魚背式跌坎底流消能工結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種魚背式跌坎底流消能工結構，其包括一級泄流槽、泄槽隔墻、二級魚背式泄流槽、消力池、消力池尾坎以及下游護坦。一級泄流槽末端與消力池底板存在高程差，且一級泄流槽下游連接二級魚背式泄流槽的頂端，二級魚背式泄流槽尾部與消力池相連接，底面與消力池的底板重合，二級魚背式泄流槽有連續(xù)型和間隔型兩種形式。本實用新型的特點在于既保留底流消能效果，又有效降低消力池的脈動壓強和臨底流速等水力學指標，同時減輕了回流對壩址的威脅，具有入池流態(tài)穩(wěn)定、消能效率高、消能建筑安全性高、尾水波動小、泄洪霧化低等優(yōu)點，且結構簡單，有廣闊的應用前景。
【專利說明】魚背式跌坎底流消能工結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及泄洪消能設施領域，特別涉及一種能夠改善消力池水力學指標的魚背式跌坎底流消能工結構。
【背景技術】
[0002]高壩下游的主要消能方式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能，其中底流消能是一種較為成熟的消能方式，具有入池流態(tài)穩(wěn)定、消能效率高、尾水波動小、泄洪霧化影響小等優(yōu)點。
[0003]然而由于底流消能方式射流臨底，消力池底板水力學指標很高，如設計不妥，極易造成破壞，修復困難。故我國大型工程常對底流消能采取消極態(tài)度，盡可能棄而不用。但底流消能基本不受地質條件的限制，如設計運用適宜，其消能效果良好，而且穩(wěn)定可靠。
[0004]在社會環(huán)保意識提高的大背景下，底流消能對周邊環(huán)境影響較小的優(yōu)點逐漸受到青睞，如果能夠對底流消能工結構進行適當的改進，使之應用到高水頭大流量泄洪工程，將會取得巨大的經濟和環(huán)境效益，因此對傳統(tǒng)底流消能工結構的優(yōu)化設計是未來的發(fā)展目標。中國專利ZL200820081250.2公開了一種突擴跌坎型底流消能工結構，其特點是在泄槽末端消力池底板向下具有一定垂直高度的跌坎、在邊墻的水平方向具有一定距離的突擴，這種消能結構雖能在一定程度上降低水力學指標。
[0005]然而大量具體研究及觀測發(fā)現，水流入池后存在不同強度的回流和立軸漩渦，從而引起的淘刷、卷吸與產生的高動水壓力上翹造成建筑物嚴重破壞，并且對周邊環(huán)境具有不同程度的影響。
[0006]綜上所述，提供一種能夠改善消力池水力學指標的新型底流消能工結構，成為本領域技術人員亟待解決的問題。
[0007]公開于該實用新型【背景技術】部分的信息僅僅旨在加深對本實用新型的一般【背景技術】的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。
實用新型內容
[0008]本實用新型要解決的問題是提供一種能夠改善消力池水力學指標的新型底流消能工結構。
[0009]為了解決上述問題，本實用新型提供一種魚背式跌坎底流消能工結構，其包括一級泄流槽、二級魚背式泄流槽、消力池、消力池尾坎以及下游護坦；一級泄流槽末端與消力池底板存在高程差，一級泄流槽的末端銜接設置二級魚背式泄流槽，其中，一級泄流槽的下游連接二級魚背式泄流槽的頂端，一級泄流槽產生的射流為連續(xù)射流；二級魚背式泄流槽的尾部與消力池相連接，二級魚背式泄流槽的底面與消力池的底板重合。
[0010]優(yōu)選地，所述一級泄流槽上設置有多個泄槽隔墻，所述一級泄流槽產生的射流為多股射流。[0011]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽為連續(xù)型，所述一級泄流槽產生的射流通過二級魚背式泄流槽連續(xù)集中流入消力池。
[0012]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽為間隔型，所述一級泄流槽產生的射流通過二級魚背式泄流槽分散流入消力池。
[0013]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽上設置有多個泄槽隔墩，泄槽隔墩設置有半圓形墩頭和流線型墩尾，墩頭直徑為泄槽隔墩的厚度，墩尾的長度為泄槽隔墩厚度的1.5?2倍。
