支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统。尾水系统包括尾水支洞、交汇岔口段和尾水洞，尾水支洞为两个及以上，其通过相同转弯半径汇合在一起并与交汇岔口段连通，该交汇岔口段的出口转弯后与尾水洞连通，每个尾水支洞的中部设置有由左边墙挑坎、右边墙挑坎和底板挑坎组成的全断面挑坎消能结构段，该底板挑坎设置在尾水支洞的底板上并沿尾水支洞的宽度方向延伸，左边墙挑坎和右边墙挑坎对应设置在尾水支洞的两个边墙上，并沿尾水支洞的边墙竖直高度方向延伸，三个挑坎起挑方向与水流方向一致。该尾水系统可以有效抑制现有尾水系统产生的不利水力波动影响，避免机组功率的低频波动。机组功率的低频波动。机组功率的低频波动。

【技术实现步骤摘要】
支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统


[0001]本技术涉及水利水电工程引水发电系统领域，具体而言，涉及一种支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统。

技术介绍

[0002]水电站尾水隧洞是将水电站地下厂房发电尾水泄往下游河床提供通道的水工隧洞。通过水轮机的尾水余能不多，故尾水隧洞不存在一般水工隧洞中可能有的高压或高速水流问题，但其断面形态和布置形式应与水轮机尾水管良好协调，使水流顺畅平稳，防止尾水受阻壅高或波动导致的机组运行不稳定和功率波动问题。对于长尾水隧洞的电站，为了节省开挖量，往往采用多机一洞的布置形式，一个水力单元的机组尾水出口经过尾水调压井后汇总成一条尾水洞流入下游河道，尾水调压井的作用是在机组增减负荷或者发生事故时减少流道的水锤作用，保护水工建筑物的安全。
[0003]近年来，部分引水式电站采用上游侧调压井，而取消了尾水调压井的设计，在尾闸室下游一段距离进行尾水支洞的合并，同时转弯后进入同一个加宽的尾水隧洞。对于这种类型的尾水系统布置具有一些优点：通过优化尾水调压井，增加弯道后控制尾水洞流向，大大减少了开挖量；同时由于在合并处的大转弯，缩小了电站影响区域，减小了对下游城镇的影响。但是在电站投产后，逐渐发现采用这种尾水系统也存在一些不足之处，由于在尾水支洞汇合处的水力作用，同时由于没有尾水调压井的缓冲作用，尾水各支洞的水位会出现超低频振荡问题，同一个水力单元的机组间在运行中会出现相互影响，机组负荷因此出现波动，特别是在下游水位较低的枯水期，给机组本身和电网都带来了影响。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统，以解决上述的技术问题。
[0005]本技术提供一种支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统，包括尾水支洞、交汇岔口段和尾水洞，所述尾水支洞为两个及以上，其通过相同转弯半径汇合在一起并与交汇岔口段连通，该交汇岔口段的出口转弯后与所述尾水洞连通，每个所述尾水支洞的中部设置有由左边墙挑坎、右边墙挑坎和底板挑坎组成的全断面挑坎消能结构段，该底板挑坎设置在所述尾水支洞的底板上并沿所述尾水支洞的宽度方向延伸，所述左边墙挑坎和所述右边墙挑坎对应设置在所述尾水支洞的两个边墙上，并沿所述尾水支洞的边墙竖直高度方向延伸，三个挑坎起挑方向与水流方向一致。
[0006]可选地，所述底板挑坎的纵向截面形状为第一直角三角形，该第一直角三角形的一直角边沿水平方向延伸并与底板贴合，该第一直角三角形的另一直角边沿竖直方向延伸，该第一直角三角形的斜边所在面为过流面。
[0007]可选地，所述左边墙挑坎和所述右边墙挑坎的水平截面形状为第二直角三角形，该第二直角三角形的长直角边部分与边墙贴合，该第二直角的斜边所在的面为过流面，与
所述底板挑坎的过流面相贴交。
[0008]可选地，定义该第一直角三角形靠近所述尾水支洞上游的角度为α，该第一直角三角形的垂直高度为h1，定义该第二直角三角形靠近所述尾水支洞上游的角度为β，该第二直角三角形的垂直高度为h2，则满足以下关系： 10
°
≤α≤60
°
，10
°
≤β≤60
°
，0.3m≤h1≤2m，0.3m≤h2≤2m。
[0009]可选地，所述尾水支洞包括水平段和无压斜底坡段，所述无压斜底坡段位于所述水平段的上游，从所述尾水支洞的上游指向下游方向，所述无压斜底坡段逐渐升高。
[0010]可选地，所述左边墙挑坎、所述右边墙挑坎和所述底板挑坎设置在所述水平段。
[0011]可选地，所述左边墙挑坎、所述右边墙挑坎和所述底板挑坎为混凝土结构或者钢结构。
[0012]可选地，所述左边墙挑坎、所述右边墙挑坎和所述底板挑坎的过流断面收缩比δ范围为0.5～0.9。
