齒坎式窄縫消能工和消能方法
2023-04-24 21:25:26 1
齒坎式窄縫消能工和消能方法
【專利摘要】一種齒坎式窄縫消能工和消能方法。消能工，包括窄縫消能工，由坎和齒構成且交替排列，用於形成收縮比變化的水流出口，使流動分層，產生層間的流動紊動和摩擦，增加摻氣。消能方法，使用齒坎式窄縫消能工對高壩洩水建築物出口水流實施消能，步驟如下：使水流通過齒坎式窄縫消能工，進行分層，並使不同層的流動的流速不同，在不同層間的流動產生紊動和摩擦，增加消能；同時，流動分層以後，在垂向與空氣的接觸面積得以加大，從而增加摻氣，實現消能。本發明提高了洩流消能率約5％，大大減小對下遊河道的衝刷和破壞。
【專利說明】齒坎式窄縫消能工和消能方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水利水電工程洩水建築物中的一種消能工和消能方法，尤其涉及一種齒坎式窄縫消能工和與之相應的消能方法。
【背景技術】
[0002]隨著水利水電工程建設的高速發展，以窄河谷、高水頭和大洩量等為特徵的水利水電工程洩水建築物的洩洪消能問題尤為突出，新型消能工和消能方法的研究和開發，一直是工程設計中的重要問題。如，2013年首臺機組已經發電的溪洛渡水電站，壩高285.50m,設計洩量49023m3/s，洩洪功率近100000麗；正在建設的白鶴灘工程壩高277.00m，設計洩量達到48200m3/s，洩洪功率也達到96933MW。
[0003]窄縫消能工常用於水利水電工程洩水建築物，如表孔、中孔等出口，利用出口的收縮，使流動在垂向和縱向充分拉開，增加過流面積、增加流動在空中的摻氣，提高消能率，減輕和避免下遊河道的衝刷和破壞。窄縫消能方法和消能工由於結構簡單、消能率高，在工程中，如貴州的善泥坡水電工程的中孔、四川立洲工程和雲南丹達河等工程中都有良好的應用。基於流動在垂向和縱向充分拉開的特點，進一步研究提高消能率的措施，開發新型消能工，對水電工程的洩洪安全是重要的。
【發明內容】
[0004]本發明提出一種齒坎式窄縫消能工和消能方法，與傳統窄縫消能方法相比，可以提高消能率約5%，並具有良好的水力特性。
[0005]本發明採用如下技術方案:
[0006]一種齒坎式窄縫消能工，包括:窄縫消能工，所述窄縫消能工的窄縫側面由坎和齒構成，所述坎和齒交替排列，並用於形成收縮比變化的水流出口，使流動分層，產生層間的流動紊動和摩擦，增加摻氣。
[0007]一種齒坎式窄縫消能方法，使用齒坎式窄縫消能工對高壩洩水建築物出口水流實施消能，所述齒坎式窄縫消能工的窄縫側面由坎和齒構成，所述坎和齒交替排列，並形成收縮比變化和面積變化的水流出口，所述消能的步驟如下:
[0008]使水流通過所述齒坎式窄縫消能工，並通過齒和坎對流動進行分層，出口水流在齒和坎作用下分層，並使不同層的流動的流速不同，由此，在不同層間的流動產生紊動和摩擦，增加消能；同時，流動分層以後，在垂向與空氣的接觸面積得以加大，從而增加摻氣，實現消能。
[0009]本發明是通過在窄縫中增加齒坎來提高消能率的。其基本原理是，在出口窄縫中加設若干組齒坎，使流動分層，由於齒坎層間流動的實際過流面積尺寸不同，使流動流速不同，不同流速的流動在層間相互產生紊動和摩擦，隨著層間流動紊動和摩擦的增加，使更多能量得以消耗，從而增加消能；流動分層後，流動與空氣的接觸面積加大，流動摻氣增強，消能作用得到進一步增加。[0010]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0011]本發明利用消能工中的齒坎，對通過消能工的流動進行分層，分層後的流動，相互間的摩擦和水流摻氣增強，可以提高洩流消能率約5%，大大減小對下遊河道的衝刷和破壞。具體優點如下:
[0012](I)結構形式簡單，施工方便；
[0013](2)無空化問題；
[0014](3)流態穩定。
[0015]本發明對於水利水電工程洩水建築物，提高消能率、減小對下遊河道的衝刷和破壞是非常有意義的。本項發明結構簡單易行，有效性已得到試驗驗證。
[0016]本發明的目的、優點和特點，將通過下面優先實施例的非限制性說明進行圖示和解釋，這些實施例是參照附圖僅作為例子給出的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明齒坎式窄縫消能工結構及流動示意圖。
[0018]圖2是本發明齒坎式窄縫消能工結構細部俯視圖。
[0019]圖3是本發明齒坎式窄縫消能工結構細部側視圖。
[0020]圖4是實驗照片。
[0021]圖5是模型試驗坎高為a2=l.75cm的齒坎式窄縫消能工在四種不同齒坎數消能率比較的結果。
[0022]圖6是模型試驗坎高為a2=0cm的齒坎式窄縫消能工在四種不同齒坎數消能率比較的結果。
[0023]圖7是齒坎式窄縫消能工與傳統窄縫消能工消能率對比結果。
【具體實施方式】