[0014]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽上設置有多個泄槽隔墩，泄槽隔墩設置有半圓形墩頭和流線型墩尾，所述泄槽隔墻與隔墩重合而形成一體，并延長至二級魚背式泄流槽末端并在墩尾處與消力池底面相接。
[0015]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽前端與一級泄流槽水平相接。
[0016]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽后端溢流面曲線由兩段曲線組成。
[0017]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽后端溢流面曲線的第一段曲線的函數表達式為:xL85=2.0*H°_85*y，其中，所述坐標原點選取一級泄流槽的末端，以水平指向下游為X軸正向，豎直向下為I軸正向為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深。
[0018]優(yōu)選地，所述二級魚背式泄流槽后端溢流面曲線的第二段曲線為反弧段，所述反弧段末端與消力池底板相切，反弧段半徑R由以下公式計算得出:R=0.305*10m，其中R為反弧段半徑，m由以下公式計算得出:m= (3.28*v+21*H+16) / (11.8*H+64)，其中，v為反弧段處水流的平均流速。
[0019]本實用新型的有益效果是:
[0020]1、本實用新型將傳統(tǒng)底流泄槽分成兩級，水流由上游泄流槽下泄，由于泄流槽末端與消力池底板存在一定高程差，下泄高速水流存在空間擴散，部分主流沿一級泄槽末端射入消力池水體中部，既不會潛底對底板產生破壞，也不會上漂形成面流；另一部分擴散水流則沿二級魚背式泄流槽穩(wěn)定下潛，形成附底流。
[0021]2、本實用新型在保留底流消能效果的同時，可以有效地降低消力池的脈動壓強和臨底流速等水力學指標，同時減輕了回流對壩址的威脅；間隔型魚背隔墻尾端設有流線型墩尾，能夠避免擴散水流形成的立軸漩渦破壞，具有入池流態(tài)穩(wěn)定、消能效率高、消能建筑安全性高、尾水波動小、泄洪霧化低等優(yōu)點，且結構簡單，有廣闊的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為根據本實用新型的魚背式跌坎底流消能工結構的實施例1的平面示意圖，其中，二級魚背式泄流槽采用連續(xù)型。
[0023]圖2為根據本實用新型的魚背式跌坎底流消能工結構的實施例1的立面示意圖。
[0024]圖3為根據本實用新型的魚背式跌坎底流消能工結構的實施例2的平面示意圖，其中，二級魚背式泄流槽采用間隔型。
[0025]圖4為根據本實用新型的魚背式跌坎底流消能工結構的實施例2的立面示意圖。
[0026]圖1至圖4中，雙點畫線為假想輪廓線，表示結構的分界線。
[0027]主要部件符號說明:
[0028]I 一級泄流槽 2 泄槽隔墻[0029]2b泄槽隔墩
[0030]3二級魚背式泄流槽
[0031]3a二級魚背式泄流槽溢流面曲線的第一段曲線
[0032]3b二級魚背式泄流槽溢流面曲線的第二段曲線
[0033]4消力池
[0034]5消力池尾坎 6 下游護坦
[0035]7墩尾
[0036]8墩頭
[0037]A坐標原點
[0038]L二級魚背式泄流槽的長度
[0039]P一級泄流槽的末端到 消力池底板的高度
[0040]R二級魚背式泄流槽溢流面曲線的第二段曲線的半徑
[0041]a墩尾的長度
[0042]b泄槽隔墩或泄槽隔墻的厚度。
【具體實施方式】
[0043]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0044]本實用新型提出了一種新型魚背式跌坎底流消能工結構，將傳統(tǒng)底流消能泄槽分成兩級，不僅保留了傳統(tǒng)底流消能工結構的優(yōu)點及適用范圍，同時有效降低了消力池臨底流速和底板脈動壓力等水力學指標。
[0045]本實用新型所述的新型魚背式跌坎底流消能工結構，包括一級泄流槽、二級泄流槽、消力池、消力池尾坎以及下游護坦。泄流槽分成兩級，其中，一級泄流槽曲面為傳統(tǒng)泄流曲面，末端水平。當該魚背式跌坎底流消能工結構不包括泄槽隔墻時，一級泄流槽為連續(xù)下泄方式，產生的射流為連續(xù)射流；當該魚背式跌坎底流消能工結構包括泄槽隔墻時，一級泄流槽為多股下泄方式，產生的射流為多股射流。泄流槽末端與消力池底板存在一定的高程差。而二級泄流槽曲面因曲線形態(tài)類似魚背曲線，故下文取名為“二級魚背式泄流槽”，其末端與消力池相接，底面與消力池的底板重合。
