專利名稱:一種水電工程泄洪消能工的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于水利工程泄洪消能領域,具體涉及一種水電工程泄洪消能建筑物。
背景技術:
傳統(tǒng)泄洪消能方式一般分底流、挑流、面流、戽流等幾種型式,隨著泄洪消能技術 的發(fā)展,寬尾墩、窄縫、差動與擴散鼻坎等一大批新型消能型式相繼出現。由于這些新型消 能型式主要以挑流方式出現,因此傳統(tǒng)消能方式無法完成的泄洪消能問題得到解決同時, 泄水建筑物的工程量也得以減小。但隨著工程運行與研究技術的發(fā)展,以挑流方式為主的 消能型式的缺點也逐漸被發(fā)現。窄縫消能形式對水流的佛氏數及流量范圍限制比較嚴格, 且水流在河床中間落點的縱向范圍比較長,擴散鼻坎雖然對水流佛氏數沒有嚴格的限制, 且水流能得以空中橫向充分擴散,但對岸邊影響比較大,差動鼻坎雖然使水流橫向得到充 分擴散,且落點分離,具有較好的消能效果,但受水流空蝕破壞問題的影響,其坎高與縫寬 參數不能相差太大,因此其泄洪流量也受到一定限制。 實際工程地質條件一般都比較復雜,不同的地質條件,決定著泄洪消能形式的不 同。但隨著工程技術研究的深入進行,工程設計中,從經濟與技術角度等方面,對泄洪消能 又提出了更高的要求。如某些工程,由于河道狹窄,樞紐下游不遠處是塌滑體,且泄洪流量 又比較大,因此其泄洪布置方式應首選對塌滑體影響較小,又便于安全泄洪的底流或寬尾 墩+底流的聯合布置形式。但受經濟因素制約,工程只能選擇以挑流為主的無消力池布置 方式。而在以挑流為主的泄洪方案中,通過試驗研究發(fā)現,窄縫水舌縱向拋灑距離太長,容 易危及塌滑體及壩腳的穩(wěn)定,窄深式河道采用擴散鼻坎,兩邊岸坡沖刷問題比較嚴重,差動 鼻坎雖然可以使水舌在空中分層,但泄洪流量比較大,水流佛氏數偏小,水舌入水時,落點 仍疊加在一起沖砸河床。以現有消能方式所形成的消能方案均無法滿足樞紐布置的要求。
發(fā)明內容
針對上述現有技術缺點與不足,本發(fā)明目的在于提供一種水電工程泄洪消能工。 該泄洪消能工可在有限長度與寬度距離內,實現全空間范圍的水流擴散,燕尾縫對過堰流 量范圍也無嚴格的限制條件。 實現上述發(fā)明目的技術方案是一種水電工程泄洪消能工,由位于壩面斜坡段上的 兩邊過流墩與中間過流墩形成三個挑流鼻坎與兩個過水窄縫。 所述的兩邊過流墩頂部的挑流鼻坎與中間過流墩的挑流鼻坎,既可采用不同的反
弧半徑Ri、R2和挑角ei、 e2,也可采用相同半徑或挑角,如采用不同半徑,則要求中間過 流墩的挑流鼻坎比兩邊過流墩的挑流鼻坎高,要求R2 > Rl > 6hu(hu為挑坎以上水深), 38° > 9 1 > 9 2 > 15° 。 所述的兩邊過流墩與中間過流墩均被分為上下兩半段L1與L2,上半段在平面上 呈現矩形,下半段平面上呈現梯形,矩形槽對水流進行初始分流,梯形槽是窄縫水舌的橫 向收縮段的收縮比為b/B,是B過水窄縫始端寬度,b過水窄縫尾部寬度,側向折射角度為arctag ((c_a) /L2) , a是兩邊過流墩LI段的寬度,c是兩邊過流墩L2段尾部寬度,中間過流 墩LI段的寬度為2a,中間過流墩L2段尾部寬度為2c。 所述的過流墩位于1 : 0. 75 1 : 1. 5的壩面斜坡段,出口總高度約h = (0. 6 0. 8)Hd, Hd為堰面定型設計水頭。 所述的梯形槽的窄縫水舌的橫向收縮比最佳為0. 4 0. 6,側向折射角度優(yōu)選為
5° 8° 。 所述的中間過流墩與兩邊過流墩的高差為0m 2m。 本發(fā)明的泄洪消能工當大流量時,兩個縫與過流墩頂部都過流,中小流量時,80 90%的過流主要通過兩個縫。 本發(fā)明的泄洪消能工,每孔可根據泄洪水流導向的不同設置不同的體型參數。 本發(fā)明的水電工程泄洪消能工與現有技術相比,具有以下優(yōu)點 1)中小流量泄洪,挑流的流量非常小,水流基本以兩股極薄的窄縫水舌出流。由于
下游河道單位面積水流入水的流量與能量都比較小,因此不會對河床產生嚴重沖刷,避免
了傳統(tǒng)窄縫因流量小形不成縱向水舌而出現的集中水股沖砸河床問題。 2)大流量泄洪時,在比較充分的兩股窄縫水舌頂部形成一層比孔口寬度略寬一點
