CN103938593B - 一种用有压管道出流的潜流消能工 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的用有压管道出流的潜流消能工是由有压管道1和消力池5构成，有压管道1的前半段位于消力池5外的上游，其上至少有2个有压转弯段2，且在第1和第2有压转弯段之间为一竖直段9，有压管道1的后半段位于消力池5底部，并通过管壁上开的至少2个出水口4与消力池5相通。本发明公开的潜流消能工不仅将消能区通过有压管道上均布的出水口分散设置在消力池内，且还能通过有压管道上设计的有压转弯段沿程进行消能，因而将现有技术的集中消能变为了分散消能，既提高了消能效果，充分发挥了消力池的消能作用，又减小了消力池的修建规模，降低了投资，且应用灵活、能适应不同流量及水头。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程中泄洪消能设施技术领域，具体涉及一种用有压管道出流的潜流消能工。
背景技术
底流消能是水电工程常用的消能形式，既适用于坝身溢流消能，也适用于泄洪洞出口的消能。底流消能的基本原理是在消力池前部形成水跃，利用水跃段的旋滚，使水体产生强烈剪切、混掺，将水体动能转化成热能而达到消能的目的。底流消能方式应用虽然广泛，但其仍存在两方面的不足：第一，主要消能区域集中在前部的水跃段，未充分利用后部的水体，导致规模较大的消力池未能充分发挥消能作用；第二，仅依靠进入消力池前部的水跃消能，无沿程消能，就需要将所有的能量耗散都集中在消力池内，这无疑要增加消力池的修建规模，增大投资。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用有压管道出流的潜流消能工，该潜流消能工不仅能将消能区分散设置在消力池内，且还能沿程进行消能，从而在降低消力池的修建规模、节省工程投资的同时，提高消能效果。
为了达到本发明的目的，本发明人根据水力学中淹没出流及有压转弯段可以产生一定水头损失的基本原理，设计提供了一种用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工是由有压管道和消力池构成，有压管道的前半段位于消力池外的上游，其上至少有2个有压转弯段，且在第1和第2有压转弯段之间为一竖直段，有压管道的后半段位于消力池底部，并通过管壁上开的至少2个出水口与消力池相通。
以上潜流消能工中所述的前半段有压管道上的有压转弯段为2～10个，优选2～6个，且从第2个有压转弯段开始，为了使两段水流不互相干扰，影响消能率，每2个有压转弯段之间的直管长度不小于管道直径D的2倍，优选2～4倍管道直径
以上潜流消能工中所述的前半段有压管道上的有压转弯段为圆弧形或呈90°的弯折形。
以上潜流消能工中所述的圆弧形有压转弯段的半径为管道直径D的1～4倍，可根据管道内流速大小选择，一般来说，高流速选大转弯半径，小流速选小转弯半径。
以上潜流消能工中所述的后半段有压管道管壁上开的出水口为喇叭型，其喇叭口末端呈圆弧形或椭圆形，一般来说，高流速选椭圆形，小流速选圆弧形。
以上潜流消能工中同根有压管道管壁上开的与消力池相通的出水口呈等间距布置，为了充分利用消力池内的消能水体，使消力池内的水体紊动均匀，消能效果更好，相邻两根有压管道上的出水口则呈交错布置。
本发明所述潜流消能工中的有压管道和消力池均采用混凝土制作。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、由于本发明提供的潜流消能工不仅将消能区通过有压管道上均布的出水口分散设置在消力池内，且还能通过有压管道上设计的有压转弯段沿程进行消能，因而将现有技术的集中消能变为了分散消能，既提高了消能效果，充分发挥了消力池的消能作用，又减小了消力池的修建规模，降低了投资。
2、由于本发明提供的潜流消能工是将能产生水头损失的淹没出流及有压转弯段结合起来设计的，加之其淹没出流的出水口和有压转弯段均有多个，因而其消能效果好，如当泄洪水头为100m、管道直径为10m时，消能率就可达到90%。
3、由于本发明提供的潜流消能工可根据不同流量及水头进行选择，当水头较小时，可采用有压转弯段较少且呈圆弧形的有压管道，当水头较大时，可采用有压转弯段较多且呈90°弯折形的有压管道；当流量较小时，可设置一根有压管道且其上所开的出水口可偏少一些，当流量较大时，可设置多根有压管道且其上所开的出水口可偏多一些，因而应用灵活，适应面广。
附图说明
图1为本发明实施例1采用的单段弯管型潜流消能工的纵向剖面结构示意图；
图2为本发明实施例2采用的单段折管型潜流消能工纵向剖面结构示意图；
图3为图1、2的平面结构示意图；
图4为图1、2中A处的放大图；
图5为图6、7中B处的放大图；
图6为本发明实施例3采用的多段弯管型潜流消能工纵向剖面结构示意图；
图7为本发明实施例4采用的多段折管型潜流消能工纵向剖面结构示意图；
图8为图6、7的平面结构示意图。
图中，1—有压管道、2—圆弧形转弯段、3—呈90°的弯折形转弯段、4—出水口、5—消力池、6—消力池尾坎、7—上平段、8—下平段、9—竖直段。
具体实施方式
