[發明專利]一種抗蝕型內流孔板消能工

有效

• 申請號: 201910824097.0
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110616689B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 白瑞迪;羅晶;許唯臨;李健薄;周茂林;翟儼偉
• 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: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周敏

本發明提供一種新型的能夠在有壓泄洪洞內抗空蝕的內流孔板消能工，主要由一個布置在泄洪洞內的孔洞型孔板和布置在孔板上游側的消渦環組成。利用流經預先打孔位置處的高速水流來控制孔板后流動分離區的位置，不僅保證了孔板消能工的消能效率，同時降低了較小收縮比孔板消能工的空蝕風險。

技術領域

本發明屬于水利工程中的泄洪消能技術領域，涉及一種新型的能夠在有壓泄洪洞內抗空蝕的內流孔板消能工。

背景技術

泄洪消能是大壩建設中的一個關鍵性技術問題，其中，泄洪指宣泄大壩上游多余的水量，消能指消除大壩上下游的勢能。合理的選擇泄洪建筑物的型式及消能方式，對整個水利工程的安全和高效的運行具有十分重要的意義。

一般百米以上的高壩，由于具有水頭高、流量大、河谷狹窄導致泄洪建筑物單寬流量大、泄洪功率巨大的特點，故多采用組合泄洪及消能方式，如壩身泄水和泄洪洞引流共同泄洪。泄洪洞內消能工主要有三種形式：豎井式、孔板式和洞塞式。其中，孔板消能工是利用水流在壓力驅動的條件下，使水流經過孔板前后產生突縮和突擴，迫使流線發生急劇彎曲，從而達到消煞能量的目的。

雖然傳統的孔板內流消能工具有過流能力強、消能效果好(消能率可達40％～60％)、經濟實用的特點而應用于實際工程中。然而，由于流經孔板的水流流線發生急劇彎曲，孔板后水流與主流發生流動分離，致使該區域常常出現空化現象。這種空化現象對于消能建筑物的自身安全運行存在潛在的威脅(空化發生在建筑物邊壁產生空蝕)。

因此，如何最大限度的發揮孔板消能工的消能效果，同時又可保證該消能設施的自身安全就成為有壓泄洪消能研究的難點。

發明內容

本發明旨在針對現有有壓泄洪洞內孔板內流消能工中存在的問題，提供一種抗蝕型內流孔板消能工，在保證消能效率的同時，降低甚至消除空化現象帶來的消能建筑物自身運行的安全隱患。

本發明的主要構思是，在傳統孔洞型孔板上預先打孔，利用流經孔板預先打孔位置水流的能量，驅使下游孔板后主流與回流區相互強烈剪切的空化發生區域遠離孔板后的泄洪洞內壁，由此即可保證孔板消能工的消能效率，又可避免其潛在的空蝕風險。本發明特別適用于較小收縮比的孔洞型孔板消能工。

本發明提供一種抗蝕型內流孔板消能工，包括布置在泄洪洞段面上的孔洞型孔板和設置在孔板的迎流面上的消渦環，所述消渦環的斷面形狀為直角三角形，直角三角形斜邊對應的平面形成沿水流方向的收縮環面。

所述收縮環面，是指消渦環的過流面為沿水流方向漸收的倒喇叭形曲面，從而將水流順利過渡到孔板的孔洞。

進一步地，所述孔板中心設置有一個中心過流孔，過流孔周圍的孔板上均勻設置有小孔。優選地，所述所述小孔為四個，均勻對稱地分布在過流孔的上下左右。

進一步地，所述消渦環內沿直徑滿足使小孔布置在內沿范圍內的孔板上；更進一步地，消渦環內沿與孔板的小孔外沿齊平，消渦環外沿與孔洞型孔板外沿齊平。

消渦環可使水流從孔板上游平順過渡到孔板中心孔洞處，同時，可以增加孔板的結構強度。

進一步地，所述過流孔的過流壁面為傾斜面，形成沿水流方向外擴的喇叭形過流孔。

優選地，所述過流孔壁面傾斜角度為30°。

進一步地，孔洞型孔板的小孔的軸線平行于泄洪洞軸線，中心的過流孔圓心位于泄洪洞軸線上。

進一步地，4個小孔的孔徑為d'＝(D-d)/12，其中D為泄洪洞直徑，d為中心過流孔孔徑，d′為小孔孔徑。

進一步地，孔洞型孔板的孔徑d和泄洪洞直徑D的比η＝d/D＝0.3～0.5。

進一步地，所述孔洞型孔板厚度t為0.062～0.174D。