的橫向挑流水舌,橫向挑流水舌也限制了窄縫縱向水舌的縱向擴散長度,挑流水舌占總泄
流量的分流比大約為30 40% 。由于窄縫水舌之間的間距比較小,因此窄縫水舌與橫向水
舌在有限的空間內對水流進行了充分擴散。解決了傳統(tǒng)差動鼻坎由于體型參數限制,大流
量泄洪難以充分擴散的問題。 3)本發(fā)明的泄洪消能工對不同流量的泄洪水流在有限空間進行擴散分流,因此水 流的消能率得以提高,中小流量泄洪,沖坑深度相對于普通窄縫水舌減小約30%,大流量泄 洪,沖坑深度相對于傳統(tǒng)差動鼻坎減小約50%。 4)水流在空中得以充分擴散,減小了水流入水時的沖擊力,因此水舌入水激濺而
產生的泄洪霧化問題也得以減小,特別是大流量泄洪時,水流入水方式與寬尾墩水舌入水
方式基本相似,因此其霧化程度相對于傳統(tǒng)挑流水舌而言,得到大幅度減小。 5)由于該體型是分孔而設,因此也適應了運行的要求,即工程泄洪可以采用不同
的閘孔開啟方式,運行比較方便。
圖1為發(fā)明泄洪消能工的三維透視圖。
圖2為本發(fā)明泄洪消能工的縱剖面圖。
圖3為本發(fā)明泄洪消能工的平面布置圖。 以下結合附圖和發(fā)明人給出的具體實施例來進一步說明本發(fā)明的技術方案和有 益效果,但是本發(fā)明的技術方案不僅局限于該實施例。
具體實施方式
實施例1 圖1為本發(fā)明泄洪消能工的三維透視圖,由位于壩面斜坡段1上的兩邊過流墩(2、 3)與中間過流墩4形成三個挑流鼻坎與兩個過水窄縫(5、6)。
圖2為本發(fā)明泄洪消能工的縱剖面圖,兩邊過流墩(2、3)頂部的挑流鼻坎與中間過流墩4的挑流鼻坎采用不同的反弧半徑R1、R2和挑角91、 92,且中間過流墩4的挑流鼻坎比兩邊過流墩(2、3)的挑流鼻坎高。 圖3為本發(fā)明泄洪消能工的平面布置圖,兩邊過流墩(2、3)與中間過流墩4均被分為上下兩半段LI與L2,上半段在平面上呈現矩形,下半段平面上呈現梯形,矩形槽對水流進行初始分流,梯形槽是窄縫水舌的橫向收縮段的收縮比為b/B,是B過水窄縫始端寬度,b過水窄縫尾部寬度,側向折射角度為arctag((c-a) /L2) , a是兩邊過流墩Ll段的寬度,c是兩邊過流墩L2段尾部寬度,中間過流墩Ll段的寬度為2a,中間過流墩L2段尾部寬度為2c。 所述的過流墩位于1 : 0. 75 1 : 1. 5的壩面斜坡段,出口總高度約h = (0. 6
0. 8)Hd, Hd為堰面定型設計水頭。
實施例2Rl = 19. 5m、 R2 = 21. 0m, 9 1 = 35° 、 9 2 = 28° , Ll = 17. 5m、 L2 = 10. Om, b=2. Om、B = 4. O,偵U向折射角度為5. 7° , a = 1. Om, c = 2. Om。
過流墩位于1 : 1. 428的壩面斜坡段,h = 13. 9m。
實施例3Rl = 19m、 R2 = 21m, 9 1 = 37 ° 、 9 2 = 28 ° , Ll = 15. 5m、 L2 = 12. Om, b =
1. 5m、 B = 4. Om,偵U向折射角度為7. 1° , a = 1. Om, c = 2. 5m。
過流墩位于1 : 1. 428的壩面斜坡段,h = 13. 9m。
實施例4Rl = 22. Om、 R2 = 22. Om, 9 1 = 20° 、 9 2 = 20° , Ll = 14. 4m、 L2 = 7. 6m, b =
2. 5m、B = 4. 5m,偵U向折射角度為5. 6° , a = 1. 75m, c = 2. 5m。
過流墩位于1 : 1. 192的壩面斜坡段,h = 14. 9m。
試驗例1 某水電站工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩頂三個泄水表孔及引水發(fā)電系統(tǒng)組成,最大壩高129. 3m,泄洪消能系統(tǒng)采用3個表孔,校核洪水總泄量8830mVs,堰面單寬泄量最高達243m3/s. m。在大壩下游250m 1000m處有一大范圍的塌滑體存在,壩址處下游左岸坡腳還存在不穩(wěn)定巖體。 如果采用底流消能形式,消力池長度至少在250m處,已危及到塌滑體的存在,采用寬尾墩+消力池聯合消能形式,可以縮短消力池長度至80m,但消力池必須開挖至基巖面,一方面可能會危及到左岸巖體的穩(wěn)定問題,另一方面也可能加大了工程投資。
