一種差動反坡式消能摻氣結構制造技術

本實用新型專利技術涉及一種差動反坡式消能摻氣結構。本實用新型專利技術差動式挑坎與階梯溢流壩面末端臺階水平面相連，反坡式消力池位于直線過渡段之后，差動式挑坎與反坡式消力池通過直線過渡段連接，反坡式消力池布置梯形凸起圓形消能工。本實用新型專利技術通過將差動式挑坎與反坡式消力池相結合，將挑流消能與底流消能兩種消能方式相結合，差動式挑坎在垂直方向對水流有較大的擴散，能夠有效減弱水流對河床的沖刷。反坡式消力池上設置的梯形凸起圓形消能工能夠降低“水翅”高度，優(yōu)化水流流態(tài)，凸起圓形設置在一定程度上減弱空化空蝕危害，延長消能工使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種差動反坡式消能摻氣結構
本技術涉及一種差動反坡式消能摻氣結構，屬于水利水電工程中使用的消能設施

技術介紹
在水利工程建設中，泄水建筑物主要有兩大方面的作用就是消能和泄洪，宣泄多余的水流，耗散水流動能，減輕對下游河床的沖刷，增強壩體的穩(wěn)定性。隨著高壩建設發(fā)展的需要,以及對消能機理認識的逐步深入,許多新型的消能形式不斷出現。目前常見的消能形式主要有底流消能、挑流消能、面流消能等，底流消能主要靠前半區(qū)的水躍進行耗散能量，這部分能量比較集中，消力池底板承受荷載集中，造成臨底流速和脈動壓強等水力學指標偏高，導致消力池底板發(fā)生失穩(wěn)破壞；挑流消能由于挑射水流在空中受大氣的拖曳和卷吸作用發(fā)生破碎，并在下游水體碰撞時產生激濺，霧化降雨難以避免。因此需要一種在高水頭大流量條件下，既能提高消能率，又能摻氣減蝕保護下游建筑物，減小下泄水流水面波動的消能結構。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是：本技術提供一種差動反坡式消能摻氣結構，適用于高水頭大流量條件下進行消能摻氣減蝕，減小水力學指標，有效提高消能率。本技術技術方案是：一種差動反坡式消能摻氣結構，包括差動式挑坎1、反坡式消力池2、直線過渡段3、梯形凸起圓形消能工4；所述差動式挑坎1與階梯溢流壩面末端臺階水平面相連，反坡式消力池2位于直線過渡段3之后，差動式挑坎1與反坡式消力池2通過直線過渡段3連接，反坡式消力池2布置梯形凸起圓形消能工4。進一步地，所述差動式挑坎1包括高坎1-1和低坎1-2；高坎1-1的平面圖為前窄后寬，低坎1-2為前寬后窄，高坎1-1側面為斜面。進一步地，所述差動式挑坎1中高坎1-1的挑流仰角θ1＝25°，低坎1-2的挑流仰角為水平，θ2＝0°。進一步地，所述反坡式消力池2前半部為順坡，后半部為逆坡，反坡式消力池順坡坡度i2＝1/3～1/2，反坡式消力池逆坡坡度i3＝-1/6～-1/4，相對應的逆坡池長LB與第二共軛水深h2的關系為：LB/h2＝4.75、LB/h2＝4.67或LB/h2＝4.9。進一步地，所述反坡式消力池2反坡段布置梯形凸起圓形消能工4，布置形式為順梯形排列凸起圓形，即沿水流方向梯形短邊在上游側，梯形長邊在下游側，梯形凸起圓形消能工4圓形半徑為r，凸起高度為h，r/h＝0.5～0.7。進一步地，所述反坡式消力池2反坡段布置梯形凸起圓形消能工4，布置形式為逆梯形排列凸起圓形，即沿水流方向梯形長邊在上游側，梯形短邊在下游側，梯形凸起圓形消能工4圓形半徑為r，凸起高度為h，r/h＝0.5～0.7。進一步地，所述高坎1-1與低坎1-2的高差a等于收縮斷面急流水深h3，a/h3＝1；高坎1-1末端寬度為b1，b1/h3＝2.5～2.7，低坎1-2末端寬度為b2，b2/b1＝3/4；高坎1-1在平面圖上的擴張角為25°；齒的側坡豎橫比為1∶0.5。本技術的有益效果是：1、水流通過差動式挑坎，差動挑坎的高坎和低坎可把水流“撕開”，在垂直方向能有較大擴散，使水舌入水面積增大，有利于減弱水流對河床的沖刷，高坎的挑角使得射出水流與空氣充分接觸，能夠在水舌底部創(chuàng)造摻氣條件，增大摻氣濃度。水流經由挑坎下落至反坡式消力池內，與反坡產生的水躍主流相碰撞，紊動強烈，出池水流的波動性減小，尾水波動對岸坡的沖刷減輕。2、差動式挑坎與反坡式消力池的結合，使水流摻氣濃度增加，水流流態(tài)趨于平穩(wěn)，減小對下游岸坡及建筑物的不利影響，消能效果顯著。3、將最易發(fā)生空化現象的齒的側面由直立面改為斜面，同時又保持槽內的水流沿程收縮。使齒槽公用的斜壁上的壓力有所增加，從而改善齒槽式挑坎的抗空化性能。4、反坡段布置梯形凸起圓形消能工優(yōu)化水流流態(tài)，降低“水翅”高度，施工方便，節(jié)約成本，水流在凸起圓形消能工之間相互碰撞消耗大量能量，減小了出泄水流的水面波動，減小水流對下游建筑物的沖刷破壞。5、該組合消能方式對下游沖刷較小，有效保護水利工程中泄水建筑物在高水頭、大流量條件下壩體的安全。附圖說明圖1是本技術所述A型消能摻氣結構的平面示意圖，用于中高水頭水電站的底流消能；圖2是圖1中差動式挑坎的結構示意圖；圖3是圖1中差動式挑坎的高坎和低坎部分的俯視圖；圖4是圖1中Ⅱ-Ⅱ的剖面圖；圖5是圖1中Ⅱ-Ⅱ挑角示意圖；圖6是圖1的Ⅰ-Ⅰ剖面圖；圖7是本技術所述B型消能摻氣結構的平面示意圖，用于中高水頭水電站的底流消能；圖8是本技術所述C型消能摻氣結構的平面示意圖，用于中高水頭水電站的底流消能。圖9是本技術所述反坡式消力池逆坡段流態(tài)示意圖。圖1中各標號：1-差動式挑坎、2-反坡式消力池、3-直線過渡段、1-1-高坎、1-2-低坎、b1-高坎末端寬度、b2-低坎末端寬度、a-高坎與低坎的高差、θ1-高坎的挑流仰角、θ2-低坎的挑流仰角、4-梯形凸起圓形消能工、i1-挑流仰角、i2-反坡式消力池順坡坡度、i3-反坡式消力池逆坡坡度。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例，對本技術作進一步說明。實施例1，如圖1-圖6，圖9所示，本技術包括差動式挑坎1，反坡式消力池2，直線過渡段3，梯形凸起圓形消能工4；差動式挑坎1位于末級階梯尾部，反坡式消力池2位于直線過渡段之后，差動式挑坎1與反坡式消力池2通過直線過渡段3連接，反坡式消力池2反坡段設置梯形凸起圓形消能工4；差動式挑坎1的挑流仰角高坎(齒)1-1為θ1＝25°，低坎(槽)1-2成水平，θ2＝0°；高坎與低坎的高差a等于收縮斷面急流水深h3，a/h3＝1；高坎末端寬度為b1，b1/h3＝2.5，低坎末端寬度為b2，b2/b1＝3/4；高坎在平面圖上的擴張角為25°；齒的側坡豎橫比為1∶0.5；反坡式消力池后半部反坡式消力池逆坡坡度為i3＝-1/6，相對應的逆坡池長LB一般為LB/h2＝4.75，反坡段梯形凸起圓形排列設置為順梯形。本實施案例中的A型差動反坡式消能摻氣結構的消能率約為60％～75％，減小了消力池出泄水流水面波動，消力池內為淹沒水躍，水流紊動強烈。實施例2，如圖2-圖7，圖9所示，本技術包括差動式挑坎1，反坡式消力池2；直線過渡段3；差動式挑坎1位于末級階梯尾部，反坡式消力池2位于直線過渡段之后，差動式挑坎1與反坡式消力池2通過直線過渡段3連接；差動式挑坎1的挑流仰角高坎(齒)1-1為θ1＝25°，低坎(槽)1-2成水平，θ2＝0°；高坎與低坎的高差a等于收縮斷面急流水深h3，a/h3＝1；高坎末端寬度為b1，b1/h3＝2.6，低坎末端寬度為b2，b2/b1＝3/4；高坎在平面圖上的擴張角為25°；齒的側坡豎橫比為1∶0.5；反坡式消力池后半部反坡式消力池逆坡坡度為i3＝-1/5，相對應的池長LB一般為LB/h2＝4.67，反坡段梯形凸起圓形排列設置為順梯形。本實施案例中的B型差動反坡式消能摻氣結構的消能率約為60％～75％，減小了消力池出泄水流水面波動，消力池內為淹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種差動反坡式消能摻氣結構，其特征在于：包括差動式挑坎(1)、反坡式消力池(2)、直線過渡段(3)、梯形凸起圓形消能工(4)；所述差動式挑坎(1)與階梯溢流壩面末端臺階水平面相連，反坡式消力池(2)位于直線過渡段(3)之后，差動式挑坎(1)與反坡式消力池(2)通過直線過渡段(3)連接，反坡式消力池(2)布置梯形凸起圓形消能工(4)。/n

