洞塞消能工制造技术

本发明专利技术所述的洞塞消能工利用水流的突缩突扩造成较大的局部水头损失进行消能，使用时与泄洪洞单管组合。洞塞的长度Ｌ↓［０］＝０．４Ｄ↓［０］～２．１Ｄ↓［０］，洞塞的进口直径Ｄ↓［２］与出口直径Ｄ↓［１］之比Ｄ↓［２］／Ｄ↓［１］＝１．０５～１．４，Ｄ↓［１］＝０．３Ｄ↓［０］～０．７Ｄ↓［０］，所述各式中的Ｄ↓［０］为泄洪洞的洞径。洞塞消能工有两种形式：台阶洞塞由前部的辅洞塞和后部的主洞塞构成，其内孔为台阶圆孔，收缩洞塞的内孔为前端大于后端的收缩圆锥台形孔。此类洞塞消能工有效改善了抗空化性能，能适应大流量、高水头工作条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利水电工程中使用的消能设备，特别涉及一种用于有压泄洪洞消能的洞塞消能工。
技术介绍
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 energydissipator for Mica dam.Journal of the hydraulics division ASCE，7(1967)41～56)，所使用的消能工及其在泄洪洞中的安装方式如图1～图4所示，从图中可以看出，消能工为变截面管，在泄洪洞中安装了三条。此种结构的消能工不仅结构复杂，而且运行水头低，运行流量小，施工工程量大，不能适应高水头、大流量泄洪洞洞内消能的要求。孔板消能工已成功应用到水利工程，其消能主要是发生在孔板突扩后的强紊动剪切区，孔板锐缘因流速大，水流分离，因此该部位容易空化(参见专利号为ZL93107799.0的中国专利；林秀山、沈凤生著《多级孔板泄洪洞的研究与工程实践》，中国水利水电出版社，2003年3月，北京)，因此其抗空化性能需要改进。水利学报刊登的论文“洞塞泄洪洞的水力特性研究”(见《水利学报》，第7期，2002年7月)虽然公开了洞塞消能的原理和洞塞泄洪洞的泄流能力及洞塞消能相关问题的理论计算公式，但文中所提到的洞塞(下文称之为顺直洞塞)由于进口处的压强很低，容易导致空化，其抗空化性能有待改进。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出了新型的洞塞消能工，此类洞塞消能工不仅抗空化性能好，而且结构简单，能有效解决大流量、高水头泄洪洞的消能问题。本专利技术所述的洞塞消能工利用水流的突缩突扩造成较大的局部水头损失进行消能，使用时与泄洪洞单管组合。在水力学中，洞塞的消能率可用水头损失系数ξ表示，洞塞的空化特性常用初生空化数σi表示，最佳的洞塞尺寸应该是在保证最大消能率(ξ)的前提下，洞塞不发生空化，即运行时的空化数大于初生空化数(σi)。由于水头损失系数ξ和初生空化数σi与洞塞的进口直径、出口直径密切相关，因此，通过实验、理论分析和数值模拟方法对洞塞的形状、进口直径、出口直径和长度进行了优选，洞塞的长度L0＝0.4D0～2.1D0，洞塞的进口直径D2与出口直径D1之比D2/D1＝1.05～1.4，D1＝0.3D0～0.7D0，所述各式中的D0为泄洪洞的洞径。本专利技术所述洞塞消能工有以下两种形式1、台阶洞塞台阶洞塞由前部的辅洞塞和后部的主洞塞构成，其内孔为台阶圆孔，辅洞塞的孔径D2为洞塞的进口直径，主洞塞的孔径D1为洞塞的出口直径，D2/D1＝1.05～1.3，D1＝0.3D0～0.7D0，辅洞塞的长度L2＝0.3D0～0.6D0，主洞塞的长度L1＝0.8D0～1.5D0。2、收缩洞塞收缩洞塞的内孔为前端大于后端的收缩圆锥台形孔，洞塞的进口直径D2与出口直径D1之比D2/D1＝1.05～1.4，D1＝0.3D0～0.7D0，洞塞的长度L0＝0.4D0～1.0D0。上述各种洞塞消能工的各参数式中的D0均为泄洪洞的洞径。本专利技术所述洞塞消能工用混凝土制作，在洞塞进口部位可用高强抗蚀混凝土，洞塞主体部分采用常规混凝土即可。在大中型水利水电工程中，往往需要在泄洪洞中布置多级洞塞，各级洞塞之间的间距为3D0～5D0。本专利技术具有以下有益效果1、抗空化性能好，试验表明，孔板消能工在孔径比为0.69时的初生空化数为2.30，顺直洞塞在孔径比为0.65时的初生空化数为4.69，而本专利技术所述的收缩洞塞当出口孔径比为0.5时的初生空化数仅为2.04，台阶洞塞当出口孔径比为0.53时的初生空化数为2.92，因此抗空化性能优于现有技术。