[發明專利]堰頂收縮射流技術及其聯合消能裝置

無效

• 申請號: 96100736.2
• 申請日: 1996-01-30
• 公開（公告）號: CN1084418C
• 公開（公告）日: 2002-05-08
• 發明（設計）人: 林秉南;龔振瀛;謝省宗;劉樹坤;李世琴;王念慎;林可冀;于忠政;吳勝光;周才力;羅秉珠
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院水力學研究所;國家電力公司北京勘測設計研究院
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及堰頂收縮射流技術及其聯合消能裝置。

在修建高水頭、大流量的水利水電工程中，需解決高速水流消能防沖這一關鍵問題。常用的主要消能防沖方式和方法有底流、戽流或面流、挑流及壩面消能等。它們都籍助于溢流壩使水流通過閘孔從溢流堰頂下泄，經過光滑的溢流壩面進入下游河道，在傳統的溢流壩頂各閘孔之間的閘墩其尾部寬度等于或小于閘墩寬度，即通常的平尾型或尖尾型閘墩。這種閘墩體型使流過閘孔的洪水以二元薄層水舌形態通過溢流壩面進入各種消能工進行消能，因而使某些類型的消能工消能效果差，不適應高水頭、大單寬流量的消能要求。

本發明的根本思想是一改傳統溢流壩過堰水流的二元薄層水舌形態而為縱向擴散式的三元收縮射流形態，并形成與各種傳統消能工的聯合消能裝置，達到增進消能效果，減少下游沖刷，提高消能工的運行安全度，節約投資。

本發明的技術方案是形成“堰頂收縮射流”，即把閘墩(或邊墻)尾部的寬度逐漸擴寬，閘孔寬度從閘墩擴寬起點逐漸縮窄，這種類型的閘墩稱為寬尾墩；傳統的平(尖)尾墩被改為寬尾墩后，使流出閘孔的過堰水流由原來的二元薄層水舌沿溢流壩面縱向擴散而成三元收縮射流，這種技術稱為“堰頂收縮射流”。堰頂收縮射流與各種傳統消能工，如戽式消力池或消力池、折線式壩面等進行聯合消能，以完成其高效消能、減沖、安全和節約的目標和任務。

以下將結合附圖對發明作進一步的詳細闡述：

圖1??寬尾墩型式和技術參數圖

圖2??基本型寬尾墩構型圖

圖3??YI型寬尾墩構型圖

圖4??YII型寬尾墩構型圖

圖5??寬尾墩后壩面無水區設置泄水孔口構型圖

圖6??堰頂收縮射流和戽式消力池聯合消能裝置

圖7??堰頂收縮射流和消力池聯合消能裝置

圖8??堰頂收縮射流和折線式壩面聯合消能裝置

參照圖1，本發明從閘墩的某一部位開始，使墩體由原來的寬度b₀向尾部逐漸擴寬至b₀′，從而使閘孔寬度由原來的B₀向閘墩尾部逐漸縮窄至B₀′，這種閘墩稱為寬尾墩1。閘墩尾部擴寬后，閘孔2從擴寬起點逐漸向出口縮小，從而使水流在閘孔出口形成堰頂收縮射流，其主要技術參數如下：

閘孔收縮比ε，即原來閘孔寬度B₀與收縮后閘孔寬度B₀′之比在以下范圍內

??????????????ε＝B₀′/B₀＝0.20～0.70

參照圖2基本型寬尾墩1，其型式是將擴寬閘墩尾部的混凝土體布置為直線或曲線楔狀體；參照圖3，YI型寬尾墩1，其型式是將擴寬閘墩尾部用的混凝土楔狀體的頂部切成斜面，但收縮起點處的墩體保留一定高度h；參照圖4，YII型寬尾墩1，其擴寬閘墩尾部用的混凝土楔狀體的頂部切成斜面，但收縮起點的墩體高度h＝0。

參照圖5，平尾墩擴寬成寬尾墩1后，由于堰頂收縮射流在墩體后的溢流壩面形成大片無水區2，因而，在溢流壩壩體內沿寬尾墩軸線方向布置泄水孔，泄水孔的出口3布置在無水區內，即構成堰頂收縮射流和泄水孔的聯合消能裝置。

參照圖6和圖7，堰頂收縮射流和戽式消力池、消力池的聯合消能裝置。它利用擴寬閘墩的方法將傳統溢流壩的平尾或尖尾狀閘墩改為寬尾墩1，從而把原來呈二元流態的薄片狀水舌變為三元流態的堰頂收縮射流，并將它和傳統的戽式消力池2聯合運用，此裝置的尾坎3布置成消力戽型(參照圖6)，即構成堰頂收縮射流和戽式消力池聯合消能裝置。此裝置的尾坎3布置成消力坎型(參照圖7)，即構成堰頂收縮射流和消力池聯合消能裝置。本聯合消能裝置的特點在于堰頂收縮射流進入戽式消力池或消力池水墊后，把原來的池內水流改變為三元水躍。實踐證明，這種聯合消能裝置可大大提高戽式消力池與消力池的消能率，降低戽式消力池或消力池池內和出池的流速，減少池尾坎后的淤積，削弱下游波浪。

參照圖8，堰頂收縮射流和折線式壩面聯合消能裝置。它利用寬尾墩1使堰頂溢流水舌沿壩面豎向擴展為呈三元流態的收縮射流，若壩面是光滑的折線式溢流壩面2，則構成堰頂收縮射流和折線型壩面的聯合消能裝置。此裝置兼有寬尾墩消能和折線式溢流壩面消能的作用，從而具有：1、增進消能，即除了原折線式溢流壩面的水力摩阻消能作用外，還有相鄰各閘孔的每一臺階和水舌沿橫向(壩軸向)相互交匯而自身消能的作用；2、寬尾墩后的溢流壩表面形成大片無水區3，可向折線式溢流壩面和溢流水舌之間通氣，免除折線式溢流壩面的空蝕破壞。