專利名稱：：高低坎底流消力池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于高水頭、大單寬流量的底流消能技術(shù)，具體地是一種高低坎底流消力池。技術(shù)背景泄洪前沿寬度有限、單寬流量較大的泄洪消能問題一直是困擾水利工程的一個(gè)大問題。現(xiàn)有技術(shù)條件下，高水頭、大單寬流量的底流消能技術(shù)是采用帶跌坎的消力池，跌坎分為連續(xù)坎和高低坎兩種情況。連續(xù)坎消力池和高低坎消力池示意圖見圖l。其中，圖中各數(shù)字代表意義為1——泄槽底板；2——高跌坎；3——低跌坎；4——消力池；5——消力池底板；6——消力池尾坎；7——海漫；8——下游河床；9——泄槽邊墻。跌坎消力池的池內(nèi)流態(tài)與跌坎高低、消力池尾坎高程及下游水位密切相關(guān)。消力池尾坎高程往往根據(jù)消力池檢修時(shí)的下游水位加一定的安全裕度確定，跌坎頂面高程宜低于消力池尾坎高程。在跌坎高程一定的情況下，當(dāng)下游水位低于尾坎高程時(shí)，消力池內(nèi)流態(tài)由尾坎高程決定；當(dāng)下游水位高于尾坎高程時(shí)，池內(nèi)淹沒度增大，池內(nèi)流態(tài)與下游水位相關(guān)。在下游水位和尾坎高程一定的情況下，隨著跌坎高度由小到大，消力池內(nèi)的淹沒度逐漸減小，池內(nèi)流態(tài)依次為回復(fù)底流一淹沒射流一面流。回復(fù)底流時(shí)，消力池底板臨底流速和脈動(dòng)壓強(qiáng)較大，消力池遭受破壞的風(fēng)險(xiǎn)增大；淹沒射流時(shí)，消力池內(nèi)消能充分，底板臨底流速和脈動(dòng)壓強(qiáng)降低，消力池的安全性能加大；面流時(shí)，主流漂浮在水面，消力池內(nèi)消能效率低，出池后水面波動(dòng)較大，對(duì)下游河床及兩岸岸坡的沖刷加大，往往不能滿足通航河段的要求。對(duì)于高低坎消力池，池內(nèi)流態(tài)為淹沒射流時(shí)消能充分，消力池運(yùn)行較為安全。在跌坎高度適宜的情況下，可以保證消力池內(nèi)均為淹沒射流流態(tài)。通過工程模型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)消力池內(nèi)流態(tài)為淹沒射流時(shí)，存在流態(tài)不穩(wěn)定的的問題，在渲泄大洪水時(shí)(ioo年一遇以上洪水)，消力池尾坎和消力池內(nèi)的水面波動(dòng)均較大，尤其是消力池內(nèi)形成的周期波波幅較大，對(duì)尾坎處的水面波動(dòng)影響較強(qiáng)，影響消能效率和消力池的安全。李艷玲等人研究了多股水平淹沒射流水力特性的影響因素，試驗(yàn)中考察了中孔泄槽為矩形、等寬體型和漸變擴(kuò)大體型兩種方案，發(fā)現(xiàn)漸變擴(kuò)大體型時(shí)，由于中孔出口水舌很薄，主流進(jìn)入消力池后容易上下擺動(dòng)，形成的淹沒射流不穩(wěn)定，同時(shí)主流迅速下潛，致使消力池底板上的水流沖擊動(dòng)壓增加。
發(fā)明內(nèi)容為了解決跌坎消力池內(nèi)及尾坎處水面波動(dòng)較大的問題，我們對(duì)高低坎方案的體型進(jìn)行了研究。通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)高坎在平面上采用合適的收縮角，可以解決這一問題。但對(duì)邊高坎的外側(cè)墻不收縮。這樣避免了跌坎邊墻處立軸漩渦的產(chǎn)生。該體型見圖2，圖中e為高坎平面收縮角。高坎收縮角的最大值9max可根據(jù)公式(1)進(jìn)行估算。公式(1)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中9max^邊線與泄槽中心線的最大收縮角(單位度)；K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般K^3.0;h——收縮段起、止斷面的平均水深(單位米)；V——收縮段起、止斷面的平均流速(單位米)；下泄水流射入消力池內(nèi)的入水點(diǎn)與上下游水頭差和淹沒度有關(guān)，入水點(diǎn)距跌坎末端的水平距離L(即射程)可根據(jù)能量方程初步估算。在淹沒出流的情況下，公式計(jì)算會(huì)有誤差，L值宜通過模型試驗(yàn)確定。為保證高坎上的水流在射入消力池的入水點(diǎn)上交匯，高坎邊墻收縮角e可根據(jù)L值通過公式(2)計(jì)算。公式(2)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中L——高坎水流射入消力池內(nèi)的入水點(diǎn)距跌坎末端(即收縮段末端)的水平距離(單位米)；B——高坎泄槽收縮末端的過水?dāng)嗝鎸挾?