CN109594534A - 差动跌坎型消力池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目提供一种差动跌坎型消力池新型消力池，本发明提供的差动跌坎型消力池，由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段、差动跌坎消力池主体段、消力池尾坎反坡段构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段内底板上沿水流方向设置若干凸出底板的纵向条槛。特别适用于水电站泄洪时高速水流的底流消能，有效提高消能率，减小临底水力学指标，减少甚至可取消消力池下游河道岸坡的防护工程，节省建设资金。

Description

差动跌坎型消力池
技术领域
本发明属于水利水电工程中使用的泄洪消能设施，主要应用于中高水头水电站大单宽流量的底流消能。
背景技术
在水利水电工程中，泄洪消能是非常突出的关键技术问题，泄水建筑物下游的消能防冲直接关系到工程的安全。根据对大量实际工程资料的粗略统计分析显示，泄洪消能造价约占工程总造价的40％～50％，而消能防冲设施的费用在泄水建筑物中又占了40％～50％。因此，选择适宜的泄洪建筑物还是合理利用资金的重要途径。在很多中高水头水电站中,消力池消能常被用来作为下游消能的一种有效措施。由于消力池的建造不受地形与地质等条件的限制，并且检修比较方便，相对于挑流消能工基本上没有雾化现象。因此现在已建成和正在建设的中高水头电站，跌坎型消力池消能得到了广泛的应用。但是对于大单宽流量，消力池的消能率一般不是很高，出池水流仍包含有大量余能，造成河流下游水面波动传播很远距离，增加消力池下游河道岸坡的保护工程。因此有必要设计一种既能提高消能率，又能减小出池水流波动的新型消力池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种差动跌坎型消力池新型消力池，特别适用于水电站泄洪时高速水流的底流消能，有效提高消能率，减小临底水力学指标，减少甚至可取消消力池下游河道岸坡的防护工程，节省建设资金。
本发明提供的差动跌坎型消力池，由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段、差动跌坎消力池主体段、消力池尾坎反坡段构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段内底板上沿水流方向设置若干凸出底板的纵向条槛。
进一步地，导流衔接反坡段坡度i1＝d1/l1＝1:8～1:4，d1为导流衔接反坡段垂直高度，l1为导流衔接反坡段水平长度；消力池主体段宽度为B，长度为L，消力池跌坎高度为d，其中L/B＝1.0～2.0，d/B＝0.04～0.1；消力池尾坎反坡段坡度i2＝d2/l2＝1:4～1:2，d2为尾坎反坡段垂直高度，l2为尾坎反坡段水平长度。
在以上技术方案基础上，所述条槛为长方体形。差动跌坎型消力池根据消力池主体段底板上布置纵向条槛的情况有以下三种主要形式：
A型消力池：所述条槛为相同的两条，对称地贴消力池左右边墙设置。进一步地，条槛的高度为h1，宽度为b1，其中h1/d＝0.4～0.8，b1/B＝0.1～0.2。
B型消力池：所述条槛为三条，其中两条对称地贴消力池左右边墙设置，一条设置在消力池地板中部。进一步地，两条对称地贴消力池左右边墙设置的条槛高度为h1，宽度为b1，h1/d＝0.4～0.8，b1/B＝0.1～0.2；底板中部设置的条槛高度为h2，宽度为b2，h2/d＝0.4～0.8，b2/B＝0.1～0.2。
C型消力池：所述条槛为相同的2个，以消力池底板纵向中线对称设置。进一步地，两个条槛分别距左右边墙距离为b1，条槛的高度为h2，宽度为b2，b1/B＝0.1～0.2，h2/d＝0.4～0.8，b2/B＝0.1～0.2。
根据以上发明构思，本发明所述消力池并不限于以上三种构型，其中条槛个数可根据实际情况进行调整。