[0046]一級泄流槽的下游連接二級魚背式泄流槽的頂端，二級魚背式泄流槽分為連續(xù)型和間隔型兩種形式。
[0047]連續(xù)型的二級魚背泄槽其溢流表面是連續(xù)的平滑曲面，下泄水流連續(xù)集中入池。間隔型的二級魚背泄槽中間設有多個泄槽隔墩，多股射流分散集中入池，其中，泄槽隔墩設有墩頭和墩尾，墩頭為半圓形，墩頭直徑為泄槽隔墩的厚度，墩尾設置為流線型，墩尾長度為泄槽隔墩厚度的1.5~2倍。一級泄流槽為多股出流方式時，將泄槽隔墩與一級泄流槽的泄槽隔墻重合，不再設置墩頭。連續(xù)型和間隔型的二級魚背泄槽溢流面曲線均由兩段曲線組成。
[0048]下面，結合附圖對本實用新型的具體實施例進行描述。
[0049]實施例1代表一級泄流槽為多股下泄方式也即多股出流方式，二級魚背式泄流槽采用連續(xù)型的情況。
[0050]實施例2代表一級泄流槽為多股下泄方式也即多股出流方式，二級魚背式泄流槽采用間隔型的情況。
[0051]這些實施例也適用于上游泄槽(一級泄流槽)為連續(xù)下泄方式也即連續(xù)出流方式。
[0052]在實施例1中，請參閱圖1所示本實施例1中的魚背式跌坎底流消能工結構的平面示意圖，本實用新型提供一種新型的魚背式跌坎底流消能工結構，其結構組成包括一級泄流槽1、泄槽隔墻2、二級魚背式泄流槽3、消力池4、消力池尾坎5以及下游護坦6。
[0053]其中，二級魚背式泄流槽3采用連續(xù)型，該二級魚背式泄流槽3的前端與一級泄流槽I水平相接，該二級魚背式泄流槽3溢流面為連續(xù)的平滑曲面，且尾部與消力池4平順相接；該二級魚背式泄流槽3溢流段的長度L可以選取為2P?3P，其中，P為一級泄流槽I的末端到消力池4底板的高度。
[0054]實施例1的立面示意圖如圖2所示，該二級魚背式泄流槽3溢流面曲線由兩段曲線組成。
[0055]第一段曲線3a的函數表達式為x185=2.0*H°_85*y，其中所述坐標原點A選取一級泄流槽I的末端，以水平指向下游為X軸正向，豎直向下為y軸正向為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深(單位:米)。
[0056]第二段曲線3b為反弧段，該反弧段的末端與消力池4底板相切，反弧段半徑R可由以下公式計算得出:R=0.305*10m，在該公式中，指數m的值由以下公式計算得出:m=(3.28*v+21*H+16)/(11.8*H+64)，其中，v為反弧段處水流的平均流速(單位:米/秒)，H為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深(單位:米)。
[0057]在實施例2中，請參閱圖3所示本實施例2中的魚背式跌坎底流消能工結構的平面示意圖，其結構組成包括一級泄流槽1、泄槽隔墻2、泄槽隔墩2b、二級魚背式泄流槽3、消力池4、消力池尾坎5、下游護坦6、墩頭8以及墩尾7。
[0058]其中，該二級魚背式泄流槽3采用間隔型，該二級魚背式泄流槽3的前端與一級泄流槽I水平相接，該二級魚背式泄流槽3后端溢流面為連續(xù)的平滑曲面，且尾部與消力池4平順相接。該二級魚背式泄流槽3溢流段的長度L可以選取為2P?3P，其中，P為一級泄流槽I末端到消力池4底板的高度。
[0059]二級魚背式泄流槽3中間設置多個隔墩2b，泄槽隔墩2b設有墩頭8和墩尾7，墩頭8為半圓形，墩頭直徑為隔墩2b的厚度b，墩尾7設置為流線型，墩尾的長度a為泄槽隔墩2b厚度b的1.5?2倍。若一級泄流槽I為多股出流方式，則泄槽隔墩2b與一級泄流槽I的泄槽隔墻2重合而形成一體，并延長至二級魚背式泄流槽(3)末端并在墩尾7處與消力池4底面相接。
[0060]二級魚背式泄流槽3溢流面曲線由兩段曲線組成，立面示意圖如圖4所示。
[0061]第一段曲線3a的函數表達式為x185=2.0*H°_85*y，其中所述坐標原點A選取一級泄流槽I的末端，以水平指向下游為X軸正向，豎直向下為y軸正向為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深(單位:米)。
[0062]第二段曲線3b為反弧段，該反弧段的末端與消力池4底板相切，反弧段半徑R可由以下公式計算得出:R=0.305*10m，在該公式中，指數m的值由以下公式計算得出:m=(3.28*v+21*H+16)/(11.8*H+64)，其中，v為反弧段處水流的平均流速(單位:米/秒)，H為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深(單位:米)。
