翼型洞塞消能工的制作方法

本实用新型涉及水利水电工程，具体为一种有效消除水流能量，避免产生空化空蚀破坏的翼型洞塞消能工。

背景技术：

水利水电工程中，有压泄洪洞作为泄洪的一种有效方式，承担着较为重要的作用，由于洞内流速常常很大，工程上往往采用各种方式在其沿程进行消能。有压隧洞沿程消能的中心思想就是，利用过流边界的急剧束窄或者扩散引起的水流流线的剧烈变化造成的水头损失进行消能。

目前，常用的消能工为孔板消能工和洞塞消能工两种，孔板消能工已成功应用到水利工程当中，其消能主要发生在孔板突扩后的强紊动剪切区，然而由于孔板锐缘流速大，水流分离，进而造成该部位极易发生空化现象。

而洞塞消能工，其针对顺直洞塞进口处压强低容易发生空化的弱点，对其抗空化性能进行了改进，然而，该洞塞虽然对顺直洞塞的抗空化性能进行了优化，但是对于能量的进一步消除却没有明显的作用。另外，诸多试验证明，洞塞进口位置由于体型突缩的缘故，该断面流速急剧增大而压强大幅减小，从而使得洞塞进口位置极易发生空蚀空化，洞塞收缩断面由于洞径减小，该断面流速急剧增大，从而使得压强大幅下降，这将导致该断面空化数减小，从而增大空蚀空化风险。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的就是现有水利水电工程中，泄压洪洞洞塞消能工可能产生空化空蚀破坏的问题，提供一种有效消除水流能量，避免产生空化空蚀破坏的翼型洞塞消能工。

本实用新型的翼型洞塞消能工，设置在泄洪洞内，其特征在于该翼型洞塞消能工包括泄洪洞塞和翼型扩散部，泄洪洞塞设置在泄洪洞内，翼型扩散部设置在泄洪洞塞入口处，翼型扩散部内部空心，其空心处呈圆台状，翼型扩散部入口处的内径大于泄洪洞内径，翼型扩散部入口处上、下两侧与水流的水平面之间分别形成一个泄压空间。

所述的翼型扩散部迎水斜面与水流平面的夹角α为锐角。

所述的翼型扩散部出口处的内径等于泄洪洞塞入口处内径。

所述的泄洪洞塞内部空心处为倾斜的收缩式洞塞，入口处内径大于出口处内径。

所述的泄洪洞塞内部空心处为阶梯状的台阶洞塞，入口处内径大于出口处内径。

所述的泄压洞内径为D₀ ，泄洪洞塞长度L₂ =（0.35~2.0）D₀ ，出口处的内径D₁与进口处的内径D₂ 之比D₁ /D₂ =0.7~1，D₁ =（0.25~0.75）D₀ ；翼型扩散部长度L₁ =（0.4~0.8）L₂ ，直径D₃ =（1.2~2.0）D₀ 。

本实用新型在常规洞塞消能工的首部位置增设一突扩结构，使洞塞束窄部分的水流沿扩散头部流动，由于边界的束缚作用，水体在扩散体内部的泄压空间产生强烈的旋滚从而实现能量耗散的大幅提高。突扩结构有利于增大有压洞的局部压强，进而增大该位置的空化数，并最终实现提高该处的抗空蚀空化能力的目的。

随着空化数减小至一定数值大小，空化云首先在洞塞进口处的角隅，即洞塞进口处泄压空间的漩涡区产生，随着空化数的减小，空化云不断在洞塞进口处沿径向发展，直至覆盖整个洞塞进口，随着空化数的进一步降低，空化云逐渐向下游发展直至覆盖整个洞塞段，洞塞进口段的管壁是首先遭受空蚀破坏的地方，这主要是由于洞塞进口部分凸角的存在，使得洞塞前部水体流线在该位置处发生急剧变化所致，故而提高该处的抗空蚀空化能力的关键在于减小水流断面收缩程度，因此在翼型扩散部的泄压空间部分迎水面设置一个与水流平面向为锐角的夹角α。

本实用新型的翼型洞塞消能工，结构简单，设计科学，使用方便，相对于现有的收缩洞塞或者是台阶洞塞，翼型洞塞除较大程度上地提高了前面两种洞塞的抗空蚀空化破坏能力以外，还大幅增加了该结构的消能效率，具有极大的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例2结构示意图。

图3为本实用新型流态示意图。

其中，泄洪洞1，翼型扩散部2，泄洪洞塞3，泄压空间4。

具体实施方式

实施例1：一种翼型洞塞消能工，设置在泄洪洞1内，泄洪洞1内径D₀ =3.0m，该翼型洞塞消能工包括泄洪洞塞3和翼型扩散部2，泄洪洞塞3设置在泄洪洞内，翼型扩散部2设置在泄洪洞塞3入口处，翼型扩散部2内部空心，其空心处呈圆台状，翼型扩散部2入口处的内径大于泄洪洞1内径，翼型扩散部2入口处上、下两侧与水流的水平面之间分别形成一个泄压空间4。其中，泄洪洞塞3长度L₂ =1.5D₀ =4.5m，出口的内径D₁ =0.5D₀ =1.5m，入口的内径D₂ =D₁ /0.75=2.0m；翼型扩散部2长度L₁ =0.6L₂ =2.7m，洞塞翼型扩散头部直径D₃ =1.5D₀ =4.5m。翼型扩散部2迎水斜面与水流平面的夹角α为60°。翼型扩散部2出口处的内径等于泄洪洞塞3入口处内径。泄洪洞塞3内部空心处为倾斜的收缩式洞塞，入口处内径大于出口处内径。

实施例2：一种翼型洞塞消能工，设置在泄洪洞1内，泄洪洞1内径D₀ =3.0m，该翼型洞塞消能工包括泄洪洞塞3和翼型扩散部2，泄洪洞塞3设置在泄洪洞1内，翼型扩散部2设置在泄洪洞塞3入口处，翼型扩散部2内部空心，其空心处呈圆台状，翼型扩散部2入口处的内径大于泄洪洞1内径，翼型扩散部2入口处上、下两侧与水流的水平面之间分别形成一个泄压空间4。其中，泄洪洞塞3长度L₂ =2D₀ =6m，出口的内径D₁ =0.4D₀ =1.2m，入口的内径D₂ =D₁ /0.5=2.4m；翼型扩散部2长度L₁ =0.8L₂ =4.8m，洞塞翼型扩散头部直径D₃ =2D₀=6m。翼型扩散部2迎水斜面与水流平面的夹角α为60°。翼型扩散部2出口处的内径等于泄洪洞塞3入口处内径。泄洪洞塞3内部空心处为阶梯状的台阶洞塞，入口处内径大于出口处内径。