[0013]可选地，所述全断面挑坎消能结构段与交汇岔口段起点的距离大于2 倍尾水支洞宽度。
[0014]可选地，所述交汇岔口段出口端中心线与所述尾水支洞中心线的夹角为120
°
～150
°
。
[0015]本技术实施例的有益效果是：一方面，当水流通过底板挑坎、左边墙挑坎和右边墙挑坎时，在左边墙挑坎的过流面和右边墙挑坎的过流面的作用下，水流将随过流面逐渐向尾水支洞的中部聚拢、收缩，当水流到达过流面末端时产生突扩，向尾水支洞的两侧散开；另一方面，当水流通过底板挑坎时，水流受到底板挑坎的作用产生跌落，由于全断面挑坎消能结构段的突扩和挑流消能作用，使得尾水支洞水流到达交汇岔口段时的能量减弱，支洞水流间的水力作用和水流对岔口边墙冲击反向波减弱，并且，下游所产生的反向冲击波向上游传播在到达全断面挑坎消能结构段的末端竖直面时会受到挑坎的影响而进一步削减冲击波对上游的影响，进而抑制闸前水流产生较大的压力脉动。此外，当单个尾水支洞运行时，全断面挑坎消能结构段能够抑制交汇岔口段引起的水流反向冲击波，并且，当两个或多个尾水支洞同时运行时，支洞流量调整时，同样能够起到抑制与相邻尾水支洞水流冲击作用和转弯处边墙的反作用同时产生的反向冲击波影响，也就是说，全断面挑坎消能结构段能在不同的工况下起到抑制反向冲击波作用，由此，可以降低对全断面挑坎消能结构段上游处(尾闸室)水流的影响，抑制闸前水流产生较大的压力脉动，避免机组功率的波动，有利于提高机组和电网的可靠性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本技术示例性实施例提供的尾水系统的平面布置图；
[0018]图2为图1的纵剖面图；
[0019]图3为本技术的全断面消能挑坎结构的俯视图；
[0020]图4为图3中的
Ⅰ-Ⅰ
剖视图；
[0021]图5为图4中的
Ⅱ-Ⅱ
剖视图。
[0022]图标：1-尾水支洞有压段；2-尾水支洞闸室；3-无压斜底坡段；4-无压水平底坡前段；5-全断面挑坎消能结构段；6-无压水平底坡后段；7-交汇岔口段；8-边墙；9-左边墙挑坎；10-右边墙挑坎；11-顶拱；12-底板挑坎；13-底板；14-尾水洞。
[0023]S-尾水支洞中轴线间距离，R
1-1号尾水支洞转弯半径，R
2-2号尾水支洞转弯半径，R
3-岔口半径，L
1-无压水平底坡前段长度，L
0-无压水平底坡总长度，B
1-尾水支洞宽度，B
2-尾水洞宽度，B
3-全断面挑坎收缩后宽度，H0-ꢀ
尾水支洞拱顶高度，H-边墙高度，l-全断面挑坎消能工长度，h
1-底板挑坎高度，h
2-侧边墙挑坎高度，α-底板挑坎挑角，β-侧边墙挑坎挑角，-尾水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支洞设置全断面挑坎消能结构的尾水系统，其特征在于，包括尾水支洞、交汇岔口段(7)和尾水洞(14)，所述尾水支洞为两个及以上，其通过相同转弯半径汇合在一起并与所述交汇岔口段(7)连通，该交汇岔口段(7)的出口转弯后与所述尾水洞(14)连通，每个所述尾水支洞的中部设置有由左边墙挑坎(9)、右边墙挑坎(10)和底板挑坎(12)组成的全断面挑坎消能结构段(5)，该底板挑坎(12)设置在所述尾水支洞的底板(13)上并沿所述尾水支洞的宽度方向延伸，所述左边墙挑坎(9)和所述右边墙挑坎(10)对应设置在所述尾水支洞的两个边墙(8)上，并沿所述尾水支洞的边墙(8)竖直高度方向延伸，三个挑坎起挑方向与水流方向一致。2.根据权利要求1所述的尾水系统，其特征在于，所述底板挑坎(12)的纵向截面形状为第一直角三角形，该第一直角三角形的一直角边沿水平方向延伸并与底板(13)贴合，该第一直角三角形的另一直角边沿竖直方向延伸，该第一直角三角形的斜边所在面为过流面。3.根据权利要求2所述的尾水系统，其特征在于，所述左边墙挑坎(9)和所述右边墙挑坎(10)的水平截面形状为第二直角三角形，该第二直角三角形的长直角边部分与边墙(8)贴合，该第二直角的斜边所在的面为过流面，与所述底板挑坎(12)的过流面相贴交。4.根据权利要求3所述的尾水系统，其特征在于，定义该第一直角三角形靠近所述尾水支洞上游的角度为α，该第一直角三角形的垂直高度为h1，定义该第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，郭志斌，何胜利，肖汉，麦先春，耿清华，王峻峰，李贵吉，隆元林，
申请(专利权)人：四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，
类型：新型
国别省市：