螺旋射流对冲式消能系统

本发明属于水利工程，涉及螺旋射流对冲式消能系统。

背景技术：

1、目前，国内高坝工程多位于西南部的高山峡谷地区，此类工程具有水头高、流量大、泄洪功率大、河谷狭窄，以及地质条件复杂等特点，因而，在高坝工程泄洪过程中，防止或减轻水流对水工建筑物及其下游河渠等冲刷破坏的技术难度较大。

2、现有技术中，解决高坝泄洪的方式主要包括：坝身泄洪、岸边泄洪和组合泄洪三大类，但是不论哪种方式泄洪，其下泄水流均具有高水头、大流速、水股集中的特点，造成下游泄水建筑物经常被破坏，因此，通常需要采用消能设施降低下泄急流的多余动能，以此防止或减轻水流对水工建筑物及其下游河渠等冲刷破坏，但现有的消能设施经常受限于河谷狭窄、地质条件复杂等因素，导致其无法正常布置，进而无法完成泄洪消能的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供螺旋射流对冲式消能系统，解决了现有技术中存在的消能设施受限于河谷狭窄、地质条件复杂等因素，导致消能设施无法正常布置的问题，化解了现有消能技术在高能泄流时对水库枢纽区建筑物设施的破坏风险。

2、本发明所采用的技术方案是，包括进水塔，进水塔有若干个，每个进水塔的出口端均对应连接一个引水管，每个进水塔均通过引水管对应连接若干个对冲式消能装置，对冲式消能装置的下方设置有消能池。

3、本发明的特点还在于：

4、对冲式消能装置上还固接有支撑架，对冲式消能装置通过支撑架设置在消能池上方，进水塔的进口端还设置有阀门。

5、消能池底部设置有缓冲层，缓冲层由水组成，消能池侧壁上设置有溢流堰。

6、对冲式消能装置均包括引流管，引流管的进口端与引水管连接，引流管的出口端为密闭端口，引流管上均布有若干分流管，若干分流管并列分布，分流管整体为t字型，分流管的进口端与引流管连通，分流管的两个出口端各自对应连接一个分支管，两个分支管相互平行，两个分支管之间并列设置有若干组对冲组件。

7、对冲组件包括两个轴线位于同一水平直线的对冲管，两个对冲管的进口端分别对应连通一个分支管，两个对冲管的出口端之间设有间隙，对冲管沿管内水流方向依次设有有压水流调节装置和螺旋流发生装置，有压水流调节装置由对冲阀门、调压装置和流量计组成，对冲组件固定在支撑架上。

8、对冲管的出口端为台锥形扩散端口，台锥形扩散端口的扩散角θ的范围为θ＝0°-12°，台锥形扩散端口的长度不小于对冲管的内径。

9、螺旋流发生装置有若干个，螺旋流发生装置包括内管，内管的一端为射流堵头，内管的另一端为入口端，内管的入口端通过法兰与对冲管连接，内管的外侧设有外管，外管自内管的入口端起沿水流方向套设在内管的外部，外管的一端与内管的入口端匹配连接，外管的另一端与对冲管连接。

10、内管的射流堵头呈流线型，内管的射流堵头上开设有若干轴向射流孔，轴向射流孔开设方向与内管的轴线方向一致，若干个轴向射流孔围绕射流堵头的中心均匀分布。

11、内管的侧壁上设有若干个射流栅格，若干射流栅格沿内管侧壁一周均匀分布，内管通过射流栅格与外管连通，若干个射流栅格的射流方向与内管管壁法线的夹角均相同，射流栅格的射流方向与内管管壁法线的夹角为65°-85°，轴向射流孔和射流栅格的总过水面积小于对冲管的过水断面面积。

12、外管在轴线上以内管与射流堵头的连接处为界分为螺旋流段和收缩段两部分，位于螺旋流段的外管与内管相对应且轴线相同，位于收缩段的外管通过法兰与对冲管连接，位于收缩段的外管在靠近对冲管处管径减小。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明螺旋射流对冲式消能系统，通过设置进水塔与引水管相配合，使得整个螺旋射流对冲式消能系统布置在水库枢纽区的下游，不受水库枢纽区地形条件限制，进而解决了消能设施受限于河谷狭窄、地质条件复杂等因素，导致其在泄洪消能过程中布置难度大的问题，化解了现有消能技术在高能泄流时对水库枢纽区建筑物设施的破坏风险。该系统通过设置螺旋流发生装置，使两股水流在对冲前保持较大的周向速度，加剧了对冲的强度，进一步提高消能效果。