[0063]上述實施例是用于例示性說明本實用新型的原理及其功效，但是本實用新型并不限于上述實施方式。本領域的技術人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，在權利要求保護范圍內，對上述實施例進行修改。因此本實用新型的保護范圍，應如本實用新型的權利要求書覆蓋。
【權利要求】
1.一種魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，其包括一級泄流槽(I)、二級魚背式泄流槽(3)、消力池(4)、消力池尾坎(5)以及下游護坦(6)； 所述一級泄流槽(I)的末端與消力池(4)底板存在高程差，并且在所述一級泄流槽(I)的末端銜接設置所述二級魚背式泄流槽(3)，其中所述一級泄流槽(I)的下游連接二級魚背式泄流槽(3)的頂端，所述一級泄流槽(I)產生的射流為連續(xù)射流； 所述二級魚背式泄流槽(3)的尾部與消力池(4)相連接，二級魚背式泄流槽(3)的底面與消力池(4)的底板重合。
2.根據權利要求1所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述一級泄流槽(I)上設置有多個泄槽隔墻(2)，所述一級泄流槽(I)產生的射流為多股射流。
3.根據權利要求1或2所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)為連續(xù)型，所述一級泄流槽(I)產生的射流通過二級魚背式泄流槽(3 )連續(xù)集中流入消力池(4)。
4.根據權利要求1或2所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)為間隔型，所述一級泄流槽(I)產生的射流通過二級魚背式泄流槽(3)分散流入消力池(4)。
5.根據權利要求4所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)上設置有多個泄 槽隔墩(2b)，泄槽隔墩(2b)設置有半圓形墩頭(8)和流線型墩尾(7)，墩頭(8)直徑為泄槽隔墩(2b)的厚度(b)，墩尾(7)的長度(a)為泄槽隔墩(2b)厚度(b)的1.5~2倍。
6.根據權利要求2所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)上設置有多個泄槽隔墩(2b)，泄槽隔墩(2b)設置有半圓形墩頭(8)和流線型墩尾(7)，所述泄槽隔墻(2)與隔墩(2b)重合而形成一體，并延長至二級魚背式泄流槽(3)末端并在墩尾(7 )處與消力池(4 )底面相接。
7.根據權利要求1或2所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3 )前端與一級泄流槽(I)水平相接。
8.根據權利要求1或2所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3 )后端溢流面曲線由兩段曲線組成。
9.根據權利要求8所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)后端溢流面曲線的第一段曲線(3a)的函數表達式為:
xL85=2.0*H°_85*y， 其中所述坐標原點(A)選取一級泄流槽(I)的末端，以水平指向下游為X軸正向，豎直向下為I軸正向為設計水頭下一級泄流槽的末端上的水深。
10.根據權利要求8所述的魚背式跌坎底流消能工結構，其特征在于，所述二級魚背式泄流槽(3)后端溢流面曲線的第二段曲線(3b)為反弧段，所述反弧段末端與消力池(4)底板相切，反弧段半徑(R)由以下公式計算得出:
R=0.305*10m, 其中，R為反弧段半徑，m由以下公式計算得出:
m= (3.28*v+21*H+16)/(ll.8*H+64)， 其中，V為反弧段處水流的平均流速。
【文檔編號】E02B8/06GK203411958SQ201320455730
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權日:2013年7月29日
【發(fā)明者】戴會超, 鄭鐵剛, 張培培, 楊文俊, 牛志攀 申請人:中國長江三峽集團公司