一种竖直消力井辅助消能装置的制作方法

本发明涉及一种竖直消力井辅助消能装置，属于水工结构工程与模型试验研究领域。

背景技术：

消力井也叫做消能井，是减少水流动能的设施。现在水资源相对贫乏且时空分布不均衡，所以区域性调水和跨流域调水就成为解决当前水资源分布不均的重要途径之一。迄今为止，远距离输水基本采用2种方式，渠道输水和管道输水。管道输水相比渠道输水有着节约土地资源、减少投资、保持水质不受破坏等优点，因此管道输水成为发展趋势。但由于地形、地貌等原因，管道在输水过程中，局部压强可能会超出管道所能承受的范围，为了保证管道的安全，这部分多余的能量就必须消除。而消力井作为一种经济、有效的消能方式，在长距离输水管道工程中常被采用。现有的消力井，消能效果不佳，水流落差大产生较大动能，仍然会对管道造成冲击破坏，高速含沙水流会对管道磨损破坏。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种竖直消力井辅助消能装置，解决了水流落差大产生较大动能，对管道造成冲击破坏和高速含沙水流对管道磨损破坏等问题，同时保证了水流的稳定性，有效的控制雾化，减少水流对下游河岸的冲刷。

本发明采用的技术方案是：一种竖直消力井辅助消能装置，包括进水管道1、消力井2、橡胶板3、缓冲叶片组4、出水管道5；

所述的消力井2位于进水管道1的正下方，消力井2两侧内壁上交错设置有若干个跌水消能平台，一个跌水消能平台包括一个橡胶板3和缓冲叶片组4，橡胶板3位于缓冲叶片组4上方，橡胶板3上设有若干个导流孔，出水管道5与进水管道1、消力井2均连通，出水管道5高程高于消力井2高程。

具体地，所述缓冲叶片组4包括固定钢管6、叶片组，两固定钢管6之间连接有平行放置的若干个叶片组，一个叶片组包括贯穿钢管、叶片、堵头、连接钢管，若干个叶片均匀分布在贯穿钢管表面，贯穿钢管为空心且套在连接钢管上，贯穿钢管两端的连接钢管上设有堵头，堵头的直径大于贯穿钢管的直径，连接钢管一端与一侧的固定钢管6连接，另一端与另一侧的固定钢管6连接，固定钢管6的固定端固定在消力井2的内壁上。

优选地，所述的堵头焊接在连接钢管上，连接钢管与固定钢管6焊接，固定钢管6的固定端焊接在消力井2的内壁上。

优选地，所述的橡胶板3上设有若干层椭圆形导流孔，每一层的椭圆形导流孔均匀布置，层与层之间的间距从上至下逐层变大，椭圆形导流孔的孔径从上至下逐层缩小。

优选地，同一个跌水消能平台中缓冲叶片组4的长度和橡胶板3的长度相近。

优选地，上下相邻的两个跌水消能平台之间的垂直距离相等。

优选地，上下相邻的两个跌水消能平台之间的水平距离约为消力井2底部宽度的0.2~0.3倍。

优选地，左侧所有橡胶板3的长度相同，右侧橡胶板3的长度相同，且左侧橡胶板3的长度为0.3倍的消力井2底部宽度；右侧橡胶板3的长度为0.4倍的消力井2底部宽度。

优选地，所述叶片的材料为eva和聚氨酯组成的复合材料。

优选地，相邻两叶片之间的夹角为30~45°。

本发明的有益效果是：结构简单，易于操作，经济实用。有效的减少对消力井固壁的冲刷，保证水流平稳和下游管道的连接。大大减弱管线发生空蚀和空蚀破坏的情况，及存在消能和水流平顺互相矛盾的问题。

附图说明

图1为本发明竖直消力井辅助消能装置平面图；

图2为本发明竖直消力井辅助消能装置中缓冲叶片组的部分结构示意图；

图3为本发明竖直消力井辅助消能装置中橡胶板结构主视图；

图4为本发明竖直消力井辅助消能装置中缓冲叶片组的整体结构示意图。

图中各标号为：进水管道-1、消力井-2、橡胶板-3、缓冲叶片组-4、出水管道-5、固定钢管-6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-4所示，一种竖直消力井辅助消能装置，包括进水管道1、消力井2、橡胶板3、缓冲叶片组4、出水管道5；

