專利名稱：消力池內(nèi)的挑流消能工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消力池內(nèi)的挑流消能工，特別涉及一種消力池內(nèi)的三角形挑坎的挑流 消能工，屬于工程水力學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水利工程中，在一些低壩泄洪洞、溢洪道及閘壩等泄水建筑物由于其出口能量較大， 需要在其出口處設(shè)置消力池以消殺余能。水力學(xué)上所謂"消能"并非為將能量"消"掉， 而是指能量的轉(zhuǎn)換。常規(guī)消力池主要是利用池內(nèi)產(chǎn)生水躍進(jìn)行底流消能，也就是底流消能 是利用消力池使下泄水流在泄水建筑物出口限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，水躍將上下游水流銜接， 并通過水躍上下游水流產(chǎn)生表面劇烈的紊動(dòng)漩滾作用使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能以達(dá)到消能的目 的。底流水躍消能歷史悠久，它能適應(yīng)高、中、低各級水頭和不同的地質(zhì)條件下，以水躍 型式與下游水流銜接，其水流流態(tài)穩(wěn)定，消能效果也較好，因此底流消能工在水利工程中 得妾lj了廣泛的應(yīng)用[Katakam V. and Rama P. , Spatial B-Jump at sudden channel enlargements with abrupt drop, J", of Hydraulic Engineering, ASCE， Vol. 124， No. 6， June, 1998.]。但它也存在不足之處，如常規(guī)消力池在消力池長度不足的情況，往往由于 不能提供與共軛水深相匹配的下游水深而不能形成水躍；另外，過大的消力池其臨底流速 又常對消力池底板造成破壞。
針對上面所述問題，在高水頭、大流量的泄水建筑物上，采用表孔一底孔一消力池聯(lián) 合的新型消能工布置，如目前國內(nèi)安康、五強(qiáng)溪、清江隔河巖等高壩樞紐水工建筑；對于 大單寬流量低佛氏數(shù)水躍，可根據(jù)工程實(shí)際情況采用一級或多級消力池進(jìn)行底流消能；對 拱壩消力池的向心水流，也找到了一些特殊措施，如采用表孔加不對稱的寬尾墩或在消力 池中加"T"型墩，均可使水流恢復(fù)到均勻出流。為提高消能率，有效地保證水躍的產(chǎn)生， 因而在工程應(yīng)用當(dāng)中出現(xiàn)了消力池內(nèi)各式的輔助消能工，如消力坎、挖深式消力池、趾敦 及T型墩等[Rajaratnam N， The forced hydraulic jump, Parti and Part 2， Water Power, Vol. 16， No. 1 and No. 2， Jan. and Feb., 1964.倪漢根.寬尾墩-消力池的簡化計(jì)算方法，
3水利學(xué)報(bào)，第6期，1998年6月.江鋒等.低佛氏數(shù)T型墩消力池設(shè)計(jì)及消能研究，水利 學(xué)報(bào)，增刊，1998年1月.]。這些輔助消能工的使用盡管在多數(shù)工程中奏效，但同時(shí)也存 在缺陷， 一方面，消力池內(nèi)布置的輔助消能工給自身和消力池帶來的空蝕破壞等副作用也 見明顯[艾可明，底流消能的沖刷破壞和防治，泄水工程與高速水流，1995(3)。]，另一方 面，布置的輔助消能工并沒有解決消力池臨底流速大的根本問題[王才歡，肖興斌.底流消能 設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀述評[J].四川水力發(fā)電，第1巻第1期，2000年3月]。
挑流消能是泄水建筑物最常見的一種消能方式，這種消能方式就是在泄水建筑物下游 端修建有一定仰角的挑流坎，利用下泄水流的巨大動(dòng)能，將水流挑入空中，然后與降落在 遠(yuǎn)離建筑物的下游與下游水流相銜接。其特點(diǎn)是既能借助于自由射流在空氣中的擴(kuò)散摻 氣消能；又可利用水舌入下游水墊后淹沒射流的紊動(dòng)擴(kuò)散及水股與兩側(cè)鏇滾的剪切作用來 消能。挑流消能的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約下游護(hù)坦，構(gòu)造簡單，便于維修。
許光樣等提出了縱向分級、橫向差動(dòng)的復(fù)式消力池[許光樣，崔予達(dá)，楊忠超.復(fù)式消力 池在山區(qū)小水電中的應(yīng)用研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，第26巻第2期，2007年4月87-92]， 左側(cè)主池縱向分為兩級，右側(cè)輔池適當(dāng)抬高池底高程的兩級差動(dòng)式消力池，在重慶郁江斑 竹園水電站消能工模型試驗(yàn)研究中達(dá)到較好的消能效果。但該體型的擋坎是一個(gè)常規(guī)擋坎， 其相對于整個(gè)消力池尺寸較小，僅起到將消力池分為兩級的作用，并沒有起到挑流的作用。 郭偉成針對普寧烏石攔河閘工程提出了多級消力池的概念[郭偉成.多級消力池的應(yīng)用.西 部探礦工程.總第98期2004(7): 11-12]，但每一級消力池都是一個(gè)完整的消力池，屬于級 聯(lián)式。而且這種級聯(lián)式消力池本身需要占用較大的空間，因而受到地形、地質(zhì)條件的限制。
