一种用于山体水流消能的水工隧洞结构制造技术

本发明专利技术公开了水工隧洞技术领域的一种用于山体水流消能的水工隧洞结构，包括入流管道、消能隧洞和出流管道，消能隧洞内设有若干的螺旋叶片，且消能隧洞内壁设有蓄能组件；蓄能组件包括蓄能管道，蓄能管道一侧设有入流口，入流口朝向入料管道一侧，蓄能管道内挤压板和推板，挤压板和推板之间形成密闭的空腔，挤压板和推板相互靠近一侧均对称设有两个橡胶球，且设第一个橡胶球与蓄能管道内顶壁之间的间距为h，第二个橡胶球与蓄能管道内底壁之间的间距为H，两个橡胶球之间的间距为x，橡胶球的直径为r，其中r大于h、H和x。本发明专利技术结构简单，通过蓄能组件的设计，针对不同汛期进行蓄能并加强效能效果。能并加强效能效果。能并加强效能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于山体水流消能的水工隧洞结构


[0001]本专利技术属于水工隧洞
，具体是一种用于山体水流消能的水工隧洞结构。

技术介绍

[0002]水利工程中，在山体水工隧洞常用于泄水。由于山体上下游水位势能差较大，隧洞中宣泄出来水流流速很大，不可避免的对下游河床产生冲刷破坏，工程中通常采取必要的措施以消除宣泄水流的部分能量，降低危害。以往的措施是通过在水流出流部位采取工程措施，为消能池、跌坎、消能戽斗、挑流鼻坎结合冲刷坑这四种工程措施消能。上述设置其工程量和工程成本相对较大，对山体的安全稳定也会产生安全隐患。同时，以上的方法均只采用了一次消能的方法，消能效果并不佳。为此有必要提出一种用于山体水流消能的水工隧洞结构，以针对不同情况加强消能效果并蓄能减少工程投入量。

