專利名稱:寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種底流消能結(jié)構(gòu),特別是一種寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),主要
用于水利水電工程泄洪消能建筑物。
背景技術(shù):
寬尾墩加底流消能形式,目前在我國已經(jīng)應(yīng)用較為廣泛,并取得了良好的消能效 果,有效地降低了消力池的規(guī)模,節(jié)約了工程投資。但寬尾墩收縮挑起的水流對消力池底板 的沖擊及沿壩面的高流速水流對池底板的安全均造成不利影響。跌坎式底流消能,在消力 池中保持一定的水體,利用壩末與下游消力池底板有一定高差,水流以射流的方式進入消 能水體中間,使得下泄水流的主流在消力池中部流動、擴散、消能。既要保證不讓主流潛底, 以免會使底板的脈動壓力和臨底流速增大;又要保證不讓主流上漂,形成面流。如何利用寬 尾墩與跌坎式底流的各自優(yōu)點,達到消能充分,節(jié)約工程投資,又提高泄洪消能建筑物的安 全性,是寬尾墩_底流式消能建筑物設(shè)計的一個關(guān)鍵技術(shù)。 消力池尾坎型式是影響坎后二次消能,河道防護的一個重要部位,因此合理的設(shè) 計尾坎形式也是底流消力池消能的一個重要技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述存在的問題提供一種結(jié)構(gòu)簡單、投資 省、消能效果好的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),旨在充分利用寬尾墩良好的消能效果,又避免 或減小寬尾墩收縮水流及壩面高流速水流對底板的沖擊,降低壩面水流進入消力池的臨底 流速,提高消力池底板的安全性,同時利用差動式尾坎解決出池水流的二次消能問題,同時 兼顧消力池內(nèi)的排沙。 本實用新型所采用的技術(shù)方案是寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),具有閘墩,且相鄰兩 個閘墩之間設(shè)堰面,堰面下游通過溢流壩面反弧段連接至消力池,其特征在于所述閘墩中 部或尾部布置寬尾墩,溢流壩面反弧段末端與斜坡段平滑連接,斜坡段末端與消力池底板 之間形成具有高度差的跌坎。 所述斜坡段的長度為2-30m,坡度為3_30度,跌坎的高程差為2_18m。 所述消力池下游端布置尾坎。 所述尾坎為差動式,由一組相互間隔的高坎和低坎組成,其中高坎迎水面垂直于 消力池底板,背水面坡度為20-60度,高度為6-20m ;低坎迎水面坡度為15-50度,高度為 3-15m,不僅能夠消除二次消能問題,而且能夠解決消力池內(nèi)的排沙問題。 所述堰面為WES曲線形。 本實用新型的有益效果是本實用新型在閘墩中部或尾部布置寬尾墩,同時在溢 流壩面末端與消力池之間設(shè)置跌坎,不僅利用了寬尾墩良好的消能效果,而且利用了跌坎 式底流的特性,避免或減小了寬尾墩收縮水流及壩面高流速水流對底板的沖擊,降低了壩 面水流進入消力池的臨底流速,提高了消力池底板的安全性;此外,消力池尾坎采用差動
3式,不僅消除了二次消能問題,而且解決了消力池內(nèi)的排沙問題。
圖1是本實用新型的平面布置圖。 圖2是本實用新型的剖面圖。 圖3是本實用新型中水流流態(tài)示意圖。
具體實施方式如圖1、圖2所示,本實施例具有閘墩9,且相鄰兩個閘墩9之間設(shè)WES曲線形堰面 7,堰面7下游通過溢流壩面反弧段8連接至消力池5,消力池5下游端布置差動式尾坎,本 例中,尾坎由一組相互間隔的高坎10和低坎11組成,其中高坎10迎水面垂直于消力池底 板4,低坎11迎水面與消力池底板4成鈍角。所述閘墩9中部或尾部布置寬尾墩l,將堰面 7出口處收緊,水流經(jīng)寬尾墩1后分為兩部分, 一部分沿壩面下泄,另一部分受寬尾墩1收縮 擠壓挑起后下泄。溢流壩面反弧段8末端與斜坡段2平滑連接,斜坡段2末端與消力池底 板4之間形成具有高度差的跌坎3。在消力池5中保持一定的水體,利用壩末與下游消力池 底板4之間存在的高度差,水流以射流的方式進入消能水體中間,使得下泄水流的主流在 消力池5中部流動、擴散、消能,既要保證不讓主流潛底,以免會使消力池底板4的脈動壓力 和臨底流速增大;又要保證不讓主流上漂,形成面流。 壩末斜坡段2及跌坎3是影響水流B、C進入消力池5的入射角、底部漩渦區(qū)G、沖 擊區(qū)H范圍及大小的主要因素,直接關(guān)系到消能效果。尾坎的高坎10及低坎11型式、尺寸 是過坎水流壅高及坎后二次消能的關(guān)鍵因素。