[實用新型]一種挑流和射流聯合消能試驗裝置

有效

• 申請號: 201420381881.1
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN203947445U
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 戎貴文;李琦;丁杰;吳福賢;陳麗;周軍;喬潤利
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域：

本實用新型涉及一種挑流和射流聯合消能試驗裝置，屬于大壩泄洪消能技術領域。

背景技術：

水利工程是解決社會經濟發展中與水資源開發、利用、保護、優化、配置、節約相關的水問題，強調將工程技術轉化為生產力，以保證當地經濟社會的可持續發展。近年來，隨著國家西部大開發和西電東送戰略的實施，西部高山峽谷地區將興建一批200～300m級的高壩。這些工程一般均有高水頭、大流量的泄洪特點，增加了泄水建筑物布置的難度，存在泄洪功率過大與下游消能空間甚小的矛盾。在高水頭水利水電樞紐工程中，高速水流泄洪消能問題是主要的水工水力學問題之一，目前基本上采取優化泄洪建筑物體形來提高消能效率。這種方法雖取得一定效果，但實踐證明，未能有效解決實際存在的問題。

泄水建筑物宣泄的高速水流會對下游河床及岸坡造成沖刷破壞，對水工建筑物的安全構成嚴重威脅。為了確保水工建筑物的安全，需要采取相應的泄洪消能措施。泄水建筑物下游水流銜接與消能的形式一般有底流消能、挑流消能和面流消能。底流消能是在建筑物下游采取一定的人工措施，控制水躍發生的位置，通過水躍產生的表面旋滾和強烈紊動以達到消能的目的。挑流消能是利用出流部分的挑流鼻坎和水流所挾帶的巨大動能，將下泄的急流挑射至遠離建筑物的下游，使射流對河床造成的沖刷坑不致影響建筑物的安全，下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分則在水股跌入下游水墊后通過兩側形成水滾而消除。面流消能是當下游水位較高，而且比較穩定時，采取一定的工程措施，將下泄的高速水流導向下游水流的上層，主流與河床之間由巨大的底流旋滾隔開，可避免高速水流對河床的沖刷，余能主要通過水舌擴散、流速分布調整及底部旋滾與主流的相互作用而消除。

在水利類專業人才培養過程中，加強泄洪消能等工程水力學問題的認識、實踐教學環節是非常重要的。

實用新型內容：

本實用新型的目的：

提供一種挑流和射流聯合消能試驗裝置，改進大壩泄洪消能的方式，實現水利工程類專業演示底坎消能、水舌對沖消能、水墊塘消能等多種教學目的。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型的挑流和射流聯合消能試驗裝置，包括水循環系統、溢流系統和消能系統，水循環系統用于形成試驗需要的連續、穩定的循環水流，滿足試驗過程中的供水需求；溢流系統用于模擬水利樞紐中的溢流壩下泄水流；消能系統實現底坎消能、對沖消能和水墊塘消能多種教學演示功能；

水循環系統包括第一水箱、回水通道及回水通道進口和回水通道出口、上水管及上水管進口和上水管出口、第二水箱、水泵、支撐桿、第三水箱、擴展槽、穩流孔板、穩流擋板、A矩形出水口和水箱頂蓋，第一水箱與回水通道的回水通道進口相連通，并與壩面側壁和挑流鼻坎形成的出口相連通；回水通道進口位于壩面側壁和挑流鼻坎形成的出口下方；回水通道為長方體，回水通道進口與第一水箱相連，回水通道出口與第二水箱下部相連通；上水管為圓形，上水管進口與第二水箱相連，上水管出口與第三水箱下部的擴展槽相連；擴展槽為水平橫置的三棱柱體，且三棱柱體水平的側面正好構成了第三水箱的底面，第三水箱的底面由穩流孔板和穩流擋板組成；第三水箱的矩形出水口與壩面側壁和壩頂弧面段形成的入水口相連通；矩形出水口高度低于壩面側壁的高度；支撐桿共四根，且豎直連接第二水箱和擴展槽，支撐著擴展槽及第三水箱；第一水箱和第三水箱頂部均為敞口式，第二水箱頂部設有水箱頂蓋；水箱頂蓋上固定著水泵，并設有連通上水管的圓孔；

溢流系統包括壩面側壁、壩頂弧面段、壩面段、圓弧段和挑流鼻坎，壩面側壁和壩頂弧面段與第三水箱的矩形出水口相銜接，水流從壩頂弧面段沿壩面段下泄形成面流；壩頂弧面段縱剖面采用WES剖面設計；壩面段底面為平面，與壩頂弧面段和圓弧段平滑連接；圓弧段平滑連接著壩面段和挑流鼻坎；挑流鼻坎和壩面側壁與第一水箱相連通，并可以在高度調節器的調節作用下改變挑流角度。

消能系統包括葉輪、軸承、變速器、發電機、增壓泵和高度調節器，葉輪的軸承固定在壩面側壁；發電機與葉輪之間裝設變速器；變速器與葉輪共軸；變速器與發電機、葉輪三者的軸心在同一直線上；增壓泵的出水口為矩形出水口，下泄的水流沖擊葉輪轉動，通過變速器提高發電機的轉數，矩形出水口向上噴射出的面狀水流與溢流壩面挑射后下泄的面狀水流在空中碰撞消能。

作為優選，第三水箱在進水處，采取水平橫置的三棱柱體擴展槽、穩流孔板和穩流擋板，保持第三水箱的A矩形出水口水流平順、光滑。

作為優選，發電機與葉輪之間裝設有變速器，變速器與發電機、葉輪三者的軸心在同一直線上。