[發明專利]一種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法

有效

• 申請號: 201711390476.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108149651B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 牛爭鳴;李奇龍;唐秋明;蔣雁森;鄧淯宸
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法，旋流阻塞設置在水平旋流泄洪洞內的旋流洞末端，為旋流洞與下游退水洞的連接段，由阻塞收縮段、均勻段和擴散段組成，進入旋流洞的起旋器喉口平均流速應不大于35m/s，旋流阻塞孔口水流空化數應大于0.3，阻塞收縮段與均勻段連接形式為漸縮式，漸縮段與水平所成傾斜角的取值范圍為：0°<α<20°，擴散段與下游退水洞連接方式為漸擴式，擴散段與水平所成傾斜角的取值范圍為：0°<β<15°，本發明解決了現有技術中存在的常規的水平旋流泄洪洞極易發生空化空蝕破壞的問題。

技術領域

本發明屬于水利水電工程泄洪消能技術領域，具體涉及一種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法。

背景技術

水平旋流泄洪洞作為一種常規的消能工，具有進口布置設計靈活、消能率高、出口流速低，出口霧化和下游河道沖刷輕等特點，應用于國外前蘇聯羅貢水電站和印度特立水電站，并在國內首次成功應用于公伯峽水電站。但通過大量研究表明，當作用水頭超過100m時，旋流洞內流速可能將超過40m/s，極易引發旋流洞內的空化空蝕，嚴重威脅旋流泄洪洞的運行安全。為解決上述問題，發明者提出了在旋流洞段末端設置旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法的水平旋流復合內消能方式。設置阻塞可顯著增大旋流洞內壁面壓強，對豎井與起旋器喉口的有壓出流形成頂托，減小洞內流速，從而有效改善水流空化空蝕條件。阻塞可增大水流旋轉角，增加水流旋轉流程，增加旋流洞的沿程水頭損失，因而可大幅提高消能率，使其在高水頭泄洪時具有廣闊的應用前景。

但是目前在公開的文獻和現行規范中尚沒有這種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法的設計方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法，解決了現有技術中存在的常規的水平旋流泄洪洞極易發生空化空蝕破壞的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種旋流阻塞與擴散復合消能工的設計方法，旋流阻塞設置在水平旋流泄洪洞內的旋流洞末端，為旋流洞與下游退水洞的連接段，由阻塞收縮段、均勻段和擴散段組成。

本發明的特點還在于，

進入旋流洞的起旋器喉口平均流速應不大于35m/s，旋流阻塞孔口水流空化數應大于0.3，計算公式如下：

σ＝(p₃+p_a-p_v)/0.5ρv²＞0.3 (2)

其中：v為起旋器喉口平均流速，為流速系數，p₁為起旋器喉口壓強，σ為水流空化數，p₃為旋流阻塞孔口壁面壓強，p_a為大氣壓強，p_v為汽化壓強，H為起旋器喉口的總作用水頭，ρ為水的密度，g為重力加速度。

阻塞收縮段與均勻段連接形式為漸縮式，漸縮段與水平所成傾斜角的取值范圍為：0°<α<20°，擴散段與下游退水洞連接方式為漸擴式，擴散段與水平所成傾斜角的取值范圍為：0°<β<15°。