【技術特征摘要】
1.一種差動反坡式消能摻氣結構，其特征在于：包括差動式挑坎(1)、反坡式消力池(2)、直線過渡段(3)、梯形凸起圓形消能工(4)；所述差動式挑坎(1)與階梯溢流壩面末端臺階水平面相連，反坡式消力池(2)位于直線過渡段(3)之后，差動式挑坎(1)與反坡式消力池(2)通過直線過渡段(3)連接，反坡式消力池(2)布置梯形凸起圓形消能工(4)。


2.根據權利要求1所述的差動反坡式消能摻氣結構，其特征在于：所述差動式挑坎(1)包括高坎(1-1)和低坎(1-2)；高坎(1-1)的平面圖為前窄后寬，低坎(1-2)為前寬后窄，高坎(1-1)側面為斜面。


3.根據權利要求2所述的差動反坡式消能摻氣結構，其特征在于：所述差動式挑坎(1)中高坎(1-1)的挑流仰角θ1＝25°，低坎(1-2)的挑流仰角為水平，θ2＝0°。


4.根據權利要求1所述的差動反坡式消能摻氣結構，其特征在于：所述反坡式消力池(2)前半部為順坡，后半部為逆坡，反坡式消力池順坡坡度i2＝1/3～1/2，反坡式消力池逆坡坡度i3＝-1/6～-1/4，相對應的逆坡池長LB與第二共軛水深h...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：池曉清，楊具瑞，劉柯涵，任中成，邱毅，陳衛(wèi)星，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：新型
國別省市：云南;53