CN212670507U - 一种翼型消力池 - Google Patents

Abstract

一种翼型消力池，包括常规段、位于常规段下游且过流断面变窄的束窄段、位于束窄段上游首部且向流道外侧扩散的翼型结构；所述翼型结构包括束窄部分和扩散部分。本实用新型通过在常规消力池中部适当位置两侧增设翼型结构的方式为部分水体提供了额外的消能场所，使该部分水体在扩散部分空间内形成强烈旋滚，进而实现能量的大幅耗散，较大幅度地增加了常规消力池的消能效率。另外，本实用新型结构造型简单，不大幅增大工程量，消能效果突出，具有较大的应用价值。

Description

一种翼型消力池

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程中泄洪消能领域，具体说是一种翼型消力池。

背景技术

水利水电工程建设中，泄水建筑物的主要水力设计任务即是选择适当的消能(水利工程中由于坝、堰等壅水建筑物使河道水位壅高，水流的下泄必然导致流速的大幅增大，消能的内涵就是使高速水流携带的一部分巨大动能又再次迅速转化为势能，从而降低水流流速)措施以使在下游较短距离内消除高速水体相对于下游河道的余能，从而与之平顺衔接。底流消能即所谓的消力池消能，就是利用人工修建消力池的方式使高速水流迅速由急流转化为缓流状态，从而避免高速水流对下游河道的冲刷破坏。底流消能由于其结构简单、出池水流平顺等突出优势而受到工程界的普遍认可与采用，它的消能机理是采用急流向缓流过渡引起的水跃造成的强烈旋滚与大量掺气的方式来消能，其典型布置型式如图1所示。

目前消力池的常规设计是，水流进入消力池的进口宽度与水流流出消力池的出口宽度基本一样宽，为了防止高速水流的冲刷破坏，一般消力池的底板需要做的非常厚，防护段也要求做的较长；为尽可能减小消力池长度及其下游衔接段的工程造价，目前工程中常常采用在消力池内部适当位置增设消力墩(齿)等辅助设施，以达到加强水体紊动、增强水流能量耗散的目的；同时，消能墩还对迎面水体产生逆向作用力，从而减小消力池的深度与长度。然而，工程实践证明，当流速较高时，辅助设施的边壁极易产生局部负压，从而发生空蚀破坏；同时，对于有漂浮物(如漂木、漂冰等)及推移质的河道，辅助消能设施常遭到猛烈撞击破坏。

另外，模型试验与工程实践都证明，常规消力池消能率相对较低，一般为60％～70％左右，有时甚至更低。鉴于现有技术的常规水工建筑物布置方式不足，需要改变设计思路，通过改变水工建筑物布置方式，实现既能充分利用现有消力池的自身优势，又能尽可能地克服现有消力池消能率低下的弊端。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种翼型消力池，既能充分利用现有消力池的自身优势，又能尽可能地克服现有消力池消能率低下的弊端，在较大幅度地提高消能效率地同时还不会显著增大工程量。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种翼型消力池，包括常规段、位于常规段下游且过流断面变窄的束窄段、位于束窄段上游首部且向流道外侧扩散的翼型结构；所述翼型结构包括束窄部分和扩散部分。

进一步的，翼型结构的束窄部分宽度a₂＝(0.05～0.20)B，其中B为消力池进口宽度；翼型结构的扩散部分宽度a₁＝(1.0～2.0)a₂，扩散部分长度b＝(1.0～3.5)a₁。

进一步的，消力池翼型结构扩散部分长度b＜0.2L，L为消力池长度。

进一步的，翼型结构的束窄部分迎水面与水流向呈锐角θ，θ优选为20°～70°。

进一步的，束窄部分迎水面边墙为导圆结构。

进一步的，消力池两侧对称设置多级束窄段和翼型结构。

本实用新型提出的一种翼型消力池，它通过在常规消力池中部适当位置两侧增设翼型结构的方式为部分水体提供了额外的消能场所，使该部分水体在扩散部分空间内形成强烈旋滚，进而实现能量的大幅耗散，较大幅度地增加了常规消力池的消能效率。另外，该结构造型简单，不大幅增大工程量，消能效果突出，具有较大的应用价值。