所述的消力井2位于进水管道1的正下方，消力井2两侧内壁上交错设置有若干个跌水消能平台，一个跌水消能平台包括一个橡胶板3和缓冲叶片组4，橡胶板3位于缓冲叶片组4上方，橡胶板3上设有若干个导流孔，出水管道5与进水管道1、消力井2均连通，出水管道5高程高于消力井2高程。

进一步地，所述缓冲叶片组4包括固定钢管6、叶片组，两固定钢管6之间连接有平行放置的若干个叶片组，一个叶片组包括贯穿钢管、叶片、堵头、连接钢管，若干个叶片均匀分布在贯穿钢管表面，贯穿钢管为空心且套在连接钢管上，贯穿钢管两端的连接钢管上设有堵头，堵头的直径大于贯穿钢管的直径，连接钢管一端与一侧的固定钢管6连接，另一端与另一侧的固定钢管6连接，固定钢管6的固定端固定在消力井2的内壁上。当水流冲刷缓冲叶片组4时，叶片转动，与水流摩擦将动能转化成热能。水流从橡胶板3落下时，会打落在叶片上，进而叶片开始转动，由于两端堵头的存在，贯穿钢管转动时，只能在两堵头之间的范围内转动。

进一步地，所述的堵头焊接在连接钢管上，连接钢管与固定钢管6焊接，固定钢管6的固定端焊接在消力井2的内壁上，简单牢靠。

进一步地，所述的橡胶板3上设有若干层椭圆形导流孔，每一层的椭圆形导流孔均匀布置，层与层之间的间距从上至下逐层变大，椭圆形导流孔的孔径从上至下逐层缩小。导流孔逐层设计，可以实现逐层消能，目的在于减少水流对橡胶板3底部的冲击，且将最后剩余的能量冲击在缓冲叶片组4上。

进一步地，同一个跌水消能平台中缓冲叶片组4的长度和橡胶板3的长度相近。所述橡胶板3的位置根据消力井的几何尺寸进行布置。缓冲叶片组4的个数与橡胶板3的长度有关，具体个数和缓冲叶片组5尺寸依据工程而定。

进一步地，上下相邻的两个跌水消能平台之间的垂直距离相等。

进一步地，上下相邻的两个跌水消能平台之间的水平距离约为消力井2底部宽度的0.2~0.3倍，以确保装置能够顺利的跌落消能，已到达水流平顺的作用。

进一步地，左侧所有橡胶板3的长度相同，右侧橡胶板3的长度相同，且左侧橡胶板3的长度为0.3倍的消力井2底部宽度；右侧橡胶板3的长度为0.4倍的消力井2底部宽度。不同长度的设计以便更好地形成跌落段。具体情况实际工程而定。

进一步地，所述叶片的材料为eva和聚氨酯组成的复合材料。这两种高强度材料本身就富有弹性且防撞耐磨，可以避免在高速水流冲击下被撞坏。具有耐生物老化、机械强度大、耐候性好、耐油性好等一系列优点，且价格适中。

进一步地，相邻两叶片之间的夹角为30~45°。

本发明的工作原理是：当高速水流从消力井2中下泄时，由于交汇处水流流态复杂，将产生巨大能量。消力井2中的高速水流通过橡胶板3和缓冲叶片组4时，当高速水流经过最上端的第一级橡胶板3和缓冲叶片组4时，水流在摩擦力作用下，部分动能转化为热能。其中一部分水流从第一级橡胶板3和缓冲叶片组4跌落至第二级橡胶板3和缓冲叶片组4又进行了一次跌落消能。当水流通过第二橡胶板3和缓冲叶片组4时，消除大部分能量。当水流通过第三、四级跌水消能平台时，湍急的水流流速极大减小，水流将平稳地导入下游出水管道，大大降解了水压力，控制雾化，充分消能。

本发明解决了水流落差大的管线容易发生空蚀和高速含沙水流的磨损破坏，水流失稳容易产生的振动和噪声。通过采用多级分层缓冲，降解了水压力，使其平顺流向下游，充分消能。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。