壩面消能工的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種壩面消能工，包括呈階梯狀分布在傾斜壩面上的多個(gè)凸臺(tái)組，每個(gè)凸臺(tái)組具有多個(gè)獨(dú)立的凸臺(tái)，上下相鄰的凸臺(tái)組的凸臺(tái)相錯(cuò)位，凸臺(tái)的頂面與壩面接合的區(qū)域略微下凹，凸臺(tái)頂面的前緣為圓弧形，泄洪時(shí)部分水流經(jīng)同一凸臺(tái)組中相鄰的凸臺(tái)之間的壩面分散下泄，部分水流則跌落在凸臺(tái)頂面之后呈扇形散開，向兩側(cè)散開的水流與相鄰的凸臺(tái)上形成的扇形分散流碰撞摻混，消去部分能量后，跌落至下一個(gè)凸臺(tái)組，逐步形成表面有摻氣水舌、底部有穩(wěn)定含氣漩滾、局部有水流分散和碰撞消能的滑掠分散破碎水流，其可更有效地提高壩面消能效率。
【專利說明】壩面消能工【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及溢流壩結(jié)構(gòu)，特別是一種溢流壩的壩面消能工。
【背景技術(shù)】
[0002]水壩，是攔截江河渠道水流以抬高水位或調(diào)節(jié)流量的擋水建筑，其具有形成水庫，抬高水位、調(diào)節(jié)徑流、集中水頭，用于防洪、供水、灌溉、水力發(fā)電、改善航運(yùn)等作用，但水壩泄洪時(shí)水流高度集中，必須采取有效的消能方式對(duì)下泄的水流進(jìn)行消能，否則，下泄洪流產(chǎn)生的巨大水能會(huì)對(duì)下游河床及周邊環(huán)境造成不良影響。
[0003]在現(xiàn)有的消能方式中，通過修造壩面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行消能是相當(dāng)有效的方式，例如，傳統(tǒng)的壩面常修造成糙率很小的光滑曲面，下泄水流90%以上的能量被輸送到壩面末端集中進(jìn)行底流消能，但采用底流消能時(shí)所需的消力池既深又長，消能防沖設(shè)施工程量大、造價(jià)聞。
[0004]為此，如圖1、圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了將壩面修造成內(nèi)凹式連續(xù)階階梯狀、或者外凸式不連續(xù)階梯狀的消能方式，其中，內(nèi)凹式連續(xù)階梯消能工多用于坡度較陡的壩面上，外凸式不連續(xù)階梯消能工多用于坡度較緩的壩面上。通過階梯對(duì)水流產(chǎn)生破碎作用，加劇了水流紊動(dòng)和邊界層的發(fā)展，使壩面階梯上出現(xiàn)沿水平軸漩轉(zhuǎn)的橫向含氣漩渦，主流受其襯墊，掠過各階梯末端，逐步形成表面有摻氣水舌、底部有穩(wěn)定含氣漩滾的階梯壩面典型流態(tài)——滑掠水流，水流能量通過摻氣、漩滾間的剪切作用和連續(xù)跌坎造成的強(qiáng)烈摻混作用得到消散，大大增加了壩面的消能率，從而減少下游余能，改善下游消力池的消能壓力，有利于減少消力池的長度和深度，節(jié)省工程投資。但這兩種臺(tái)階狀的壩面消能工10，尚有不足之處:1、當(dāng)單寬流量較大時(shí) ，水舌厚度比臺(tái)階100高度大，摻氣及穩(wěn)定漩滾發(fā)生的位置靠下，滑掠水流發(fā)展不充分，致使 消能效率低下；2、對(duì)于中低壩、壩面流程短的情況，甚至無法形成穩(wěn)定的滑掠水流，不能體現(xiàn)出壩面階梯消能的優(yōu)勢(shì)；3、即使在正常運(yùn)行條件下，該消能工亦有一定的優(yōu)化提升空間，進(jìn)一步減少下游消力池的工程量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種消能效果更好的壩面消能工。
[0006]本實(shí)用新型所述的壩面消能工，包括呈階梯狀分布在傾斜壩面上的多個(gè)凸臺(tái)組，每個(gè)凸臺(tái)組具有多個(gè)獨(dú)立的凸臺(tái)，上下相鄰的凸臺(tái)組的凸臺(tái)相錯(cuò)位，凸臺(tái)的頂面與壩面接合的區(qū)域略微下凹，凸臺(tái)頂面的前緣為圓弧形。
