CN112695706B - 一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法 - Google Patents

一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法，通过功能建筑物（1）利用汛期廉价的水、电资源，制造冰晶颗粒，由喷射管（2）将其喷射到浓雾区上方，首先，借助低温冰晶气流加速雾化区域的降温消能，降低雾化水滴能量而约束其扩散，其次冰晶颗粒作为凝结核，加速雾化水滴的结合、降落，共同作用将雾化程度限制在工程允许的范围之内，减轻大坝下游的雾化程度、避免相应的雾化危害，节约传统防雾化工程成本，相比已有的相关发明，本设计结合利用了大坝汛期的低成本水、电资源，更加地因地制宜，具有更高的可行性和更低的运行成本。本装置与方法既可以用于已建工程的雾化病害治理，也可以作为新建高坝工程的防雾化专门水工建筑物。

Description

一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程中大坝泄洪消能以及病害防治领域，具体是涉及一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法。
背景技术
水工建筑物泄洪时，需要将水库中多余水量通过泄水建筑物排出，但由于大坝拦蓄，水头抬高，水体具有大量的势能。在泄洪时，水体势能转换为动能向下游宣泄，若不经一定的处理措施，巨大的动能将会破坏下游河道、岸坡等的稳定，造成安全隐患。对此，水工建筑物在设计时，会根据具体情况设计不同的消能措施，如宽尾墩、窄缝式挑坎等一批挑动水流碰撞的消能形式得到广泛应用，获得了较好的消能效果。但这些消能形式，可能会造成更为严重的雾化问题，即因为高速水流碰撞，将水流撞散，水流的动能转换为小水滴的动能并使水滴分散到较大范围的空间中，在下游局部区域出现较大规模的降雨和雾流弥漫现象，称为泄洪雾化。究其原因，即消能不充分，水利工程中的消能并非将水流的动能和势能消除，而是转换为不对下游造成直接冲击的雾化团中水滴的动能和势能，这部分能量就造成了雾化现象。本发明从这一问题出发，提出通过从泄洪雾化的浓雾区上空喷射低温冰晶气流，使雾化水滴快速降温，与冰晶结合加速下落，在与下层雾化水滴碰撞结合后进一步促进雾化区水滴的下落，从而限制雾化区向外部扩散，可起到减轻泄洪雾化程度的作用。目前减轻大坝泄洪雾化的思路主要集中于改进泄洪调度、设计新型消能工、以及吸湿降水等；也有在泄洪出口采用风幕或水幕等覆盖防护的方法来减少泄洪雾雨，这些方法存在施工、运行成本高昂，浪费严重等缺陷。目前还没有采用降温方法的相应系统和设备。
发明内容
为克服现有技术弊端，本发明提供一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法。
本发明的采用的技术方案是：一种减轻泄洪雾化程度的装置和方法，利用低温冰晶气流减轻泄洪雾化程度，该装置包括功能建筑、喷射管、连接管、锚碇装置。
功能建筑包括控制室、制冷室、碎冰室、空压室、混合室；功能建筑在大坝下游两岸适当高程的岸坡对称布置，其高程应高于浓雾区顶部适当距离，并根据雾化区长度间隔布置若干数量。
控制室调控所在功能建筑的供水、供电以及供料、空压系统，并通过连接管与水库相连。制冷室内包含制冰设备、传送带、储冰设备；制冷室在泄洪开始之前，利用制冰设备制造尺寸合适的冰块并放置于储冰设备中，泄洪开始后通过传送带将冰块送到碎冰室。碎冰室安装碎冰设备，将冰块碎成直径适当的冰晶颗粒；碎冰室与制冷室连接，泄洪开始后，将冰块送到碎冰设备上，制成直径适当的冰晶颗粒，并送入混合室。空压室内安装空压设备，制造压缩空气为喷射冰晶提供动力，并与混合室相连。混合室内包含供料漏斗和供料管，供料漏斗上接碎冰室中制造的冰晶颗粒，下端与供料管相连；供料管一端与空压设备出口相连，另一端与喷射管相连；混合室与碎冰室、空压室相连，冰晶颗粒在此与压缩空气混合后，形成低温冰晶气流送向喷射管。
喷射管为横跨两岸的钢管，连接两岸对称布置的功能建筑，高程略高于雾化区顶部，管道上开有水平孔、侧孔、底孔三种喷射孔，其中水平孔与水平面平行，底孔垂直于水平面，侧孔与水平面呈45度夹角，三种孔呈梅花形布置，孔径5~10mm，孔距30cm；管身间隔适当距离设有吊环。
连接管内含供水线路，从水库引出，作为整套装置的供水源头。
在功能建筑后设有锚碇装置，包括锚块、悬索、吊缆；锚块通过自身结构和重力维持稳定，在两岸锚块上张拉悬索，悬索上间隔适当距离垂下吊缆穿过喷射管的吊环；通过锚碇装置改善喷射管的受力情况；锚块为钢筋混凝土块，悬索和吊缆均为多股高强钢丝。
