[发明专利]一种抗蚀型内流孔板消能工

说明书

本发明提供一种新型的能够在有压泄洪洞内抗空蚀的内流孔板消能工，主要由一个布置在泄洪洞内的孔洞型孔板和布置在孔板上游侧的消涡环组成。利用流经预先打孔位置处的高速水流来控制孔板后流动分离区的位置，不仅保证了孔板消能工的消能效率，同时降低了较小收缩比孔板消能工的空蚀风险。

技术领域

本发明属于水利工程中的泄洪消能技术领域，涉及一种新型的能够在有压泄洪洞内抗空蚀的内流孔板消能工。

背景技术

泄洪消能是大坝建设中的一个关键性技术问题，其中，泄洪指宣泄大坝上游多余的水量，消能指消除大坝上下游的势能。合理的选择泄洪建筑物的型式及消能方式，对整个水利工程的安全和高效的运行具有十分重要的意义。

一般百米以上的高坝，由于具有水头高、流量大、河谷狭窄导致泄洪建筑物单宽流量大、泄洪功率巨大的特点，故多采用组合泄洪及消能方式，如坝身泄水和泄洪洞引流共同泄洪。泄洪洞内消能工主要有三种形式：竖井式、孔板式和洞塞式。其中，孔板消能工是利用水流在压力驱动的条件下，使水流经过孔板前后产生突缩和突扩，迫使流线发生急剧弯曲，从而达到消煞能量的目的。

虽然传统的孔板内流消能工具有过流能力强、消能效果好(消能率可达40％～60％)、经济实用的特点而应用于实际工程中。然而，由于流经孔板的水流流线发生急剧弯曲，孔板后水流与主流发生流动分离，致使该区域常常出现空化现象。这种空化现象对于消能建筑物的自身安全运行存在潜在的威胁(空化发生在建筑物边壁产生空蚀)。

因此，如何最大限度的发挥孔板消能工的消能效果，同时又可保证该消能设施的自身安全就成为有压泄洪消能研究的难点。

发明内容

本发明旨在针对现有有压泄洪洞内孔板内流消能工中存在的问题，提供一种抗蚀型内流孔板消能工，在保证消能效率的同时，降低甚至消除空化现象带来的消能建筑物自身运行的安全隐患。

本发明的主要构思是，在传统孔洞型孔板上预先打孔，利用流经孔板预先打孔位置水流的能量，驱使下游孔板后主流与回流区相互强烈剪切的空化发生区域远离孔板后的泄洪洞内壁，由此即可保证孔板消能工的消能效率，又可避免其潜在的空蚀风险。本发明特别适用于较小收缩比的孔洞型孔板消能工。

本发明提供一种抗蚀型内流孔板消能工，包括布置在泄洪洞段面上的孔洞型孔板和设置在孔板的迎流面上的消涡环，所述消涡环的断面形状为直角三角形，直角三角形斜边对应的平面形成沿水流方向的收缩环面。

所述收缩环面，是指消涡环的过流面为沿水流方向渐收的倒喇叭形曲面，从而将水流顺利过渡到孔板的孔洞。

进一步地，所述孔板中心设置有一个中心过流孔，过流孔周围的孔板上均匀设置有小孔。优选地，所述所述小孔为四个，均匀对称地分布在过流孔的上下左右。

进一步地，所述消涡环内沿直径满足使小孔布置在内沿范围内的孔板上；更进一步地，消涡环内沿与孔板的小孔外沿齐平，消涡环外沿与孔洞型孔板外沿齐平。

消涡环可使水流从孔板上游平顺过渡到孔板中心孔洞处，同时，可以增加孔板的结构强度。

进一步地，所述过流孔的过流壁面为倾斜面，形成沿水流方向外扩的喇叭形过流孔。

优选地，所述过流孔壁面倾斜角度为30°。

进一步地，孔洞型孔板的小孔的轴线平行于泄洪洞轴线，中心的过流孔圆心位于泄洪洞轴线上。

进一步地，4个小孔的孔径为d'＝(D-d)/12，其中D为泄洪洞直径，d为中心过流孔孔径，d′为小孔孔径。

进一步地，孔洞型孔板的孔径d和泄洪洞直径D的比η＝d/D＝0.3～0.5。

进一步地，所述孔洞型孔板厚度t为0.062～0.174D。