[0007]本實(shí)用新型在傾斜的壩面由上至下呈階梯狀設(shè)置多個(gè)凸臺(tái)組，上下相鄰的凸臺(tái)組的凸臺(tái)錯(cuò)位分布且其頂面的前緣呈圓弧形，其與現(xiàn)有的平直的階梯消能工相比，圓弧形的前緣能有效增加摻氣長度，增大了水流和空氣的接觸面，使泄流水舌表面摻氣更充分，底緣含氣漩滾更加穩(wěn)定和完整，另外，凸臺(tái)頂面與壩面的接合區(qū)域微凹，如同微型消力塘，形成的水墊層可減少跌流沖擊，防止壩面空化；泄洪時(shí)部分水流經(jīng)同一凸臺(tái)組中相鄰的凸臺(tái)之間的壩面分散下泄，部分水流則跌落在凸臺(tái)頂面之后呈扇形散開，向兩側(cè)散開的水流與相鄰的凸臺(tái)上形成的扇形分散流碰撞摻混，消去部分能量后，跌落至下一個(gè)凸臺(tái)組，逐步形成表面有摻氣水舌、底部有穩(wěn)定含氣漩滾、局部有水流分散和碰撞消能的滑掠分散破碎水流，其可更有效地提高壩面消能效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是現(xiàn)有的臺(tái)階狀壩面消能工的俯視圖。
[0009]圖2是圖1沿A-A方向的剖視圖。
[0010]圖3、圖5是本實(shí)用新型的俯視圖。
[0011]圖4是圖3沿B-B方向的剖視圖。
[0012]圖6是圖5的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖3至6所示，所述的壩面消能工，包括呈階梯狀分布在傾斜壩面I上的多個(gè)凸臺(tái)組，每個(gè)凸臺(tái)組具有多個(gè)獨(dú)立的凸臺(tái)2，上下相鄰的凸臺(tái)組的凸臺(tái)2相錯(cuò)位，凸臺(tái)2的頂面與壩面接合的區(qū)域略微下凹，凸臺(tái)2頂面的前緣為圓弧形。其與現(xiàn)有的平直的階梯消能工相比，圓弧形的前緣能有效增加摻氣長度，增大了水流和空氣的接觸面，使泄流水舌表面摻氣更充分，底緣含氣漩滾更加穩(wěn)定和完整，另外，凸臺(tái)2頂面與壩面I的接合區(qū)域微凹，如同微型消力塘，形成的水墊層可減少跌流沖擊，防止壩面空化；泄洪時(shí)部分水流經(jīng)同一凸臺(tái)組中相鄰的凸臺(tái)2之間的壩面分散下泄，部分水流則跌落在凸臺(tái)頂面之后呈扇形散開，向兩側(cè)散開的水流與相鄰的凸臺(tái)2上形成的扇形分散流碰撞摻混，消去部分能量后，跌落至下一個(gè)凸臺(tái)組，逐步形成表面有摻氣水舌、底部有穩(wěn)定含氣漩滾、局部有水流分散和碰撞消能的滑掠分散破碎水流，其可更有效地提高壩面消能效率。
[0014]為進(jìn)一步提高壩面消能工的消能效率，所述的凸臺(tái)頂面的前部可設(shè)置為向上翹起。
[0015]如圖3至6所示，由于分布在壩面上的凸臺(tái)2的尺寸直接影響壩面沿程水深、流速、壓強(qiáng)、摻氣程度及消能效果等，因此，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置壩面上的凸臺(tái)，可使下泄水流細(xì)化分散，形成更為穩(wěn)定的摻氣漩滾區(qū)和碰撞摻混區(qū)，而凸臺(tái)尺寸選擇與下泄單寬流量、壩高、壩面坡比i (即坡面的垂直高度和水平寬度的比)、消能效果有關(guān)，所以，其尺寸應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求而設(shè)定。
[0016]其中，對(duì)于凸臺(tái)2的跌坎高度a而言，跌坎高度a較大時(shí)，跌坎間的水流跌流落差相應(yīng)增大，消能效果較佳；但在小流量泄流時(shí)，跌坎間的水流跌流波動(dòng)較大，水流激濺現(xiàn)象較為明顯。摻氣及漩滾位置在凸臺(tái)尺寸一定時(shí)，隨下泄單寬流量的增加沿流向逐漸下移，所以，凸臺(tái)的跌坎高度a應(yīng)選擇為0.5?1.Sm，具體高度可視泄流單寬流量而定。
[0017]對(duì)于凸臺(tái)2頂面圓弧形的前緣的半徑r而言，其應(yīng)使同一凸臺(tái)組相鄰?fù)古_(tái)2頂面上形成的扇形分散流可以相互撞擊并且充分摻混。如半徑r過小，凸臺(tái)2的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不明顯；而半徑r過大，凸臺(tái)2及扇形分散流的數(shù)量相對(duì)減少，主流不夠分散破碎，影響流態(tài)的穩(wěn)定和消能效率。所以，凸臺(tái)頂面圓弧形的前緣的半徑r應(yīng)按
