CN102322047A - 折线进口型洞塞消能工 - Google Patents

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许唯临
王韦
刘善均
田忠
张建民
曲景学
邓军
张法星
李乃稳
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Abstract

一种用于有压泄洪洞的折线进口型洞塞消能工，由洞塞基体和洞塞基体内所设置的过流孔组成，其过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔的出口是在后的收缩圆锥台形孔的进口。洞塞的总长L0＝0.6D0～2.5D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.6D0～1.0D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1与其出口直径D2之比为D1/D2＝1.05～1.3，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.1L0～0.4L0，在后的收缩圆锥台形孔的进口直径D2与其出口直径D3之比为D2/D3＝1.05～1.4，所述各式中的D0为泄洪洞的洞径。

Description

折线进口型洞塞消能工
技术领域
本发明属于水利水电工程中使用的消能设施，特别涉及一种用于有压泄洪洞消能的洞塞消能工。
背景技术
Samuel O.Russell等在1967年公开了一种利用水流的突缩突扩造成水头损失进行消能的方法(参见Samuel O.Russell，James W.Ball.Sudden-enlargement energy dissipator for Micadam.Journal of the hydraulics division ASCE，7(1967)：41～56)，此种结构的消能工结构复杂，施工工程量大，只适用于运行水头低、运行流量小的工程，当水头超过100m后，消能工本身易空蚀破坏。
中国专利ZL200610021207.2公开了一种洞塞消能工，所述洞塞消能工包括台阶洞塞和收缩洞塞，虽然较好地解决了高水头下泄洪洞内的消能问题，但当洞塞前的水流空化数较小时(即洞塞进口前压力小、流速大的情况)，其洞塞进口处容易空化，从而造成洞塞本身的破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的洞塞消能工，以提高洞塞进口的抗空化性能，延长使用寿命，使大流量、高水头泄洪洞的消能效果更好。
本发明针对洞塞消能工进口段易空化的问题，设计了一种用于有压泄洪洞的折线进口型洞塞消能工。所述折线进口型洞塞消能工由洞塞基体和洞塞基体内所设置的过流孔组成，其过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔的出口是在后的收缩圆锥台形孔的进口。
本发明通过实验、理论分析和数值模拟方法对洞塞的进口直径、出口直径和长度进行了优选，洞塞的总长L0＝0.6D0～2.5D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.6D0～1.0D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1与其出口直径D2之比为D1/D2＝1.05～1.3，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.1L0～0.4L0，在后的收缩圆锥台形孔的进口直径D2与其出口直径D3之比为D2/D3＝1.05～1.4，所述各式中的D0为泄洪洞的洞径。本发明所述折线进口型洞塞消能工用常规混凝土制作。
本发明所述折线进口型洞塞消能工在有压泄洪洞消能中应用，使用时，将至少一个折线进口型洞塞消能工设置在有压泄洪洞的下平段。当所述折线进口型洞塞消能工至少为两个时(即使用两级或两级以上消能时)，相邻消能工之间的间距至少为2D0，所述D0为泄洪洞的洞径。
本发明具有以下有益效果：
1、抗空化性能好，实验表明在实施例4所述大流量，高水头工作条件下，三级折线进口型洞塞消能工的各处均没有产生空化。而在相同的工作条件下，采用中国专利ZL200610021207.2所述的洞塞消能工，洞塞进口出现了弱空化。
2、能适应大流量，高水头工作条件，如实施例4中的上游水位为1845m，下游水位为1705m，水头为140m，该水位下的泄流量为1480m3/s。
3、消能效果好，例如实施例4中，第一个折线进口型洞塞消能工前的测压管水头为1763m(指高程，下同)，经过三级折线进口型洞塞消能工消能后，测压管水头降为1722m，消掉了41m的水头，三级折线进口型洞塞消能工的消能率达28.3％。
4、由于制作材料为常规混凝土，因而造价低廉。
5、结构简单，因而便于制作。
6、直接在泄洪洞内施工，无需大规模挖、填方，因而施工方便。
附图说明
图1是本发明所述折线进口型洞塞消能工的一种结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是在某大型电站的泄洪洞使用三级折线进口型洞塞消能工的一种布置示意图，该图还表明了所述洞塞消能工与泄洪洞的组装方式。
图中，1-洞塞基体、2-在前的收缩圆锥台形孔、3-在后的收缩圆锥台形孔、4-泄洪洞、5-第一级折线进口型洞塞消能工、6-第二级折线进口型洞塞消能工、7-第三级折线进口型洞塞消能工。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明所述折线进口型洞塞消能工及其应用作进一步说明。
实施例1
本实施例中，折线进口型洞塞消能工的结构如图1、图2所示，由洞塞基体1和洞塞基体内所设置的过流孔组成，所述过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔2的出口是在后的收缩圆锥台形孔3的进口。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用于洞径D0＝15m的泄洪洞消能，有关尺寸如下：洞塞的总长L0＝0.73 D0＝11m，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.27L0＝3m，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.87D0＝13m，在前的收缩圆锥台形孔的出口直径D2＝在后的收缩圆锥台形孔的进口直径＝0.73 D0＝11m，在后的收缩圆锥台形孔的出口直径D3＝9m。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用常规混凝土制作。
实施例2
本实施例中，折线进口型洞塞消能工的结构如图1、图2所示，由洞塞基体1和洞塞基体内所设置的过流孔组成，所述过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔2的出口是在后的收缩圆锥台形孔3的进口。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用于洞径D0＝15m的泄洪洞消能，有关尺寸如下：洞塞的总长L0＝0.666D0＝10m，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.25L0＝2.5m，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.8D0＝12m，在前的收缩圆锥台形孔的出口直径D2＝在后的收缩圆锥台形孔的进口直径＝0.73 D0＝11m，在后的收缩圆锥台形孔的出口直径D3＝9.2m。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用混凝土制作，进口部位为高强抗蚀混凝土，主体部分为常规混凝土。
实施例3
本实施例中，折线进口型洞塞消能工的结构如图1、图2所示，由洞塞基体1和洞塞基体内所设置的过流孔组成，所述过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔2的出口是在后的收缩圆锥台形孔3的进口。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用于洞径D0＝15m的泄洪洞消能，有关尺寸如下：洞塞的总长L0＝0.73 D0＝11m，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.18L0＝2m，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.8D0＝12m，在前的收缩圆锥台形孔的出口直径D2＝在后的收缩圆锥台形孔的进口直径＝0.73 D0＝11m，在后的收缩圆锥台形孔的出口直径D3＝9.8m。
本实施例所述折线进口型洞塞消能工用混凝土制作，进口部位为高强抗蚀混凝土，主体部分为常规混凝土。
实施例4
本实施例为某大型电站的导流洞改建成泄洪洞，泄洪洞4的洞径D0为15m，上游水位为1845m，下游水位为1705m，最大水头为140m，该水位下的泄流量为1480m3/s。在泄洪洞的下平段布置了三级折线进口型洞塞消能工，如图3所示。第一级折线进口型洞塞消能工5为实施例1所述洞塞消能工，第二级折线进口型洞塞消能工6为实施例2所述洞塞消能工，第三级折线进口型洞塞消能工7为实施例3所述洞塞消能工，第一级折线进口型洞塞消能工5与第二级折线进口型洞塞消能工6之间的间距L＝40m，第二级折线进口型洞塞消能工6与第三级折线进口型洞塞消能工7之间的间距L＝40m。
实验表明，经过三级消能，水的压强在泄洪洞出口前已较小，三级折线进口型洞塞消能工的的各处均没有产生空化。