在經過充分論證后,工程只能采用本發(fā)明的泄洪消能工。 通過試驗研究發(fā)現,采用窄縫消能形式后,雖然水舌縱向拉開距離比較長,而且可以滿足狹窄河道消能的需要,但水舌外緣已經對壩下游250m以后的塌滑體產生影響,大約有200m長的塌滑體要坍塌下滑。采用擴散鼻坎,水舌兩側直接沖砸兩岸,岸邊穩(wěn)定無任何保證。采用差動式鼻坎后,小流量時,水深小,可以實現挑射水流前后分層,但隨著泄量的增加,水深不斷增加,水舌挑距減小的同時,水舌前后落點逐漸靠近,直到重合,沖坑深度快速增加。采用分孔不同的消能形式,仍然滿足不了設計要求。 在傳統(tǒng)與現代所有消能方式都不能解決問題時,采用了本發(fā)明泄洪消能工,經過系列模型泄洪試驗研究發(fā)現小流量泄洪時,沖刷范圍都比較小,長度大約20 30m,深度未觸及基巖;隨著流量的增加,沖刷范圍開始增加,但沖坑深度卻未增加;當流量增加到校核洪水單寬泄量243m3/s. m時,沖刷范圍不再增加,長度大約只有50 60m,但沖坑深度略有增加,大約在基巖面以下4 5m,且沖刷未影響堆積體處的護坡及壩腳的穩(wěn)定;而校核洪水時,采用窄縫水舌后,沖刷范圍大約80 100m,沖坑深度在基巖面以下14 15m,左岸堆積體30m長的范圍被沖,采用差動鼻坎時,沖刷范圍雖然不大,但沖坑深度在基巖面以下20m附近。
權利要求
一種水電工程泄洪消能工,其特征在于由位于壩面斜坡段上的兩邊過流墩與中間過流墩形成三個挑流鼻坎與兩個過水窄縫。
2. 根據權利要求1所述的泄洪消能工,其特征在于所述的兩邊過流墩頂部的挑流鼻 坎與中間過流墩的挑流鼻坎采用不同的反弧半徑R1、R2和挑角9 1、 9 2,且中間過流墩的 挑流鼻坎比兩邊過流墩的挑流鼻坎高。
3. 根據權利要求1所述的泄洪消能工,其特征在于所述的兩邊過流墩頂部的挑流鼻坎與中間過流墩的挑流鼻坎采用相同的反弧半徑R1、R2和挑角ei、 9 2,且中間過流墩的挑流鼻坎比兩邊過流墩的挑流鼻坎高。
4. 根據權利要求1 3所述的任一種泄洪消能工,其特征在于所述的兩邊過流墩與中間過流墩均被分為上下兩半段L1與L2,上半段在平面上呈現矩形,下半段平面上呈現梯 形,矩形槽對水流進行初始分流,梯形槽是窄縫水舌的橫向收縮段的收縮比為b/B,是B過 水窄縫始端寬度,b過水窄縫尾部寬度,側向折射角度為arctag((c-a)/L2) , a是兩邊過流 墩Ll段的寬度,c是兩邊過流墩L2段尾部寬度,中間過流墩Ll段的寬度為2a,中間過流墩 L2段尾部寬度為2c。
5. 根據權利要求1 3所述的任一種泄洪消能工,其特征在于所述的過流墩位于 1 : 0.70 1 : 1.5的壩面斜坡段,出口總高度h = (0.6 0.8)Hd,Hd為堰面定型設計水頭。
6. 根據權利要求2所述的任一種泄洪消能工,其特征在于要求R2 > Rl > 6hu,38°> e l > e 2 > 15° 。
7. 根據權利要求2或3所述的任一種泄洪消能工,其特征在于所述的中間過流墩與 兩邊過流墩的高差為Om 2m。
8. 根據權利要求4所述的任一種泄洪消能工,其特征在于所述的梯形槽的窄縫水舌 的橫向收縮比為0.4 0.6,側向折射角度為5° 8° 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水電工程泄洪消能工,其體形由位于壩面斜坡段上的兩邊過流墩與中間過流墩組成,所述的三個過流墩形成三個挑流鼻坎與兩個過水窄縫。使用這種體形的泄洪消能工,可使表孔泄洪水流能得到充分擴散、消能效果良好、泄洪流量范圍也可不受限制。與傳統(tǒng)各種泄洪消能工對比結果表明,這種體型既能解決傳統(tǒng)窄縫泄洪水舌縱向距離較長的問題,又能解決擴散鼻坎水流橫向擴散范圍較大的問題,使泄洪水流的泄洪消能在有限空間范圍內得以充分完成。
文檔編號E02B8/06GK101761057SQ20091021953
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者盧軍, 尹進步, 梁宗祥, 龔紅林 申請人:西北農林科技大學