r來設(shè)置，并根據(jù)壩面泄流特性調(diào)整。[0018]對(duì)于同一凸臺(tái)組的相鄰?fù)古_(tái)之間的間距d而言，間距d同樣對(duì)消能工個(gè)數(shù)和水流分散破碎程度有影響，按可按d= (0.2?0.5)r選取，并可隨著凸臺(tái)長度b的增大而適當(dāng)增大。
[0019]對(duì)于凸臺(tái)頂面前部上翹的角度β而言，β值越大，凸臺(tái)2頂面與壩面相接區(qū)域下凹越明顯，微型消力塘的水墊層越厚，凸臺(tái)2兩側(cè)分流水量越大，參與局部碰撞的水量亦越大，消能效率越高；當(dāng)單寬流量較大，壩面坡度較陡的情況下，為保證消能效果，β值應(yīng)適當(dāng)加大。上翹角度β可設(shè)為10°?25。，具體可根據(jù)壩面坡比1、單寬流量及消能效果等選定。
[0020]對(duì)于凸臺(tái)2的長度b和相鄰兩凸臺(tái)組的凸臺(tái)前端的水平間距S而言，則應(yīng)考慮壩面泄流特性、工程量和施工條件等確定，合理的長度b和間距S應(yīng)為跌坎下游面內(nèi)部產(chǎn)生低壓漩渦、水流摻氣較充分、工程量較省和施工方便等。按S > b > r選取(如圖4所示，為S=b的情況，如圖6所示，則為S>b的情況)。當(dāng)壩面坡度較陡時(shí)，間距S可適當(dāng)小一些；當(dāng)陡槽段坡度較緩時(shí)，為了適當(dāng)增加階梯間的落差，間距S可適當(dāng)選擇大一些。
[0021]與常規(guī)的階梯壩面消能工相比，本實(shí)用新型的壩面消能工可使經(jīng)壩面下泄的水流摻氣更為充分，并可促進(jìn)水流分散碰撞，增加水流間的剪切摻混，進(jìn)一步提高壩面消能效率，對(duì)改善壩下沖刷、簡化甚至取消掉壩面末端的消能設(shè)施具有顯著成效，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用，并對(duì)單寬流量的適應(yīng)范圍更大的新型壩面消能工。
【權(quán)利要求】
1.壩面消能工，其特征在于:包括呈階梯狀分布在傾斜壩面上的多個(gè)凸臺(tái)組，每個(gè)凸臺(tái)組具有多個(gè)獨(dú)立的凸臺(tái)，上下相鄰的凸臺(tái)組的凸臺(tái)相錯(cuò)位，凸臺(tái)的頂面與壩面接合的區(qū)域略微下凹，凸臺(tái)頂面的前緣為圓弧形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壩面消能工，其特征在于:凸臺(tái)頂面的前部向上翹起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壩面消能工，其特征在于:凸臺(tái)頂面的前部向上翹起的角度β 為 10。~25。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壩面消能工，其特征在于:凸臺(tái)的跌坎高度a=0.5~1.Sm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壩面消能工，其特征在于:凸臺(tái)頂面圓弧形前緣的半徑
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壩面消能工，其特征在于:同一凸臺(tái)組的相鄰?fù)古_(tái)之間的的間距d = (0.2~0.5) r，其中，r為凸臺(tái)頂面圓弧形前緣的半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壩面消能工，其特征在于:凸臺(tái)的長度b、相鄰兩凸臺(tái)組的凸臺(tái)前端的水平間距S以及凸臺(tái)頂面圓弧形前緣的半徑r這三者之間的尺寸關(guān)系為:S > b > r。
【文檔編號(hào)】E02B8/06GK203475400SQ201320562560
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】王建平, 吳小明, 陳文龍, 何用, 何貞俊, 蘇波, 張金明, 范群芳, 呂文斌 申請(qǐng)人:珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院