[發明專利]漸縮突擴式內流消能工

有效

• 申請號: 201110268320.1
• 申請日: 2011-09-10
• 公開（公告）號: CN102409642A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 許唯臨;田忠;王韋;劉善均;張建民;曲景學;鄧軍;張法星;李乃穩
• 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 51202
• 代理人: 黃幼陵;馬新民

技術領域

本發明屬于水利水電工程中使用的消能設施，特別涉及一種用于有壓泄洪洞消能的消能工。

背景技術

Samuel?O.Russell等在1967年公開了一種利用水流的突縮突擴造成水頭損失進行消能的方法(參見Samuel?O.Russell，James?W.Ball.Sudden-enlargement?energy?dissipator?for?Mica?dam.Journal?ofthe?hydraulics?division?ASCE，7(1967)：41～56)，此種結構的消能工結構復雜，施工工程量大，只適用于運行水頭低、運行流量小的工程，當水頭超過100m后，消能工本身易空蝕破壞。

中國專利ZL200610021207.2公開了一種洞塞消能工，所述洞塞消能工雖然較好地解決了高水頭下泄洪洞內的消能問題，但在高水頭下其進口段容易空化。為了適應高水頭工作條件，在應用時，需要擴大進口及出口面積，即增大面積突縮比，這樣就降低了單級洞塞的消能率，從而需要設置多級洞塞消能工(其實施例中為3級)才能滿足工程消能要求，而洞塞消能工級數的增加，勢必增加工程造價和延長建設周期。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種漸縮突擴式內流消能工，以解決消能工進口段在高水頭工作條件下的空化問題和提高單級消能工的消能率，從而減少消能工的級數。

試驗表明，有壓突擴流附近的空化泡主要在水體內部潰滅，在一定的突擴比時，無空化泡在隧洞邊壁潰滅(如圖1)，也即突擴流后即使發生了空化也不會造成洞壁的空蝕破壞，因此可以充分發揮突擴流的消能作用，而不必擔心面積突擴比太大而產生的空化問題，但對于進口段則不宜采用突縮結構，以避免進口段的空蝕破壞。

基于以上研究成果，本發明設計了一種漸縮突擴式內流消能工。本發明所述漸縮突擴式內流消能工，由基體和基體內設置的過流孔組成，所述過流孔為進口大于出口的收縮圓錐臺形孔，過流孔進口直徑與泄洪洞洞徑D₁相同，過流孔出口直徑D₂＝0.1D₁～0.7D₁，過流孔的長度與基體的長度相同均為L₀，所述L₀＝0.4D₁～2.5D₁。本發明所述漸縮突擴式內流消能工用常規混凝土制作。

本發明所述漸縮突擴式內流消能工在有壓泄洪洞消能中應用，使用時，將至少一個漸縮突擴式內流消能工設置在有壓泄洪洞內。當漸縮突擴式內流消能工至少為兩個時(即使用兩級或兩級以上消能工時)，相鄰消能工之間的間距至少為2D₁，所述D₁為泄洪洞的洞徑。

本發明所述漸縮突擴式內流消能工有明顯的整流作用，其出口處的軸向流速u_x遠大于徑向脈動流速u’_y(見圖4)，出口處的空化泡潰滅于水體內部，且遠離邊壁，因此空化對泄洪洞邊壁的影響甚小。

本發明具有以下有益效果：

1、抗空蝕性能好，因該消能工進口直徑與泄洪洞洞徑相同，且過流孔逐漸收縮，故消能工進口段及消能工內部壓強均為正壓，其進口段及消能工基體其它部位不會出現空蝕；在一定的流速和壓力下，消能工出口后可能出現空化現象，但因空化泡潰滅于水體內部，故空化對泄洪洞邊壁的影響甚小。

2、使用本發明所述漸縮突擴式內流消能工，可根據不同的工程條件方便地設計消能工出口直徑，當采用一級漸縮突擴式內流消能工不能滿足要求時，可采用多級漸縮突擴式內流消能工。

3、本發明所述漸縮突擴式內流消能工與ZL200610021207.2公開的洞塞消能工相比，不僅有效解決了消能工進口段在高水頭工作條件下的空化問題，而且可提高單級消能工的消能率，減少消能工的級數(見實施例3、實施例4)。

4、由于制作材料為常規混凝土，因而造價低廉。

5、結構簡單，便于設計施工。

附圖說明

圖1是突擴流空化泡潰滅位置示意圖；

圖2是本發明所述漸縮突擴式內流消能工的一種結構示意圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是水流經過本發明所述漸縮突擴式內流消能工的流動示意圖；

圖5是在某大型電站的泄洪洞使用一級漸縮突擴式內流消能工的一種布置示意圖，該圖還表明了所述內流消能工與泄洪洞的組裝方式。