[0024]本發明所述的一種齒坎式窄縫消能方法，即在傳統窄縫的基礎上，通過增設的齒坎增加消能。在此，齒坎的作用就是對出流的流動進行分層，通過層間產生的紊動、摩擦和增加流動慘氣，可以有效地提聞消能。
[0025]實施例1
[0026]一種齒坎式窄縫消能方法，使用齒坎式窄縫消能工對高壩洩水建築物出口水流實施消能，所述齒坎式窄縫消能工的窄縫側面由坎3和齒4構成，所述坎3和齒4交替排列，並形成收縮比變化和面積變化的水流出口，所述消能的步驟如下:
[0027]使水流通過所述齒坎式窄縫消能工，並通過齒4和坎3對流動2進行分層，出口水流在齒4和坎3作用下分層，並使不同層的流動的流速不同，由此，在不同層間的流動產生紊動和摩擦，增加消能；同時，流動分層以後，在垂向與空氣的接觸面積得以加大，從而增加摻氣，實現消能。
[0028]在本實施例中，對出流水舌進行分層採用水平分層或擴散式分層，分層後的各層層間高度相等，也可以根據具體情形，採用不同層間高度的分層。
[0029]實施例2
[0030]一種齒坎式窄縫消能工，包括:窄縫消能工，所述窄縫消能工的窄縫側面由坎3和齒4構成，所述坎3和齒4交替排列，並用於形成收縮比變化的水流出口，使流動2分層，產生層間的流動紊動和摩擦，增加摻氣。
[0031]齒坎式窄縫消能工，其結構是在窄縫出口中設置了若干齒3和若干坎4，齒坎對出流水舌進行分層，從而使不同層的流動可以產生紊動和摩擦；同時，流動分層以後，水舌與空氣接觸的總表面積增加，達到增加流動摻氣、提高消能率的目的。
[0032]下面參照附圖，對本發明的【具體實施方式】做出更為詳細的描述。
[0033]本發明所涉及的一種齒坎式窄縫新型消能工，如圖1-圖3所示，其中，B為洩水孔寬，b為出口寬，L為消能工長度，B1和a2分別為齒和坎的寬度，C1和C2分別為齒和坎的高度，h。為齒坎總高。
[0034]對於傳統窄縫消能方法和消能工，只有收縮，沒有齒坎，即對於如圖3結構中，?2=?1，出口覽度等於b (=Bja1)，流動在尚開出口時以覽度b流出，沒有本發明的流動分層，即不能產生本發明通過分層產生層間的不同流速，從而產生層間的強烈的紊動和摩擦作用；此外，傳統窄縫消能方法和消能工，水舌的水深即為側邊與空氣的接觸邊長，而在本發明的齒坎式窄縫消能方法和消能工中，側邊與空氣接觸邊長增加了長度為(a1-a2) X2n，在此，η是坎的數量，與空氣接觸的邊長增加的結果，出口水舌的摻氣作用增加，消能提高。
[0035]下面結合模型試驗實施例對本發明作出更為詳細的說明。
[0036]圖4是試驗裝置系統和齒坎式窄縫消能工物理模型實物照片，試驗裝置系統包括:水泵電機、進水管、供水平水塔、模型工作段、回水系統。模型工作段由短有壓進口段、無壓段和齒坎式窄縫消能工段組成，用有機玻璃製作；模型按重力相似準則設計，以某工程1/40比尺設計。進口段的功能是提供平穩的來流，其模型長0.65m，寬0.15m和高0.19m；無壓段0.55m，寬0.15m和`高0.30m，出口帶有齒坎式窄縫消能工；消能工長0.1125m，從B=0.15m收縮到b=0.08m。試驗裝置最大流量400L/s，試驗水頭2.0Om0
[0037]運用上述模型，專題研究了齒坎式窄縫消能工的消能特性，並與傳統的窄縫消能工進行了對比，試驗方案見表1，具體參數含義如圖1-圖3。消能工的消能率可以表示為:11 = (?-?)/?^*?=^!^+%2)/%)是來流行近流動水頭^1=V(V12VQg)是水舌上緣落點位置水頭(見圖1)。
[0038]表1方案名稱，出口幾何參數，特徵符號[0039]
【權利要求】
1.一種齒坎式窄縫消能工，包括:窄縫消能工，其特徵在於，所述窄縫消能工的窄縫側面由坎3和齒4構成，所述坎3和齒4交替排列，並用於形成收縮比變化的水流出口，使流動2分層，產生層間的流動紊動和摩擦，增加摻氣。
2.一種齒坎式窄縫消能方法，其特徵為，使用齒坎式窄縫消能工對高壩洩水建築物出口水流實施消能，所述齒坎式窄縫消能工的窄縫側面由坎3和齒4構成，所述坎3和齒4交替排列，並形成收縮比變化和面積變化的水流出口，所述消能的步驟如下: 使水流通過所述齒坎式窄縫消能工，並通過齒4和坎3對流動2進行分層，出口水流在齒4和坎3作用下分層，並使不同層的流動的流速不同，由此，在不同層間的流動產生紊動和摩擦，增加消能；同時，流動分層以後，在垂向與空氣的接觸面積得以加大，從而增加摻氣，實現消能。
3.根據權利要求2所述的齒坎式窄縫消能方法，其特徵為，對出流水舌進行分層採用水平分層。
4.根據權利要求2所述的齒坎式窄縫消能方法，其特徵為，對出流水舌進行分層採用擴散式分層。
5.根據權利要求2所述的齒坎式窄縫消能方法，其特徵為，分層後的各層層間高度相坐寸ο
【文檔編號】E02B8/06GK103774625SQ201410029549
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】吳建華, 姚莉, 馬飛, 錢尚拓, 王宇, 李書芳, 柳楊 申請人:河海大學