綜上所述，常規(guī)消力池，或者因?yàn)橄Τ爻叽邕^小而不能滿足水躍的產(chǎn)生，不能滿足 充分消能的要求；或者又因?yàn)橄Τ爻叽邕^大占用空間也大，同時(shí)過大的消力池其臨底流 速常對消力池底板造成破壞；因此，常規(guī)消力池及其在消力池內(nèi)布置的挑流消能工產(chǎn)生的 消能效果不理想，如果在消力池內(nèi)設(shè)置的挑流消能工能很好地解決以上所述問題，這正是 本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提出一種在保證較高消能率的 基礎(chǔ)上縮短消力池長度，從而節(jié)約工程造價(jià)；且構(gòu)造簡單，便于維修；并可大大增加水躍
4產(chǎn)生的單寬流量范圍；以及在任何常規(guī)消力池內(nèi)既可單獨(dú)使用也可配合其他輔助消能工使
用的三角形挑坎的挑流消能工。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明消力池內(nèi)的挑流消能工，包括消力池，按照本發(fā)明，還包括在消力池內(nèi)設(shè)置的
挑坎消能工，進(jìn)一步地該挑坎消能工為沿水流方向剖面的三角形挑坎；該三角形挑坎將消
力池分為前池和后池兩個(gè)部分；其起挑位置可在消力池長度的1/4 2/3之間變化。 上述技術(shù)方案中，所述三角形挑坎的底邊與其迎水邊的夾角為5 45° 。 上述技術(shù)方案中，所述三角形挑坎的底邊與其被水邊的夾角為45' 90。。 上述技術(shù)方案中，所述三角形挑坎的底邊長度占消力池總長度的1/6~1/3。 上述技術(shù)方案中，所述三角形挑坎橫向?qū)挾群拖Τ貙挾认嗤切翁艨泊瓜蚋叨?br> 為三角形挑坎底邊長度的1/8 1/4。
本發(fā)明消力池內(nèi)設(shè)置的三角形挑坎消能工既可在消力池內(nèi)單獨(dú)使用，同時(shí)也可結(jié)合消
力池內(nèi)設(shè)置的其他輔助消能工使用，均能達(dá)到理想效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的特點(diǎn)和有益技術(shù)效果
1、 本發(fā)明的挑流消能工可保證較在高消能率的基礎(chǔ)上縮短消力池長度，有利于節(jié)約工 程造價(jià)；或者在消力池長度相同時(shí)，仍能提高消能率。
2、 本發(fā)明的挑流消能工可大大增加水躍發(fā)生的單寬流量范圍，因此消能效率高。
3、 本發(fā)明的挑流消能工采用三角形挑坎將一個(gè)完整的消力池分為前池和后池，其結(jié)構(gòu) 簡單，且便于維修，同時(shí)克服了復(fù)式消力池沒有起到挑流的缺陷。
4、 本發(fā)明的挑流消能工在消力池有限空間范圍內(nèi)設(shè)置的三角形挑坎，其占用空間較小， 而使用范圍廣，且解決了級聯(lián)式消力池占用空間大而受地形、地質(zhì)條件限制的缺陷，本發(fā) 明三角形挑坎在任何常規(guī)消力池內(nèi)均可采用；也可配合消力池內(nèi)其他輔助消能工使用。


圖l本發(fā)明消力池內(nèi)挑流消能工為三角形挑坎的立面示意圖2本發(fā)明消力池內(nèi)挑流消能工為三角形挑坎的平面示意圖3本發(fā)明消力池內(nèi)挑流消能工設(shè)置為三角形挑坎的池內(nèi)水流流態(tài)示意圖4本發(fā)明的挑流消能工三角形挑坎在消力池內(nèi)應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例示意圖5為圖4的實(shí)施例中消力池底板三維示意圖。圖中，l消力池，2三角形挑坎，211三角形挑坎底邊，212三角形挑坎迎水邊，213 三角形挑坎被水邊，A三角形挑坎底邊與迎水邊夾角，B三角形挑坎底邊與被水邊夾角，6 三角形挑坎橫向?qū)挾龋?/三角形挑坎垂向高度，/三角形挑坎底邊長度，3消力池前池，4 消力池后池。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及工作原理并用具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下描述了 當(dāng)前所考慮到的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳實(shí)施例，旨在描述本發(fā)明的一般原理及三角形挑坎 構(gòu)成情況；但并非意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限定。
本發(fā)明的圖l中，在消力池1內(nèi)設(shè)置的挑流消能工為三角形挑坎2，三角形挑坎2的底邊 211長度占消力池總長度的1/6 1/3，三角形挑坎的迎水邊為212，三角形挑坎的被水邊為 213;三角形挑坎底邊211與三角形挑坎迎水邊212的夾角A角度可在5 45。之間改變；三角 形挑坎底邊211與三角形挑坎被水邊213的夾角B角度可在45 90。之間改變；三角形挑坎高 度/ 為三角形挑坎底邊211長度/的1/8 1/4。
