[实用新型]一种超低佛氏数下的联合消能结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利水电技术领域，具体的说是一种超低佛氏数下的联合消能结构。

背景技术

目前在国内外低佛氏数底流消能仍是一个难题。在大单宽流量(200m³/s·m)、超低佛氏数(Fr=1～2)，上下游水位落差小的消力池内消能率极低，尾坎处水面严重雍高，出池水流形成二次水跃，下游很远范围内水面波动较大，河床和两岸边坡冲刷严重。在消力池内布设梯形墩和T型墩等辅助消能工后，由于下游水深较大，辅助消能工作用不明显。在溢流堰尾部增设趾墩后，能迫使入池主流下潜，增大水流水深方向的流速梯度，增强水流水深方向的剪切掺混作用，提高消力池的消能率，但一方面趾墩处存在流速大，趾墩两侧面压力小，水流易出现空化空蚀的问题，同时另一方面梯形墩两侧流速高达15m/s，超过设计规范允许值，两侧及顶部动水压力小，容易发生空化空蚀破坏。

专利号为200920198594.6的实用新型专利“宽尾墩跌坎底流消能结构”中提出在闸墩中部或尾部布置宽尾墩，溢流坝面反弧段末端与斜坡段平滑连接，斜坡段末端与消力池底板之间形成具有高度差的跌坎，这种消能工结构可以避免或减小宽尾墩收缩水流及坝面告诉水流对底板的冲击，降低坝面水流进入消力池的临底流速，提高消力池底板的安全性。对于一些上下游水位差较小，单宽流量较大的工程，底板冲击压力不大，设置跌坎后，跌坎下的水流不易紊动，不能充分利用消力池竖向的空间，另一方面由于跌坎的存在，入池水流的主流一般达到不到池底，限制了池底辅助消能工的布置。因此这类工程的消能问题不能得到很好的解决。

专利号为00251460.5的实用新型专利“宽尾墩—阶梯式坝面—戽池联合消能结构”中提到采用宽尾墩、阶梯式坝面和戽池三者联合的泄洪消能结构，即在溢流坝体上部闸墩的下游侧设置有宽尾墩，宽尾墩的下方连接有阶梯坝面，阶梯坝面的末端连接有戽池。此种结构泄洪水利用阶梯坝面消能的同时，又利用了宽尾墩坝面无水区对阶梯底部进行自然通气以避免空化和空蚀。部分工程受地形地质条件的影响，宽尾墩后溢流坝面很短，阶梯式溢流坝面消能作用不明显，且对入池水流流态有一定的影响。对于下游水位变幅大，单宽泄流量大的径流式电站戽池消能不太适用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种将非完全宽尾墩、消力池和梯形墩相结合的超低佛氏数下的联合消能结构。

本实用新型超低佛氏数下的联合消能结构，包括闸门、闸墩和闸孔，至少一个闸孔两侧的闸墩尾部设置宽尾墩，所述设有宽尾墩的闸孔呈不连续布置。

所述闸门下设消力池，所述消力池的底板上设有梯形墩。

所述宽尾墩的横截面近似直角梯形，直角梯形的斜腰位于闸孔内侧，直角腰位于闸孔外侧。

所述宽尾墩的收缩比取值范围为0.25～0.533，扩散角的取值范围为12.68°～21.8°。

所述梯形墩的高度为消力池的尾坎高度的1/4～2/5。

所述梯形墩的顶面与两侧面、顶面与上游斜面边缘分别倒角呈45°。

所述消力池尾部为直角或者斜坡尾坎。

部分闸室布设宽尾墩相对于全部闸室布置宽尾墩而言，一方面减小了宽尾墩对泄水建筑物泄流能力得到影响，另一方面增大了水流横向扩散的空间，增强了消力池首部水流的立轴旋滚，同时由于宽尾墩的横向束窄作用，水流竖向被拉伸，主流与梯形墩充分接触，加强了水流的横轴旋滚，同时由于水流的三维不规则紊动，消除了梯形墩处流速大、压力小、易空蚀的问题。

本实用新型超低佛氏数下的联合消能结构的优点是：

1、可以在较大变幅的尾水位条件下运行；

在低水头水利枢纽运行过程中，下游水位会根据下泄流量和下游梯级调水量产生较大幅度的变化，采用“非完全式宽尾墩”，一方面，在尾水位较低时，着重强化出闸水流的平面扩散作用，间隔地布置宽尾墩使得进入消力池的流束在平面上有一定的扩散空间，不会产生集中水流；另一方面，当尾水位较高时，出闸水流经过宽尾墩束窄作用后，沿水深方向明显扩散，一部分跃出水面掺入大量气体，一部分潜入池底与辅助消能工充分作用，从而提高消能效果。

2、对泄水建筑物的泄流能力影响小；

泄水建筑物的泄流能力是通过全部闸门全部开启来作为控制因素的，非完全宽尾墩联合消能工，一方面只在部分闸孔布置宽尾墩，相对于全部闸孔布置宽尾墩，对泄水建筑物的影响要小；另一方面低佛氏数、大单宽流量的电站，通常在校核洪水、设计洪水工况下，上下游水位差较小，宽尾墩的阻水作用不明显，单孔对泄流能力影响较小。

3、消能率稳定，能稳定的控制出池水流的流速及流态，减小下游河道的冲刷；