本发明具有以下有益效果：
1、在相同的工况条件下与现有的消力池相比，本发明所述的差动跌坎型消力池的消能率大幅度提高，消力池内流态良好，为淹没水跃，出池水流稳定，下游河道水面波动小，缩短河道岸坡保护范围，甚至可以不设保护，采用自然岸坡，因此在中水头水电站中可以作为主要的消能工。
2、由于差动跌坎型消力池的跌坎是差动的，这就使入池水流形成垂向的流速梯度，条槛上的水流向左右两侧偏转并与条槛之间的主流发生碰撞而消耗了大量能量，消力池内的水流在沿纵向扩散的同时还同时向左右两侧扩散碰撞，使消力池内的水流的能量消耗增加，减小了出池水流的波动，减轻了尾水波动对岸坡的冲刷。
3、差动跌坎型消力池内的水流存在各种尺度的三维漩涡，消力池内水流掺气强烈，紊动强烈，因此消能效果较好。
4、本发明所述的差动跌坎型消力池，结构相对简单，体型优化容易，检修更换方便。
附图说明
图1是本发明所述A型差动跌坎型消力池平面示意图，用于中高水头电站的底流消能；
图2是图1的I-I剖面图；
图3是图1的II-II剖面图；
图4是图1的III-III剖面图；
图5是I-I剖面流态示意图；
图6是II-II剖面流态示意图；
图7是III-III剖面流态示意图；
图8是B型差动跌坎型消力池平面示意图，用于中高水头电站的底流消能；
图9是图8的IV-IV剖面图；
图10是IV-IV剖面流态示意图；
图11是C型差动跌坎型消力池平面示意图，用于中高水头电站的底流消能；
图12是图11的V-V剖面图；
图13是V-V剖面流态示意图；
图14是A型差动跌坎型消力池平面流态图；
图15是B型差动跌坎型消力池平面流态图；
图16是C型差动跌坎型消力池平面流态图；
图中，1—导流衔接反坡段、2—差动跌坎型消力池主体段、3—条槛、4—消力池尾坎反坡段、5—海漫、6—河道河床。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明所述差动跌坎型消力池做进一步说明。
实施例1
本实施案例中的A型差动跌坎型消力池用于某中水头闸坝式水电站。消力池由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段1、差动跌坎消力池主体段2、消力池尾坎反坡段4构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段2内底部沿水流方向设置两条纵向条槛3。两条槛对称地贴消力池左右边墙设置在消力池主体段底板上，两个纵向条槛结构尺寸完全相同。
其中闸前水头50m，最大单宽流量为q＝200m3/s.m；导流衔接反坡段坡度i1＝d1/l1＝1:4，导流衔接反坡段水平长度l1＝16m，导流衔接反坡段垂直高度h1＝4m；消力池主体段宽度B＝50m，长度为L＝50m，跌坎高度d＝3.0m，条槛的高度h1＝1.5m,宽度为b1＝10m；消力池尾坎反坡段坡度i2＝d2/l2＝1:2，尾坎反坡段水平长度l2＝6m，尾坎反坡段垂直高度d2＝3m；出池水流经过海漫与天然河床相接。其平面流态示意图如图14所示。
本实施案例中的A型差动跌坎型消力池的消能率约为60％～70％。消力池内为淹没水跃，流态相对稳定，消力池内大量掺气，水流紊动强烈，出池水流的波动性很小，减轻了尾水波动对岸坡的冲刷。
实施例2
本实施案例中的B型差动跌坎型消力池用于某中水头闸坝式水电站。由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段1、差动跌坎消力池主体段2、消力池尾坎反坡段4构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段2内底部沿水流方向设置三条纵向条槛3。