下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例给出的潜流消能工的形状、构造和连接关系如图1、3和4所示。该潜流消能工是由一根有压管道1和消力池5构成。其中有压管道1采用适用于低水头的单段弯管型有压管道，具体为直径D=10m的圆管，该圆管的前半段位于消力池5外的上游，其上有2个圆弧形有压转弯段2，在第1有压转弯段2前为上平段7，上平段7的进口与坝身溢流孔或泄洪洞的出口相接，在两个有压转弯段2之间为一竖直段9，上平段7与竖直段9之间的圆弧形有压转弯段半径为15m，竖直段9高度为50m，在竖直段后设1个圆弧形有压转弯段2，即第2有压转弯段，该有压转弯段半径也为15m；有压管道1的后半段为下平段8，位于消力池5底部，并通过管壁上开的3个直径d=5m的出水口4与消力池5相通，两相邻出水口4的间距l=20m，出水口4为喇叭型，末端均为圆弧形；消力池尾坎高10m。
当泄流量为800m3/s时，该潜流消能工的消能水头约为15m。
实施例2
本实施例给出的潜流消能工的形状、构造和连接关系如图2、3和4所示。该潜流消能工也是由一根有压管道1和消力池5构成，与实施例1不同的是有压管道1采用适用于低水头的单段折管型有压管道，即在竖直段8后设的是1个呈90°的弯折形转弯段2，其余结构和参数因与实施例1相同，故略去不述。
当泄流量为800m3/s时，该潜流消能工的消能水头约为17m。
实施例3
本实施例给出的潜流消能工的形状、构造和连接关系如图5、6和8所示。该潜流消能工是由三根有压管道1和消力池5构成。其中有压管道1采用适用于高水头的多段弯管型有压管道，具体为直径D=10m的圆管，该圆管的前半段位于消力池5外的上游，其上有6个圆弧形有压转弯段2，在第1有压转弯段2前为上平段7，上平段7的进口与坝身溢流孔或泄洪洞的出口相接，在第1和第2两个有压转弯段2之间为一竖直段9，上平段7与竖直段9之间的圆弧形有压转弯段2半径为15m，竖直段9高度为50m，在竖直段后设5个圆弧形有压转弯段2，各有压转弯段半径均为15m，每2个有压转弯段2之间的直管长度为20m；每根有压管道1的后半段为下平段8，位于消力池5底部，并通过管壁上开的直径d=5m的出水口4与消力池5相通，两侧有压管道1上开的出水口为三个，中间一根有压管道1上开的出水口为二个，相互呈交错布置，两相邻出水口4的间距l=20m，出水口4为喇叭型，末端均为椭圆形，椭圆长轴为5m，短轴为2.5m；消力池尾坎高10m。
当单条有压管道的泄流量为1200m3/s时，该潜流消能工的消能水头约为50m。
实施例4
本实施例给出的潜流消能工的形状、构造和连接关系如图5、7和8所示。该潜流消能工也是由三根有压管道1和消力池5构成，与实施例3不同的是有压管道1采用适用于高水头的多段折管型有压管道，即在竖直段8后设的是5个呈90°的弯折形转弯段2，其余结构和参数因与实施例3相同，故略去不述。
当泄流量为1200m3/s时，该潜流消能工的消能水头约为83m。
Claims (10)
1.一种用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工是由有压管道和消力池构成，有压管道的前半段位于消力池外的上游，其上至少有2个有压转弯段，且在第1和第2有压转弯段之间为一竖直段，有压管道的后半段位于消力池底部，并通过管壁上开的至少2个出水口与消力池相通。
2.根据权利要求1所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的前半段有压管道上的有压转弯段为2～10个，且从第2个有压转弯段开始，每2个有压转弯段之间的直管长度不小于管道直径D的2倍。
3.根据权利要求1所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的前半段有压管道上的有压转弯段为2～6个，且从第2个有压转弯段开始，每2个有压转弯段之间的直管长度不小于管道直径D的2倍。
4.根据权利要求1或2或3所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的前半段有压管道上的有压转弯段为圆弧形或呈90°的弯折形。
5.根据权利要求4所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的圆弧形有压转弯段的半径为管道直径D的1～4倍。
6.根据权利要求1或2或3所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的后半段有压管道管壁上开的出水口为喇叭型，其喇叭口末端呈圆弧形或椭圆形。
7.根据权利要求5所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中所述的后半段有压管道管壁上开的出水口为喇叭型，其喇叭口末端呈圆弧形或椭圆形。
8.根据权利要求1或2或3所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中同根有压管道管壁上开的与消力池相通的出水口呈等间距布置，相邻两根有压管道上的出水口则呈交错布置。
9.根据权利要求5所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中同根有压管道管壁上开的与消力池相通的出水口呈等间距布置，相邻两根有压管道上的出水口则呈交错布置。
10.根据权利要求7所述的用有压管道出流的潜流消能工，其特征在于该潜流消能工中同根有压管道管壁上开的与消力池相通的出水口呈等间距布置，相邻两根有压管道上的出水口则呈交错布置。
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