技术特征：

1.螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，包括进水塔(1)，所述进水塔(1)有若干个，每个所述进水塔(1)的出口端均对应连接一个引水管(2)，所述进水塔(1)均通过引水管(2)对应连接若干个对冲式消能装置，所述对冲式消能装置的下方设置有消能池(3)。

2.根据权利要求1所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述对冲式消能装置上还固接有支撑架(8)，所述对冲式消能装置通过支撑架(8)设置在消能池(3)上方，所述进水塔(1)的进口端还设置有阀门。

3.根据权利要求2所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述消能池(3)底部设置有缓冲层，所述缓冲层由水组成，所述消能池(3)侧壁上设置有溢流堰(14)。

4.根据权利要求2所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述对冲式消能装置均包括引流管(4)，所述引流管(4)的进口端与引水管(2)连接，所述引流管(4)的出口端为密闭端口，所述引流管(4)上均布有若干根分流管(5)，若干所述分流管(5)并列分布，所述分流管(5)整体为t字型，所述分流管(5)的进口端与引流管(4)连通，所述分流管(5)的两个出口端各自对应连接一个分支管(6)，两个所述分支管(6)相互平行，两个所述分支管(6)之间并列设置有若干组对冲组件。

5.根据权利要求4所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述对冲组件包括两个轴线位于同一水平直线的对冲管(7)，两个所述对冲管(7)的进口端分别对应连通一个分支管(6)，两个所述对冲管(7)的出口端之间设有间隙，所述对冲管(7)沿管内水流方向依次设有有压水流调节装置和螺旋流发生装置(12)，所述有压水流调节装置由对冲阀门(9)、调压装置(10)和流量计(11)组成，所述对冲组件固定在支撑架(8)上。

6.根据权利要求5所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述对冲管(7)的出口端为台锥形扩散端口(13)，所述台锥形扩散端口(13)的扩散角θ的范围为θ＝0°-12°，所述台锥形扩散端口(13)的长度不小于对冲管(7)的内径。

7.根据权利要求5所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述螺旋流发生装置(12)有若干个，所述螺旋流发生装置(12)包括内管(1201)，所述内管(1201)的一端为射流堵头(1207)，所述内管(1201)的另一端为入口端，所述内管(1201)的入口端通过法兰与对冲管(7)连接，所述内管(1201)的外部设有外管(1202)，所述外管(1202)自内管(1201)的入口端起沿水流方向套设在内管(1201)外部，所述外管(1202)的一端与内管(1201)的入口端匹配连接，所述外管(1202)的另一端与对冲管(7)连接。

8.根据权利要求7所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述内管(1201)的射流堵头(1207)呈流线型，所述内管(1201)的射流堵头(1207)上开设有若干轴向射流孔(1203)，所述轴向射流孔(1203)开设方向与内管(1201)的轴线方向一致，若干个所述轴向射流孔(1203)围绕射流堵头(1207)的中心均匀分布；

9.根据权利要求7所述的螺旋射流对冲式消能系统，其特征在于，所述外管(1202)在轴线上以内管1201与射流堵头(1207)的连接处为界分为螺旋流段(1205)和收缩段(1206)两部分，位于螺旋流段(1205)的所述外管(1202)与内管(1201)相对应且轴线相同，位于收缩段(1206)的所述外管(1202)通过法兰与对冲管(7)连接，位于收缩段(1206)的所述外管(1202)在靠近对冲管(7)处管径减小。

技术总结
本发明公开了螺旋射流对冲式消能系统，包括进水塔，进水塔有若干个，每个进水塔的出口端均对应连接一个引水管，每个进水塔均通过引水管对应连接若干个对冲式消能装置，对冲式消能装置正下方设置有消能池；该系统通过设置进水塔与引水管相配合，使得整个螺旋射流对冲式消能系统布置不受水库枢纽区地形、地质条件限制，进而解决了消能设施受限于河谷狭窄、地质条件复杂等因素，导致其在泄洪消能过程中布置难度大的问题。

技术研发人员：孙西欢,王连乐,李永业,郑利剑
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6