[實(shí)用新型]一種超低佛氏數(shù)下的聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320054836.0
• 申請(qǐng)日: 2013-01-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203188185U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方學(xué)敏;王均星;余圣剛;劉榮;李凸;陳利強(qiáng);陳帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶渝浩水電開(kāi)發(fā)有限公司;武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B8/06
• 分類號(hào): E02B8/06
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍;許蓮英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及水利水電技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種超低佛氏數(shù)下的聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前在國(guó)內(nèi)外低佛氏數(shù)底流消能仍是一個(gè)難題。在大單寬流量(200m³/s·m)、超低佛氏數(shù)(Fr=1～2)，上下游水位落差小的消力池內(nèi)消能率極低，尾坎處水面嚴(yán)重雍高，出池水流形成二次水躍，下游很遠(yuǎn)范圍內(nèi)水面波動(dòng)較大，河床和兩岸邊坡沖刷嚴(yán)重。在消力池內(nèi)布設(shè)梯形墩和T型墩等輔助消能工后，由于下游水深較大，輔助消能工作用不明顯。在溢流堰尾部增設(shè)趾墩后，能迫使入池主流下潛，增大水流水深方向的流速梯度，增強(qiáng)水流水深方向的剪切摻混作用，提高消力池的消能率，但一方面趾墩處存在流速大，趾墩兩側(cè)面壓力小，水流易出現(xiàn)空化空蝕的問(wèn)題，同時(shí)另一方面梯形墩兩側(cè)流速高達(dá)15m/s，超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范允許值，兩側(cè)及頂部動(dòng)水壓力小，容易發(fā)生空化空蝕破壞。

專利號(hào)為200920198594.6的實(shí)用新型專利“寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu)”中提出在閘墩中部或尾部布置寬尾墩，溢流壩面反弧段末端與斜坡段平滑連接，斜坡段末端與消力池底板之間形成具有高度差的跌坎，這種消能工結(jié)構(gòu)可以避免或減小寬尾墩收縮水流及壩面告訴水流對(duì)底板的沖擊，降低壩面水流進(jìn)入消力池的臨底流速，提高消力池底板的安全性。對(duì)于一些上下游水位差較小，單寬流量較大的工程，底板沖擊壓力不大，設(shè)置跌坎后，跌坎下的水流不易紊動(dòng)，不能充分利用消力池豎向的空間，另一方面由于跌坎的存在，入池水流的主流一般達(dá)到不到池底，限制了池底輔助消能工的布置。因此這類工程的消能問(wèn)題不能得到很好的解決。

專利號(hào)為00251460.5的實(shí)用新型專利“寬尾墩—階梯式壩面—戽池聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)”中提到采用寬尾墩、階梯式壩面和戽池三者聯(lián)合的泄洪消能結(jié)構(gòu)，即在溢流壩體上部閘墩的下游側(cè)設(shè)置有寬尾墩，寬尾墩的下方連接有階梯壩面，階梯壩面的末端連接有戽池。此種結(jié)構(gòu)泄洪水利用階梯壩面消能的同時(shí)，又利用了寬尾墩壩面無(wú)水區(qū)對(duì)階梯底部進(jìn)行自然通氣以避免空化和空蝕。部分工程受地形地質(zhì)條件的影響，寬尾墩后溢流壩面很短，階梯式溢流壩面消能作用不明顯，且對(duì)入池水流流態(tài)有一定的影響。對(duì)于下游水位變幅大，單寬泄流量大的徑流式電站戽池消能不太適用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種將非完全寬尾墩、消力池和梯形墩相結(jié)合的超低佛氏數(shù)下的聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型超低佛氏數(shù)下的聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)，包括閘門(mén)、閘墩和閘孔，至少一個(gè)閘孔兩側(cè)的閘墩尾部設(shè)置寬尾墩，所述設(shè)有寬尾墩的閘孔呈不連續(xù)布置。

所述閘門(mén)下設(shè)消力池，所述消力池的底板上設(shè)有梯形墩。

所述寬尾墩的橫截面近似直角梯形，直角梯形的斜腰位于閘孔內(nèi)側(cè)，直角腰位于閘孔外側(cè)。

所述寬尾墩的收縮比取值范圍為0.25～0.533，擴(kuò)散角的取值范圍為12.68°～21.8°。

所述梯形墩的高度為消力池的尾坎高度的1/4～2/5。

所述梯形墩的頂面與兩側(cè)面、頂面與上游斜面邊緣分別倒角呈45°。

所述消力池尾部為直角或者斜坡尾坎。

部分閘室布設(shè)寬尾墩相對(duì)于全部閘室布置寬尾墩而言，一方面減小了寬尾墩對(duì)泄水建筑物泄流能力得到影響，另一方面增大了水流橫向擴(kuò)散的空間，增強(qiáng)了消力池首部水流的立軸旋滾，同時(shí)由于寬尾墩的橫向束窄作用，水流豎向被拉伸，主流與梯形墩充分接觸，加強(qiáng)了水流的橫軸旋滾，同時(shí)由于水流的三維不規(guī)則紊動(dòng)，消除了梯形墩處流速大、壓力小、易空蝕的問(wèn)題。

本實(shí)用新型超低佛氏數(shù)下的聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

1、可以在較大變幅的尾水位條件下運(yùn)行；

在低水頭水利樞紐運(yùn)行過(guò)程中，下游水位會(huì)根據(jù)下泄流量和下游梯級(jí)調(diào)水量產(chǎn)生較大幅度的變化，采用“非完全式寬尾墩”，一方面，在尾水位較低時(shí)，著重強(qiáng)化出閘水流的平面擴(kuò)散作用，間隔地布置寬尾墩使得進(jìn)入消力池的流束在平面上有一定的擴(kuò)散空間，不會(huì)產(chǎn)生集中水流；另一方面，當(dāng)尾水位較高時(shí)，出閘水流經(jīng)過(guò)寬尾墩束窄作用后，沿水深方向明顯擴(kuò)散，一部分躍出水面摻入大量氣體，一部分潛入池底與輔助消能工充分作用，從而提高消能效果。

2、對(duì)泄水建筑物的泄流能力影響小；

泄水建筑物的泄流能力是通過(guò)全部閘門(mén)全部開(kāi)啟來(lái)作為控制因素的，非完全寬尾墩聯(lián)合消能工，一方面只在部分閘孔布置寬尾墩，相對(duì)于全部閘孔布置寬尾墩，對(duì)泄水建筑物的影響要小；另一方面低佛氏數(shù)、大單寬流量的電站，通常在校核洪水、設(shè)計(jì)洪水工況下，上下游水位差較小，寬尾墩的阻水作用不明顯，單孔對(duì)泄流能力影響較小。

3、消能率穩(wěn)定，能穩(wěn)定的控制出池水流的流速及流態(tài)，減小下游河道的沖刷；