綜上合理的設(shè)計斜坡段2、跌坎3及尾坎是本 例消能成功與否的關(guān)鍵,一般情況下,斜坡段2的長度范圍為2-30m、坡度范圍為3-30度, 跌坎3的高程差為2-18m,高坎10的高度范圍為6-20m、坡度為20-60度,低坎11的高度范 圍為3-15m、坡度為15-50度,但仍需要采用試驗研究加以確認,通過試驗研究也可以突破 上述尺寸范圍。本例中,所述斜坡段2的長度為2. 25m,坡度為3. 81度,跌坎3的高程差為 6m,高坎10的高度為18. 5m、坡度為26. 33度,低坎11的高度為12. 76m、坡度為40. 22度。 如圖3所示,本實例的水流泄洪流態(tài)描述如下 1)水流A經(jīng)堰面7下泄至寬尾墩1處,經(jīng)寬尾墩1后的水流主要分兩部分, 一部分 為受寬尾墩收縮擠壓挑起的水流B,另一部分為沿壩面下泄的水流C。 2)沿壩面下泄水流C,在壩面末端按斜坡2的坡度進入消力池5。由于跌坎3作 用,使壩面水流C以淹沒射流進入流態(tài)進入消力池5,D為淹沒射流區(qū)。壩面水流C、寬尾墩 1收縮挑起水流B進入消力池5,受壩面斜坡段2、跌坎3、下游水位的共同作用下形成底部 漩渦區(qū)G、上部漩渦區(qū)F、沖擊區(qū)H、附壁射流區(qū)I, E為底部漩渦中心。 3)壩面下泄水流C,因跌坎3及下游水位的作用,經(jīng)水墊的緩沖消能等作用,水流 到達沖擊區(qū)H,要比淹沒射流區(qū)D的流速明顯降低。寬尾墩1挑起的水流B,進入消力池5, 由跌坎3及下游水位共同形成水墊的緩沖及消能等作用下,水流對底板4的沖擊明顯降低。 4)水流經(jīng)寬尾墩1 、跌坎3及消力池5聯(lián)合消能,在消力池5的后半部,水流趨于穩(wěn) 定,以流態(tài)J的形式通過尾坎。水流通過尾坎時,水面略有抬升,尾坎后水面略有跌落。采 用的差動式尾坎分為高坎10與低坎11,高坎10有利于增加消力池水深提高消力池消能效果,低坎11對于降低過坎水流的壅高及坎后的水面跌落作用明顯,另外低坎11也有助排出消力池5內(nèi)的泥沙。
權(quán)利要求一種寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),具有閘墩(9),且相鄰兩個閘墩(9)之間設(shè)堰面(7),堰面(7)下游通過溢流壩面反弧段(8)連接至消力池(5),其特征在于所述閘墩(9)中部或尾部布置寬尾墩(1),溢流壩面反弧段(8)末端與斜坡段(2)平滑連接,斜坡段(2)末端與消力池底板(4)之間形成具有高度差的跌坎(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),其特征在于所述斜坡段(2)的 長度為2-30m,坡度為3-30度,跌坎(3)的高程差為2_18m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),其特征在于所述消力池下 游端布置尾坎。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),其特征在于所述尾坎為差動式, 由一組相互間隔的高坎(10)和低坎(11)組成,其中高坎(10)背水面坡度為20-60度,高 度為6-20m,低坎(11)迎水面坡度為15-50度,高度為3-15m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),其特征在于所述堰面(7)為 WES曲線形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),其特征在于所述堰面(7)為WES 曲線形。
專利摘要本實用新型涉及一種寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu)。本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),利用寬尾墩良好的消能效果,避免或減小寬尾墩收縮水流及壩面高流速水流對底板的沖擊,降低壩面水流進入消力池的臨底流速,提高消力池底板的安全性,并利用差動式尾坎解決出池水流的二次消能問題,兼顧消力池內(nèi)的排沙。解決該問題的技術(shù)方案是寬尾墩跌坎底流消能結(jié)構(gòu),具有閘墩,且相鄰兩個閘墩之間設(shè)堰面,堰面下游通過溢流壩面反弧段連接至消力池,其特征在于所述閘墩中部或尾部布置寬尾墩,溢流壩面反弧段末端與斜坡段平滑連接,斜坡段末端與消力池底板之間形成具有高度差的跌坎。本實用新型用于水利水電工程泄洪消能建筑物。
文檔編號E02B8/06GK201526037SQ20092019859
公開日2010年7月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者何世海, 汪振, 熊燕梅, 黃維 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院