Claims (4)

1.一种用于有压泄洪洞的折线进口型洞塞消能工，由洞塞基体(1)和洞塞基体内所设置的过流孔组成，其特征在于所述过流孔由两个前端大于后端且锥度不同的收缩圆锥台形孔连接而成，在前的收缩圆锥台形孔(2)的出口是在后的收缩圆锥台形孔(3)的进口。
2.根据权利要求1所述用于有压泄洪洞的折线进口型洞塞消能工，其特征在于洞塞的总长L0＝0.6D0～2.5D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1＝0.6D0～1.0D0，在前的收缩圆锥台形孔的进口直径D1与其出口直径D2之比为D1/D2＝1.05～1.3，在前的收缩圆锥台形孔的长度L1＝0.1L0～0.4L0，在后的收缩圆锥台形孔的进口直径D2与其出口直径D3之比为D2/D3＝1.05～1.4，所述各式中的D0为泄洪洞的洞径。
3.权利要求1或2所述折线进口型洞塞消能工在有压泄洪洞消能中的应用，将至少一个权利要求1或2所述折线进口型洞塞消能工设置在有压泄洪洞的下平段。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于当所述折线进口型洞塞消能工至少为两个时，相邻两洞塞消能工之间的间距至少为2D0，所述D0为泄洪洞的洞径。
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