本發(fā)明圖2的平面圖中可知，三角形挑坎寬度6和消力池1寬度相同。
本發(fā)明消力池內(nèi)的三角形挑坎消能工，其池內(nèi)水流消能原理如圖3所示。當(dāng)三角形挑 坎消能工應(yīng)用于水利工程時(shí)，泄洪建筑物出口的射流在三角形挑坎迎水面的反射與挑流使 得消力池內(nèi)紊動(dòng)和回流更為激烈；由于三角形挑坎將整個(gè)消力池分為前池3和后池4兩個(gè) 消力池，這樣使得水躍在較大單寬流量范圍內(nèi)均能穩(wěn)定形成，單寬流量較小時(shí)，水躍消能 可能在前池內(nèi)已經(jīng)充分，后池作為水墊塘有效地保護(hù)了下游護(hù)坦段；單寬流量較大時(shí)，則 前后兩個(gè)消力池均發(fā)揮作用，底部形成的回流和水墊有效地降低了臨底流速及出池流速， 從而大大提高了消能率。
實(shí)施例
圖4為本發(fā)明在某一水力工程中，消力池優(yōu)化水力學(xué)模型試驗(yàn)中采用在消力池內(nèi)設(shè)置 三角形挑坎2消能工的實(shí)例，在結(jié)構(gòu)上，消力池1與三角形挑坎2制造成一個(gè)連續(xù)的整體。 三角形挑坎2將消力池分為前池3和后池4兩部分，其中三角形挑坎沿水流方向長度為 /=20m，約為消力池總長度的0.3倍，底邊211與迎水邊212夾角A=10° ，被水邊213與 底邊夾角B-80。，三角形挑坎垂向高度h-3m，為其底邊長度的0.15倍，三角形挑坎橫向 寬度b與消力池寬度相同，為30m，其起挑位置距離消力池進(jìn)口 30m，約為消力池長度1/3。
6經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在消力池內(nèi)增加了三角形挑坎后，能夠形成穩(wěn)定的水躍，躍首位置穩(wěn)定 在洞口下游10m范圍內(nèi)，池內(nèi)水流紊動(dòng)劇烈，消能效果顯著；水流沖擊到三角形挑坎面上 形成反射，水花翻騰；挑坎后也形成了回流，水墊較深，有效地保護(hù)了消力池底板。如果 采用常規(guī)消力池，則消力池長度約需要130m，增加了三角形挑坎后，消力池長度縮短為 87m，不但有效地解決了地質(zhì)條件對消力池尺寸的限制問題，而且在各級流量下消力池消 能效果和流態(tài)均非常好。因此，本發(fā)明可在常規(guī)消力池內(nèi)直接設(shè)置三角形挑坎消能工，亦 可在消力池內(nèi)有其它輔助消能工的基礎(chǔ)上再增設(shè)三角形挑坎消能工，均能達(dá)到理想效果。
權(quán)利要求
1.一種消力池內(nèi)的挑流消能工，包括消力池(1)，其特征在于還包括在消力池(1)內(nèi)設(shè)置的挑坎，該挑坎為沿水流方向剖面的三角形挑坎(2)；三角形挑坎將消力池分為前池(3)和后池(4)兩個(gè)部分；其起挑位置在消力池長度的1/4～2/3之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消力池內(nèi)的挑流消能工，其特征在于所述三角形挑坎(2)的 底邊(211)與其迎水邊(212)的夾角(A)為5 45° 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消力池內(nèi)的挑流消能工，其特征在于所述三角形挑坎(2)的 底邊(211)與其被水邊(213)的夾角(B)為45。 9(T 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消力池內(nèi)的挑流消能工，其特征在于所述三角形挑坎(2) 的底邊(211)長度(/)占消力池(1)總長度的1/6 1/3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消力池內(nèi)的挑流消能工，其特征在于所述三角形挑坎橫 向?qū)挾?b)和消力池(1)寬度相同，三角形挑坎垂向高度(h)為三角形挑坎底邊(211) 長度的1/8 1/4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種消力池內(nèi)的挑流消能工，屬于工程水力學(xué)領(lǐng)域。所述的挑流消能工為在消力池內(nèi)設(shè)置的三角形挑坎，該三角形挑坎將消力池分為前池和后池兩個(gè)部分；其起挑位置可在消力池長度的1/4～2/3范圍內(nèi)改變。所述三角形挑坎其迎水面挑角在5°-45°之間改變；被水面挑角在45°～90°之間改變；三角形挑坎底邊長度占消力池總長度的1/6～1/3；其寬度和消力池長度相同；高度為三角形挑坎底邊的1/8～1/4。本發(fā)明的挑流消能工的設(shè)置不僅縮短了消力池長度，有利于節(jié)約工程造價(jià)；而且提高了消能率，并可在任何常規(guī)消力池內(nèi)采用，或配合常規(guī)消力池內(nèi)的其他輔助消能工使用，效果均好。
文檔編號E02B8/00GK101538840SQ200910058658
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者易文敏, 李連俠, 沈煥榮 申請人:四川大學(xué)