附图说明

图1为常规消力池示意图。

图2为本实用新型的实施例一所提供的翼型消力池示意图。

图3为本实用新型的实施例二所提供的翼型消力池示意图。

图4为本实用新型的实施例二所提供的翼型消力池流态图。

图5为本实用新型的实施例三所提供的两级翼型消力池示意图。

其中：消力池1、尾坎2、常规段3、束窄段4、翼型结构5、束窄部分6、边墙7、扩散部分8；箭头表示水流方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实用新型的实施例一提出一种翼型消力池，如图2所示。

一种翼型消力池，包括常规段3、束窄段4、翼型结构5。所述翼型结构5包括束窄部分6和扩散部分8。

采用图2所示的这种方式，在常规矩形消力池适当位置将该处向消力池内部束窄，使过流断面变窄，形成束窄段4；同时，在该束窄段4的上游首部位置向流道外侧扩散，使之形成额外的消能翼型结构5。

由于束窄部分前段扩散部分的存在，使束窄部分6正对的水流沿扩散部分8流动，由于边界的束缚作用，水体在扩散部分内部产生强烈的旋滚从而实现能量的大幅耗散，极大程度地增加了消力池的消能效率。

由于边墙7的束窄使得消力池出口宽度变窄，进而使消力池内水深增大，从而在设计时可以将消力池尾坎2高度适当降低。

该翼型结构束窄部分宽度a₂决定了进入扩散部分空间进行消能的水体体积，但是a₂如果过大无疑会使消力池出口宽度过小进而影响其过流能力，最终使消力池内水深过大并造成消力池边墙过高，这无疑是应该避免的。一般地，a₂＝(0.05～0.20)B，其中B为消力池进口宽度。

扩散部分宽度a₁在很大程度上决定了扩散部分的消能效率，它需要满足将从束窄部分导入的水流进行充分的消能，同时亦需根据经济性合理选取，一般地，a₁＝(1.0～2.0)a₂。

扩散部分长度b也是影响该结构消能效率的重要因素，其大小需要满足在扩散部分8内部形成具有良好形态的旋滚，即不出现过强的水面壅高。一般地，b＝(1.0～3.5)a₁。同时，为工程投入计，b不能够过大，即b＜0.2L(L为消力池长度)。

实施例二

本实用新型的实施例二提出，为让束窄部分水体能够顺利进入扩散部分8并更好地形成消能旋滚，可将束窄部分6起始处迎水面设置成与水流向呈某一锐角角度θ(即小于90°角)，一般地，θ可取为20°～70°；同时，为避免过强的锐缘造成水流脱壁现象，可将结构中锐缘部分进行导圆处理。改进型式的翼型消力池如图3所示，其典型流态如图4所示。

实施例三

同时，为实现能量的进一步消除，本实用新型的实施例三提出，可将该翼型结构在消力池两侧对称设置多级，如图4为两级结构示意图。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种翼型消力池，其特征在于：包括常规段(3)、位于常规段(3)下游且过流断面变窄的束窄段(4)、位于束窄段(4)上游首部且向流道外侧扩散的翼型结构(5)；所述翼型结构(5)包括束窄部分(6)和扩散部分(8)。

2.根据权利要求1所述的一种翼型消力池，其特征在于：

翼型结构(5)的束窄部分宽度a₂＝(0.05～0.20)B，其中B为消力池进口宽度；

翼型结构(5)的扩散部分宽度a₁＝(1.0～2.0)a₂，扩散部分长度b＝(1.0～3.5)a₁。

3.根据权利要求2所述的一种翼型消力池，其特征在于：消力池翼型结构(5)扩散部分长度b＜0.2L，L为消力池长度。

4.根据权利要求1所述的一种翼型消力池，其特征在于：翼型结构(5)的束窄部分(6)迎水面与水流向呈锐角θ，θ为20°～70°。

5.根据权利要求4所述的一种翼型消力池，其特征在于：束窄部分(6)迎水面边墙为导圆结构。

6.根据权利要求1所述的一种翼型消力池，其特征在于：消力池两侧对称设置多级束窄段(4)和翼型结构(5)。

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