多級消力池的應用.西部探礦工程.總第98期2004(7)：11-12]，但每一級消力池都是一個完整的消力池，屬于級聯式。而且這種級聯式消力池本身需要占用較大的空間，因而受到地形、地質條件的限制。差動坎在很多水利建筑物中也得到了較好的利用，它一方面可以阻擋水流，雍高水面，起到消能作用，另一方面，差動坎摻氣減蝕作用比連續坎好很多，能夠有效增強自身的抗空化能力[[12]張挺，麥棟玲.差動式挑坎水力特性數值模擬研究[A].第二十屆全國水動力學研討會文集[C]，2007.張林夫.差動式挑流鼻坎氣蝕特性的原型驗證[J].河海大學學報(自然科學版)，1980，(03).張挺，麥棟玲.高擴散低收縮差動坎高坎空中挑射水舌運動特性[J].福州大學學報(自然科學版)，2008，(03).]。?