技术实现思路

[0003]为了解决上述只采用了一次消能的方法，消能效果并不佳问题，本专利技术的目的是一种用于山体水流消能的水工隧洞结构，通过蓄能组件的设计，针对不同汛期进行蓄能并加强效能效果。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于山体水流消能的水工隧洞结构，包括入流管道、消能隧洞和出流管道，入流管道和出流管道分别连通于消能隧洞上端和下端，消能隧洞内设有若干的螺旋叶片，且消能隧洞内壁设有蓄能组件；
[0005]蓄能组件包括蓄能管道，蓄能管道一侧设有入流口，入流口朝向入料管道一侧，蓄能管道内挤压板和推板，挤压板和推板之间形成密闭的空腔，挤压板和推板相互靠近一侧均对称设有两个橡胶球，且设第一个橡胶球与蓄能管道内顶壁之间的间距为h，第二个橡胶球与蓄能管道内底壁之间的间距为H，两个橡胶球之间的间距为x，橡胶球的直径为r，其中r大于h、H和x；
[0006]挤压板和推板上的橡胶球能够相互接触并挤压。
[0007]基础方案的原理是：水流首先流动至入流管道处，水流沿着入流管道流动至消能隧洞处，通过消能隧洞对大量水流的消能后，水流随之流动至出流管道处流出；当水流流动至消能隧洞时，水流将会首先接触到蓄能管道内螺旋叶片，其中水流主要以贴壁旋流的方式旋转跌落到下级阶梯。消能主要在阶梯螺旋跌水过程中实现，其机理是利用阶梯跌水来进行消能。
[0008]当水流流动至消能隧洞内时，水流也随之流动至蓄能管道内，水流将会首先接触到挤压板，当挤压板处的水流积累越多之后，挤压板处的压力将会逐渐增加，同时当压力达到一定程度后，挤压板将会被水流的势能推动，由此因为空腔内压强恒定，所以推板将随着挤压板的移动而被空腔内的压强推动进行移动，当此时为暴雨等情况时，推板将会被推动至靠近蓄能管道的端部内壁，此时因为推板已经达到蓄能管道的端部，此时外部的水流势能依然在进行增加，所以挤压板将继续进行移动，此时空腔内的体积将会逐渐变小但是压
强将会变大，直至橡胶球之间相互接触；
[0009]其中因为橡胶球的直径r大于h、H和x，所以四个橡胶球将会相互挤压并贴合，四个橡胶球在相互挤压的时，橡胶球内的体积将会逐渐变小但是空腔内的气体分子数量并未产生改变，所以橡胶球内部的压强将会变大，并且在橡胶球靠近时其产生形变的过程中将会形成兜状，进而将部分挤压流出的气体又被导向至橡胶球内部，由此橡胶球内部将形成相应的高压区，从而使橡胶球挤压接触并实现一定的蓄能，同时蓄能管道内也将会蓄积一定量的水，当外部的雨量变小时，挤压板处所受到的压力将会减少，此时橡胶球处因为受到的推力减少，所以其因为之前所蓄积的动能将会在压力减少的作用下产生相应较大的反作用动能，从而对挤压板施加较大的推力，而挤压板在往入流口处移动，并且推动蓄能管道内的水流流动至消能隧洞。
[0010]基础方案的有益效果是：1、螺旋叶片可以将水流导向旋转，在导向过程中逐步套取水流能量并分散流场中的涡流，从而更加充分地消耗水流动能，相较于普通消能隧洞，在同等长度的条件下使用螺旋叶片可提高消能效率，同时由于消能隧洞中存在滑移、摩擦等流体阻力，会造成一定程度的压力损失。使用螺旋叶片可以降低管道内的局部流速，减小流体阻力，从而进一步降低管道压力损失；螺旋叶片的几何形状可以根据不同的工况和流量特性进行调整，具有很强的适应性。
[0011]2、过蓄能组件的设计，可在外部处于汛期时将雨水进行蓄积，而当外部处于非汛期，并且消能隧洞因为内部水量较少从而消能不够充分时为消能隧洞提供一定的水量补充，进而使消能隧洞保持较为稳定高效的消能效果。
[0012]进一步，挤压板和推板顶部和底部均固定连接有滑块，蓄能管道内顶壁和内底壁处均设有滑槽，滑块位于滑槽内，且挤压板和推板与蓄能管道均通过滑块和滑槽滑动配合。
[0013]基础方案的有益效果是：当挤压板在反作用力下往入流口处移动时，滑槽和滑块可为挤压板的位置进行一定的限制，进而减少挤压板脱离蓄能管道的问题。
[0014]进一步，若干的螺旋叶片处均设有排气孔。
[0015]基础方案的有益效果是：当水流在消能隧洞内进行流动至，也可带动排气孔处进行相应的排气，其排气效果较优，尽管垂直阶梯底角处会存在空腔负压区，但最小空化数底，空化空蚀风险较低。
[0016]进一步，若干的螺旋叶片的圆心角均为60
°‑
70
°
。
[0017]基础方案的有益效果是：能够减小涡流的产生，并且连接管材和螺旋叶片之间的水流速度分布也更加均匀。这样可以有效避免管道内部发生水锤等现象，提高运行的稳定性和可靠性；并且过大的圆心角也容易引起流阻力增大和压损升高。
[0018]进一步，入流管道和出流管道的长度相同，且入流管道和出流管道的长度均小于蓄能管道的长度。
[0019]基础方案的有益效果是：消能隧洞的长度越长，消能过程中产生涡流的可能性就越小。由于涡流对于消能效果的影响较大，增加消能隧洞的长度也可以有效减少其影响，从而提高管道的消能效率和稳定性；相同的流量在长管道中传输时，产生的流体阻力和压力损失也相对较小。消能隧洞长度大于入流管道和出流管道的长度，可以有效降低管道压力损失，减小能量损耗。
[0020]进一步，入流管道和出流管道的直径均小于消能隧洞的直径。
[0021]基础方案的有益效果是：入流管道和出流管道的较小直径可以将高速的水流逐渐减缓，从而降低水流动能引起的水头、水压等问题，在很大程度上有效地控制了水流的流速；并且由于入流管道和出流管道的流速变慢，能够有效减少夹带泥沙等杂物对消能隧洞的冲刷破坏和管道内积淀沉积。同时，消能隧洞的直径要比入流口和出流口大，可以进一步避免管道内积沙石对管道性能的影响。
[0022]进一步，螺旋叶片上均设有若干的摩擦纹。
[0023]基础方案的有益效果是：水流穿过消能管道时产生强烈的涡流和附着现象，会导致管道的卡顿和噪声等问题。而设置摩擦纹可以有效减少这种卡顿现象，提高管道的运行稳定性；同时消能管道通常安装在水流较为湍急的环境中，易受到泥沙、石块等杂物的冲刷和磨损。摩擦纹设计可以增加管道表面的粗糙度，抑制沉积和磨损，保证管道的寿命和性能稳定。
[0024]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于山体水流消能的水工隧洞结构，其特征在于：包括入流管道、消能隧洞和出流管道，入流管道和出流管道分别连通于消能隧洞上端和下端，消能隧洞内设有若干的螺旋叶片，且消能隧洞内壁设有蓄能组件；蓄能组件包括蓄能管道，蓄能管道一侧设有入流口，入流口朝向入料管道一侧，蓄能管道内挤压板和推板，挤压板和推板之间形成密闭的空腔，挤压板和推板相互靠近一侧均对称设有两个橡胶球，且设第一个橡胶球与蓄能管道内顶壁之间的间距为h，第二个橡胶球与蓄能管道内底壁之间的间距为H，两个橡胶球之间的间距为x，橡胶球的直径为r，其中r大于h、H和x；挤压板和推板上的橡胶球能够相互接触并挤压。2.根据权利要求1所述的用于山体水流消能的水工隧洞结构，其特征在于：挤压板和推板顶部和底部均固定连接有滑块，蓄能管道内顶壁和内底壁处均设有滑槽，滑块位于滑槽内，且挤压板和推板与蓄能管道均通过滑块和滑槽滑动配合。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜燕，苏卜坤，乐金朝，王文龙，
申请(专利权)人：广东省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：