[發明專利]用于生態流量泄放的豎井旋流式內消能工

有效

• 申請號: 201310276820.9
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103352451A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 蘇加林;路振剛;齊志堅;顧一新;王超;張正平;李正國;王永潭;楊克;遲明德;徐懷聚;祁世京;李桂芳;張殿雙;王誼;付欣;鄭軍;郭學仲;宗原;李大偉
• 申請（專利權）人: 中水東北勘測設計研究有限責任公司
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明涉及一種用于水利水電工程生態流量泄放的新型內消能工，具體說為目前國內外最小流量、僅為4.4m³/s的豎井旋流內消能工。

背景技術

在水電站開發建設過程中，過去考慮較多的是區域經濟的發展和發電效益，而對保護生態水環境考慮的較少，建設水利水電工程引起的下游河段水環境惡化等問題，已越來越引起社會各界的關注，特別是引水式及混合式水電站，由于其大壩與發電廠房之間會形成一定的減（脫）水段，減（脫）水段的形成必然會給下游生態環境造成一定的影響。為維護河流的基本生態需求，必須下泄一定的生態流量，從而滿足下游生態環境需水量的要求，實現水資源開發與保護、人與自然的和諧發展。

國外對生態流量需水量的研究始于二十世紀40年代，近十年來，國內對這方面的研究工作開展的也比較多。生態流量的泄放涉及到泄水消能的問題，在目前國內外水利水電工程的實踐中，生態流量的下泄一般多采取在大機組之外單獨設置小機組來承擔生態流量泄放的任務，同時可發揮一定的經濟效益；或單獨設置生態流量泄放設施，通常在生態流量泄放通道末端設置消能閥室；或結合樞紐工程的引水、泄流等永久設施，修建、改建生態流量泄放設施。?

一種應用于泄水建筑物內部的旋流式內消能技術是解決泄水消能的有效途徑，在國外雖已開展了該消能工的研究，并已取得良好的效果，這些工程的研究和實踐，也為發展旋流內消能工奠定了基礎，但這些工程應用的泄流量和水頭范圍還不能完全適應我國水利水電工程多處于狹窄河谷地區所具有的水頭、流量等特點。

關于旋流式內消能工的研究與工程應用在國外開始于20世紀50~60年代，俄國、意大利和法國對旋流式內消能工進行過研究與實踐，最大落差已達142m，雖然國外開展這方面工作較早，但迄今仍缺乏系統的實踐經驗。在國內，旋流式內消能的研究開始于80年代末期，并逐漸成為研究與工程方案論證的熱點，中國水科院、南京水科院、河海大學、大連理工大學和西安理工大學等科研機構和高校在不同程度上對旋流式內消能做了研究，1995年由中國水科院結合四川沙牌工程對適合于超臨界流的豎井體型結構進行了試驗研究并得到應用，其最大泄流量為240?m³/s，這是我國最早利用豎井旋流式泄洪洞作為泄水建筑物的工程。在此之后，中國水科院在國家“九五”重點科技攻關項目“小灣工程大型導流洞改建為泄洪洞的關鍵技術研究”中，通過模型試驗研究導流洞改建旋流式豎井泄洪洞的工程布置，提出了適應工程特點的上下游水力銜接方式，從而論證了其在小灣工程中的可行性，提出了一些具有建設性的思想。盡管旋流式內消能的實際工程不多，但由于其具有許多優點，因此對這方面的研究的確不少，這些研究給旋流式內消能技術在實際工程中的應用提供了大量的理論支撐，也為這種消能型式今后的發展開辟了道路，特別是對于豎井旋流式內消能的體型的研究和發展起到了巨大的推動作用。

豎井旋流式內消能工是利用在豎井中使水流旋轉消除部分能量的一種消能措施。旋轉水流可有效地降低泄水道的流速，可以避免超高速水流發生，并可以消煞部分或大部分水流能量，減輕下游的消能負擔。這對改善大壩下游流態，保護下游環境，保障下游河道安全，岸坡穩定及防止有關建筑物的淘刷破壞等均有積極作用，并把大面積承受高速或超高速水流的區域變為小面積承受，有利于采用工程措施解決超高速水流所帶來的問題。豎井旋流式內消能工改變了將水流所攜帶的巨大能量傳遞到下游的傳統思維，而是將水流的部分或大部分能量消煞在建筑物內，僅使極小部分能量傳遞至下游，這是消能觀念上的一個轉變。

豎井旋流內消能工技術已在國內的兩項工程中采用，但均用于泄洪消能建筑物的布置上，迄今為止國內外還沒有將此技術應用在生態流量泄放建筑物布置上的先例，且生態流量泄放工程具有流量小、閘門開度小的特點，泄放流量僅為4.4m³/s，且生態流量泄放消能設施的運用工況也與其它已采用的泄洪消能工程有很大差異，豎井旋流消能用在泄洪建筑物時，使用的頻率不是很高，但作為生態流量泄放時，則需要全部時段都運行使用。

旋流式內消能工目前尚無任何設計規范可作為依據，開展進一步的討論和研究是必要的。因此，研究探討應用于生態流量泄放（小流量）的豎井旋流內消能工技術已成為設計和科研人員非常關注的問題。

發明內容

本發明提供一種用于生態流量泄放的豎井旋流式內消能工，以解決目前沒有適合小流量的內消能工的問題。

本發明采取的技術方案是：

渦室的頂部正中有通氣孔，渦室下方經過豎井收縮段與豎井連接，渦室進口引水段與渦室的側面連接；

所述的豎井直徑D的確定：