本发明的有益效果是：利用汛期廉价的水、电资源，制造冰晶颗粒，通过横跨两岸的喷射管将其喷射到泄洪浓雾区上方，首先借助低温冰晶气流加速雾化区域的降温消能，降低雾化水滴能量而约束其扩散，其次借助冰晶颗粒作为凝结核，加速雾化水滴的结合、降落，通过两方面的作用将雾化区域和雾化强降雨限制在工程允许的范围之内，减轻高坝下游的雾化程度、避免相应的雾化危害，节约传统防雾化工程成本，给工程方案优化布置提供更充分的空间，相比已有的相关发明，本设计利用了大坝电站汛期的低成本水、电资源，更加地因地制宜，具有更高的可行性和更低的运行成本。本发明操作可靠，施工安全、方便，节约成本。
附图说明
图1是本发明布置俯视示意图。
图2是本发明布置纵剖面示意图。
图3是本发明布置横剖面示意图。
图4是本发明功能建筑结构示意图。
其中：1.功能建筑，2.喷射管，3.连接管，4.锚碇装置，5控制室，6.制冷室，7.碎冰室，8.空压室，9.混合室，10.制冰设备，11.传送带，12.储冰设备，13.碎冰设备，14.空压设备，15.供料漏斗，16.供料管，17.喷射孔，18.吊环，19.锚块，20.悬索，21.吊缆。
需要说明的是：图4为清楚展示内部结构，将部分建筑外墙、顶板剖开显示，实际应用中应该封闭保温。
具体实施方式
本发明采用以下结构：一种减轻高坝泄洪雾化的装置和方法，包括功能建筑1、喷射管2、连接管3、锚碇装置4。功能建筑1包括控制室5、制冷室6、碎冰室7、空压室8、混合室9。控制室5调控所在功能建筑1的供水、供电以及供料、空压系统，并通过连接管3与水库相连。制冷室6内包含制冰设备10、传送带11、储冰设备12。碎冰室7安装碎冰设备13，将冰块碎成直径适当的冰晶颗粒。空压室8内安装空压设备14，制造压缩空气为喷射冰晶提供动力。混合室9内包含供料漏斗15和供料管16，供料漏斗15上接碎冰室7中制造的冰晶颗粒，下端与供料管16相连；供料管16一端与空压设备14出口相连，另一端与喷射管2相连。
用本装置减轻高坝泄洪雾化的过程如下：泄洪开始前，控制室5控制各个功能建筑1中制冷室6利用制冰设备10制造尺寸合适的冰块并存储于储冰设备12中；泄洪开始后通过传送带11送到碎冰室7，冰块经碎冰室7中的碎冰设备13碎成直径适当的冰晶颗粒后通过供料漏斗15送入混合室9中的供料管16，与此同时，通过空压室8中的空压设备14制造压缩空气送入混合室9，冰晶颗粒与压缩空气混合后，通过喷射管2喷向浓雾区。首先，借助低温冰晶气流加速雾化区域的降温消能，降低雾化水滴能量而约束其扩散；其次，冰晶颗粒作为凝结核，加速雾化水滴的结合、降落。通过两方面的作用将雾化区域和雾化强降雨限制在工程允许的范围之内，减轻高坝下游的雾化程度、避免相应的雾化危害，节约传统防雾化工程成本，给工程方案优化布置提供更充分的空间，有效利用了大坝汛期的低成本水、电资源。
功能建筑1在大坝下游两岸适当高程的岸坡对称布置，其高程应高于浓雾区顶部适当距离，同时根据雾化区长度间隔布置若干数量。
连接管3内含供水线路，从水库引出，作为整套装置的供水源头。
制冷室6在泄洪开始之前，利用制冰设备10制造尺寸合适的冰块并放置于临时储冰设备12中，洪开始后通过传送带11送到碎冰室7。
碎冰室7与制冷室6连接，泄洪开始后，将冰块送到碎冰设备13上，制成直径适当的冰晶颗粒，并送入混合室9。
混合室9与碎冰室7、空压室8相连，冰晶颗粒在此与压缩空气混合后，形成低温冰晶气流送向喷射管2。
空压室8内安装空压设备14，制造压缩空气为喷射冰晶提供动力，并与混合室9相连。
喷射管2为横跨两岸的钢管，连接两岸对称布置的功能建筑1，高程略高于雾化区顶部；管道上开有水平孔、侧孔、底孔三种喷射孔17，其中水平孔与水平面平行，底孔垂直于水平面，侧孔与水平面呈45度夹角，三种孔呈梅花形布置，孔径5~10mm，孔距30cm；管身间隔适当距离设有吊环18。
在功能建筑1后设有锚碇装置4，包括锚块19、悬索20、吊缆21。锚块19通过自身结构和重力维持稳定，在两岸锚块19上张拉悬索20，悬索20上间隔适当距离垂下吊缆21穿过喷射管2的吊环18。通过锚碇装置4改善喷射管2的受力情况。锚块19为钢筋混凝土块，悬索20和吊缆21均为多股高强钢丝。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但应该认识到，不可能描述出上述实施例子的不见或方法的所有可能组合，各个实施例子可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例子旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。