2、消能效果好，例如实施例中，一级收缩洞塞前的测压管水头为519.78m(指高程，下同)，经过三级收缩洞塞消能后，测压管水头降为442.13m，消掉了77.05m的水头，考虑下游水位为400m(指高程)，则三级收缩洞塞的消能率达65.3％。3、能适应大流量，高水头工作条件，如实施例中的上游水位为600m，下游水位为400m，水头为200m，该水位下的泄流量为2600m3/s，无论水头还是流量，均为国内最大的。4、由于制作材料为混凝土，而且主要为常规混凝土，因而造价低廉。5、结构简单，便于制造。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Samuel O.Russell等在1967年所公开的加拿大Mica坝所使用的消能工的形状、构造及与泄洪洞的组装示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的B-B剖视图；图4是图1的C-C部视图；图5是台阶洞塞消能工的一种结构图，该图还表明了台阶洞塞消能工与泄洪洞的组装方式；图6是图5的A-A部视图；图7是收缩洞塞消能工的一种结构图，该图还表明了收缩洞塞消能工与泄洪洞的组装方式；图8是图7的A-A剖视图；图9是在大型电站中使用三级洞塞消能工的一种布置示意图及泄洪洞壁的均压强分布图。图中，1-泄洪洞、2-台阶洞塞消能工、3-收缩洞塞消能工、4-第一级洞塞消能工、5-第二级洞塞消能工、6-第三级洞塞消能工。具体实施例方式实施例1本实施例所述洞塞消能工的形状、构造如图5、图6所示，为台阶洞塞消能工，由前部的辅洞塞和后部的主洞塞构成，其内孔为台阶圆孔，辅洞塞的孔径D2为洞塞的进口直径，主洞塞的孔径D1为洞塞的出口直径，D2/D1＝1.05～1.3，D1＝0.3D0～0.7D0，辅洞塞的长度L2＝0.3D0～0.6D0，主洞塞的长度L1＝0.8D0～1.5D0，上述各参数式中的D0为泄洪洞1的洞径。具体设计时，可根据工程实际情况按照所述参数式确定辅洞塞和主洞塞的长度及进出口直径。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2本实施例所述洞塞消能工的形状、构造如图7、图8所示，为收缩洞塞消能工，其内孔为前端大于后端的收缩圆锥台形孔，洞塞的进口直径D2与出口直径D1之比D2/D1＝1.05～1.4，D1＝0.3D0～0.7D0，洞塞的长度L0＝0.4D0～1.0D0，上述各参数式中的D0为泄洪洞1的洞径。具体设计时，可根据工程实际情况按照所述参数式确定洞塞的长度和进出口直径。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本实施例为某大型电站的导流洞改建成的洞塞式泄洪洞，泄洪洞的洞径D0为20m，最大水头200m，下泄流量2600m3/s，布置了三级洞塞消能工，如图9所示。三级洞塞消能工均为收缩洞塞消能工，各级收缩洞塞消能工之间的间距为4D0。第一级收缩洞塞消能工的进口直径D2为14m、出口直径D1为10m，洞塞的长度L0为15m；第二级收缩洞塞消能工的进口直径D2为14.5m、出口直径D1为10.8m，洞塞的长度L0为15m；第三级收缩洞塞消能工的进口直径D2为15m、出口直径D1为11.6m，洞塞的长度L0为15m。从图9压强沿洞壁的分布可以看出，经过三级消能，压强在泄洪洞出口前已较小。减压实验表明，各级洞塞均未发生空化。权利要求1.洞塞消能工，其特征在于洞塞的长度L0＝0.4 D0～2.1D0，洞塞的进口直径D2与出口直径D1之比D本文档来自技高网...

【技术保护点】
洞塞消能工，其特征在于洞塞的长度Ｌ↓［０］＝０．４Ｄ↓［０］～２．１Ｄ↓［０］，洞塞的进口直径Ｄ↓［２］与出口直径Ｄ↓［１］之比Ｄ↓［２］／Ｄ↓［１］＝１．０５～１．４，Ｄ↓［１］＝０．３Ｄ↓［０］～０．７Ｄ↓［０］，所述各式中的Ｄ↓［０］为泄洪洞的洞径。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许唯临，杨永全，王韦，刘善均，田忠，张建民，曲景学，邓军，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]