[發明專利]一種自摻氣三元水躍消力池

有效

• 申請號: 202010625320.1
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111809579B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 王瑞
• 申請（專利權）人: 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司;中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院巖土工程有限公司
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06;E02B8/00;E02B9/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李余江

本發明公開了一種自摻氣三元水躍消力池，該消力池在泄槽與消力池連接位置設置了反弧貼角、反弧跌坎，并在消力池首部邊墻兩側設置通氣豎井，消力池中部設置分流墩及中隔墻，在消力池邊墻及中隔墻的中部及尾部設置側向貼角，并在消力池底板中部及尾部布置消力坎，這樣使常規消力池的二元水躍轉變為三元水躍，可以增強水躍內部水體的強烈摩擦混摻作用，提高消力池的消能功率，縮短了常規消力池的長度及深度，減少消力池工程量、降低工程投資，通氣豎井的設置可以對消力池底部進行自主摻氣，在高速水流紊動作用下，迫使大量空氣摻入水流中，形成氣、水兩相摻混的現象，保證水體的摻氣濃度，避免消力池底板及邊壁發生空蝕破壞，保證結構的安全。

技術領域

本發明涉及自摻氣三元水躍消力池，屬于水利水電工程技術領域。

背景技術

在水利水電工程工程中，對于高速下泄水流，為減輕對壩后天然河道的沖刷，保證大壩主體的安全，主要采用三種消能方式對下泄水流進行消能：挑流消能、底流消能、面流消能。當下泄水流消能區地形條件受限、河岸河床抗沖蝕能力較差，下游水位較淺、水位變幅較大時，下泄水流的消能方式多采用底流消能方式。底流消能是指在下泄水流出口處設消力池，水流由急流過渡為緩流時發生局部突變，促使水流在限定范圍內產生水躍，通過水流的內部摩擦，摻氣和撞擊消耗能量。

水躍消能具有流態穩定，消能效果較好，對地質條件和尾水變幅適應性強，尾水波動小，維修費用省等優點。常規消力池采用反弧段或者跌坎與泄槽連接，消力池末端常設置尾坎，使水流在消力池內形成二元水躍消能，水躍區的水流可以分為兩部分:上部不斷翻騰旋滾，因摻入空氣而呈白色；下部是主流，是流速急劇變化的區域。這兩部分的交界面上流速梯度很大，紊動混摻強烈，液體質點不斷地穿越交界面進行交換，由于水躍內部水體的強烈摩擦混摻而消耗大量機械能。但采用常規消力池結構時，為形成完整二元水躍，消力池池長往往較長，池深也較深，導致土石方開挖量和混凝土澆筑量較大，增加了工程投資。另外，泄槽內下泄水流至消力池首部時流速最大，常規認為當下泄流速大于35m/s時，容易導致消力池底板及邊壁發生空蝕破壞，危及結構的安全，而常規消力池往往沒有專門的摻氣減蝕措施。因此，如何在有限的長度內有效保證水躍的發生，并增強水躍內部水體的強烈摩擦混摻作用以提高消力池的消能功率，是減少消力池工程量、降低工程投資的關鍵，同時需對消力池設置專門的摻氣設施以保證結構的安全。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自摻氣三元水躍消力池，以克服現有技術存在的不足。

本發明是這樣實現的：

一種自摻氣三元水躍消力池，包括消力池邊墻及消力池底板，所述消力池邊墻及消力池底板分別與上游泄槽的邊墻及底板相接，消力池中部設置分流墩及中隔墻；分流墩上表面采用斜向半圓形設計，分流墩厚度及高度自上游向下游漸變，與中隔墻銜接，在泄槽與消力池連接位置底板設置反弧跌坎，在消力池首端的消力池兩側邊墻上設置反弧貼角，消力池首部兩側邊墻處設置通氣豎井，通氣豎井緊挨著反弧跌坎位置，并在通氣豎井底部設置進氣孔，消力池底板中部及尾部布置消力坎，消力池邊墻及中隔墻的中部及尾部設置側向貼角。

進一步的，所述反弧跌坎的圓弧半徑為R1，R1＝4h～10h，h為校核洪水位閘門全開時反弧最低處的水深。

進一步的，所述反弧跌坎與泄槽底板相切；反弧跌坎與消力池底板存在一定的高差H1，H1在0.1H～0.3H之間，H為已知的消力池邊墻高度。

進一步的，所述反弧跌坎表面為圓弧曲線，圓弧半徑為R1，R1在1H～2.5H之間，并形成向上的角度α，α角度在10°與30°之間。

進一步的，所述反弧貼角表面為圓弧曲線，圓弧半徑為R2，R2在0.3H～0.6H之間，并形成向內的角度β，β角度宜在10°與25°之間。

進一步的，所述反弧貼角尾部寬度為B2，B2在0.15B1～0.3B1之間，B1為中隔墻至消力池邊墻的寬度。