單位米)；9——收縮段高坎邊墻與泄槽中心線的水平夾角(單位度)；高坎水流受縮后，能改變?nèi)氤厮髟阢U垂面上的分布，在下游水位較高時(shí)，可使部分水體入池位置適當(dāng)提高，以減小淹沒度，充分發(fā)揮淹沒射流的特性，延長水流到達(dá)池底板的距離，削弱表面周期波，提高效果，減小尾坎處的水面波動(dòng)。圖1:現(xiàn)有的高低坎消力池；圖2:本發(fā)明提供的高低坎底流消力池。其中1——泄槽底板；2——高跌坎；3——低跌坎；4——消力池；5——消力池底板；6——消力池尾坎；7——海漫；8——下游河床；9——泄槽邊墻；10——消力池邊墻；11——高坎平面收縮；0——高坎平面收縮角。實(shí)施例某大型水電站樞紐工程，裝機(jī)6400MW，采用混凝土重力壩，最大壩高162m。設(shè)計(jì)洪水(P=0.2%)入庫洪峰流量41200m3/s，校核洪水(P=0.02%)入庫洪峰流量49800mVs。其中，校核洪水情況下上下游水位差約85m，最大下泄總功率約40000MW，消力池內(nèi)最大單寬流量為225mVs，消力池入池流速達(dá)38m/s~42m/s。因環(huán)境條件限制采用高低坎底流消力池消能。消力池長度228m，池內(nèi)設(shè)中導(dǎo)墻，分為兩個(gè)對(duì)稱的消能區(qū)。消利池底板高程245m，尾坎高程270m。高跌坎坎頂高程262m，低跌坎坎頂高程255.5m。試驗(yàn)中首先進(jìn)行高坎不收縮的試驗(yàn)測量，發(fā)現(xiàn)在IOO年一遇以上洪水時(shí)消力池內(nèi)和尾坎上的水面波動(dòng)均比較大，池內(nèi)形成了周期波。為了減小水面波動(dòng)和削弱周期波，進(jìn)行了多種方案的試驗(yàn)研究，從中發(fā)現(xiàn)對(duì)高坎出口收縮的方案對(duì)減小水面波動(dòng)和削弱周期波的效果比較顯著?？梢哉J(rèn)為高坎出口收縮是解決這一問題比較理想的方法。以下是水工模型試驗(yàn)中的一組對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)比方案一和方案二的泄洪布置格局一致，高坎、低坎頂面高程相同，消力池布置完全相同。唯一不同之處在于方案一采用高坎、低坎均為等寬出口；方案二采用低坎等寬出口，高坎平面對(duì)稱收縮，高坎邊墻平面收縮角e為2.1度。試驗(yàn)中測量了消力池臨底流速和消力池內(nèi)水面波動(dòng)和尾坎處的水面波動(dòng)，實(shí)測數(shù)據(jù)見表i。表l對(duì)比方案試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>試驗(yàn)成果表明，采用表孔出口跌坎平面收縮后，消力池的臨底流速和消力池表面的水面波動(dòng)明顯減小，尤其是在泄大洪水時(shí)消力池尾坎處的水面波動(dòng)值降低較多，在泄P-0.2。/。的洪水時(shí)，尾坎處水面波動(dòng)值降低了近40%，大大提高了消力池的消能效率。權(quán)利要求1、高低坎底流消力池，包括高坎，其特征在于對(duì)高坎在平面上采用合適的收縮角θ，但對(duì)邊高坎的外側(cè)墻不收縮。2、根據(jù)權(quán)利要求i所述的高低坎底流消力池，其特征在于收縮角e按式(2)進(jìn)行計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中L——高坎水流射入消力池內(nèi)的入水點(diǎn)距跌坎末端(即收縮段末端)的水平距離(單位米)；B——高坎泄槽收縮末端的過水?dāng)嗝鎸挾?單位米)；e——收縮段高坎邊墻與泄槽中心線的水平夾角(單位度)。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于高水頭、大單寬流量的底流消能技術(shù)，具體地是一種高低坎底流消力池。本發(fā)明對(duì)高坎在平面上采用合適的收縮角，但對(duì)邊高坎的外側(cè)墻不收縮。高坎水流受縮后，能改變?nèi)氤厮髟阢U垂面上的分布，在下游水位較高時(shí)，可使部分水體入池位置適當(dāng)提高，以減小淹沒度，充分發(fā)揮淹沒射流的特性，延長水流到達(dá)池底板的距離，削弱表面周期波，提高效果，減小尾坎處的水面波動(dòng)。這樣避免了跌坎邊墻處立軸漩渦的產(chǎn)生。文檔編號(hào)E02B8/00GK101215828SQ20071030344公開日2008年7月9日申請日期2007年12月28日優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日發(fā)明者馮樹榮,張永濤,張苾萃,張金婉,曾雄輝,潘江洋,浩程,龔德瑜申請人:中國水電顧問集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院