Claims (4)

1.一种减轻泄洪雾化程度的装置，包括对称布置在大坝下游两岸坡的包含控制、制冰、碎冰、混合、加压功能的功能建筑，其特征在于：装置由功能建筑（1）、喷射管（2）、连接管（3）及位于功能建筑（1）后的锚碇装置（4）组成；功能建筑（1）的高程高于浓雾区顶部适当距离，并根据雾化区长度间隔布置若干数量；喷射管（2）为连接两岸对称布置的功能建筑（1）的横跨两岸的钢管，其高程略高于雾化区顶部，其一端连接左岸功能建筑（1）的混合室（9），另一端与右岸对应功能建筑（1）的混合室（9）相连，若干吊缆（21）穿过管道中部的若干吊环（18）与锚碇装置（4）的悬索（20）垂直连接；连接管（3）内含供水管路，主管一端从水库引出作为整套装置的供水源头，另一端根据功能建筑（1）的数量分出若干岔管与对应功能建筑（1）下层控制室（5）相连；锚碇装置（4）设置在功能建筑物后方岸坡，其底高程高于功能建筑（1）顶高程，左右岸对应锚碇装置（4）引出悬索横跨两岸；通过锚碇装置（4）改善喷射管（2）的受力情况；浓雾区上方的喷射管（2）向下喷射冰晶颗粒，形成包含冰晶的下压冷气团。
2.根据权利要求1所述的一种减轻泄洪雾化程度的装置，其特征在于：功能建筑（1）为两层结构，包括控制室（5）、制冷室（6）、碎冰室（7）、空压室（8）、混合室（9）；控制室（5）位于功能建筑（1）下层一侧，并通过连接管（3）与水库相连；制冷室（6）位于功能建筑（1）上层，制冰设备（10）位于制冷室（6）一端，与下层控制室（5）相连，储冰设备（12）位于制冷室（6）另一端，通过传送带（11）与碎冰室（7）内相连；碎冰室（7）内传送带（11）上方安装碎冰设备（13），下方通过缺口和下层混合室（9）相连；空压室（8）内安装空压设备（14），设备出气口与混合室（9）的供料管（16）相连；混合室（9）内包含供料漏斗（15）和供料管（16），供料漏斗（15）上接碎冰室（7）缺口，下端与供料管（16）相连，供料管（16）一端与空压设备（14）出口相连，另一端与喷射管（2）相连。
3.根据权利要求1所述的一种减轻泄洪雾化程度的装置，其特征在于：喷射管（2）上开有水平孔、侧孔、底孔三种喷射孔（17），其中水平孔与水平面平行，底孔垂直于水平面，侧孔与水平面呈45度夹角，三种孔呈梅花形布置，孔径5~10mm，孔距30cm，管身间隔适当距离设有吊环（18）；锚碇装置（4）包括锚块（19）、悬索（20）、吊缆（21），锚块（19）为钢筋混凝土块，通过自身结构和重力维持稳定，在两岸锚块（19）上张拉悬索（20），悬索（20）上间隔适当距离垂下吊缆（21）穿过喷射管（2）的吊环（18），悬索（20）和吊缆（21）均为多股高强钢丝。
4.一种基于权利要求1所述装置的减轻泄洪雾化程度的方法，包括利用低温冰晶气流加速雾化水滴结合、降落以减轻泄洪雾化程度，其特征在于具体流程包括W1、W2和W3：
W1：控制室（5）调控所在功能建筑（1）的供水、供电及供料、空压系统；在泄洪开始之前，制冷室（6）利用制冰设备（10）制造尺寸合适的冰块并放置于储冰设备（12）中；
W2：泄洪开始后，通过传送带（11）将冰块送到碎冰室（7）内碎冰设备（13）上，制成直径适当的冰晶颗粒，并送入混合室（9）与来自空压室（8）压缩空气混合后，形成低温冰晶气流，送向喷射管（2）；
W3：低温冰晶气流通过喷射管的喷射孔（17）向下方浓雾区形成连续的下压冷气团；从而约束雾化水滴向空中及下游的弥漫、扩散；同时由于冰晶颗粒的降温消能作用，降低水滴能量从而减小其向周围空间的扩散，将雾化降雨限制在工程允许的范围内，达到减轻泄洪雾化程度的效果。
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