其中闸前水头60m，最大单宽流量为q＝180m3/s.m；导流衔接反坡段坡度i1＝d1/l1＝1:8，，导流衔接反坡段水平长度l1＝24m，导流衔接反坡段垂直高度d1＝3m；消力池主体段宽度B＝48m，长度为L＝55m，跌坎高度d＝4.0m，在消力池主体段底板上靠近边墙处设置两个左右对称的纵向条槛，两个纵向条槛结构尺寸完全相同，条槛的高度h1＝2.0m,宽度为b1＝8.0m，在底板中部单独设置一个纵向条槛，条槛的高度为h2＝3.0m，宽度为b2＝8.0m；消力池尾坎反坡段坡度i2＝d2/l2＝1:4，尾坎反坡段水平长度l2＝8m，尾坎反坡段垂直高度d2＝2m；出池水流经过海漫与天然河床相接。其平面流态示意图如图15所示。
本实施案例中的B型差动跌坎型消力池的消能率约为60％～75％。消力池内为淹没水跃，流态相对稳定，消力池内大量掺气，水流紊动强烈，出池水流的波动性很小，减轻了尾水波动对岸坡的冲刷。
实施例3
本实施案例中的C型差动跌坎型消力池用于中水头水电站溢洪道出口的底流消能，由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段1、差动跌坎消力池主体段2、消力池尾坎反坡段4构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段2内底部沿水流方向设置两条纵向条槛3。
其中最高运行水头为80m，溢洪道宽度B＝30m，最大单宽流量为q＝100m3/s.m；导流衔接反坡段坡度i1＝d1/l1＝1:6，，导流衔接反坡段水平长度l1＝18m，导流衔接反坡段垂直高度d1＝3m；消力池主体段宽度B＝30m，长度为L＝50m，跌坎高度d＝3.0m，在消力池主体段底板上设置两个左右对称的纵向条槛，两个纵向条槛结构尺寸完全相同，左右两个条槛分别距左右有以相同的距离b1＝5m，条槛的高度h2＝2.0m,宽度为b2＝5.0m；消力池尾坎反坡段坡度i2＝d2/l2＝1:4，尾坎反坡段水平长度l2＝8m，尾坎反坡段垂直高度d2＝2m；出池水流经过海漫与天然河床相接。其平面流态示意图如图16所示。
本实施案例中的C型差动跌坎型消力池的消能率约为60％～75％。消力池内为淹没水跃，消力池内大量掺气，水流紊动强烈，出池水流平稳，不会冲刷对岸边坡。

Claims (8)

1.一种差动跌坎型消力池，其特征在于，由沿水流方向依次相接的导流衔接反坡段、差动跌坎消力池主体段、消力池尾坎反坡段构成，所述消力池尾坎反坡段与下游海漫衔接，所述差动跌坎消力池主体段内底板上沿水流方向设置若干凸出底板的纵向条槛。
2.根据权利要求1所述差动跌坎型消力池，其特征在于，导流衔接反坡段坡度i1＝d1/l1＝1:8～1:4，d1为导流衔接反坡段垂直高度，l1为导流衔接反坡段水平长度；消力池主体段宽度为B，长度为L，消力池跌坎高度为d，其中L/B＝1.0～2.0，d/B＝0.04～0.1；消力池尾坎反坡段坡度i2＝d2/l2＝1:4～1:2，d2为尾坎反坡段垂直高度，l2为尾坎反坡段水平长度。
3.根据权利要求2所述差动跌坎型消力池，其特征在于，所述条槛为相同的两条，对称地贴消力池左右边墙设置。
4.根据权利要求3所述差动跌坎型消力池，其特征在于，条槛的高度为h1，宽度为b1，其中h1/d＝0.4～0.8，b1/B＝0.1～0.2。
5.根据权利要求2所述差动跌坎型消力池，其特征在于，所述条槛为三条，其中两条对称地贴消力池左右边墙设置，一条设置在消力池地板中部。
6.根据权利要求5所述差动跌坎型消力池，其特征在于，两条对称地贴消力池左右边墙设置的条槛高度为h1，宽度为b1，h1/d＝0.4～0.8，b1/B＝0.1～0.2；底板中部设置的条槛高度为h2，宽度为b2，h2/d＝0.4～0.8，b2/B＝0.1～0.2。
7.根据权利要求2所述差动跌坎型消力池，其特征在于，所述条槛为相同的2个，以消力池底板纵向中心线对称设置。
8.根据权利要求7所述差动跌坎型消力池，其特征在于，两个条槛分别距左右边墙距离为b1，条槛的高度为h2，宽度为b2，b1/B＝0.1～0.2，h2/d＝0.4～0.8，b2/B＝0.1～0.2。
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