[发明专利]扩散式曲线挑流鼻坎

说明书

技术领域

本发明属水利工程坝工设计技术领域，涉及到一种型式新颖的泄水建筑物消能工——扩散式曲线挑流鼻坎。

背景技术

近年来，我国高坝泄洪消能技术得到了迅速发展，关于大坝泄洪消能的研究和应用越来越多。挑流消能是高水头泄水建筑物最常用的消能方式，挑流消能的关键之一是挑流鼻坎体型的选择。挑坎选择的基本标准就是坎内及出挑后水流流态的好坏问题。一个合理的挑流鼻坎体型，坎内压强分布均匀，水流流态平顺，将下泄水流顺利的导入下游并使对下游河床和岸坡的危害达到最小，由此减轻下游的防护工作，带来较大的经济效益。现在常用的挑坎型式是连续式的实体挑坎，结构布置比较简单，一般为斜坡段接反弧段，以15°～35°挑角出挑，泄流能力不大，有时流态较差，反弧段容易产生空化空蚀现象，对下游河床十分不利，设计不合理时，挑距较近，冲坑很深，直接危害到大坝的基础安全，泄洪时雾化也较为严重。

发明内容

本发明的目的是为了克服常规挑坎泄洪时挑距近、冲坑深、易产生空化空蚀现象的不足，提供结构合理，功能理想、水力特性优越的挑坎型式，使科研设计单位在进行设计时有了更多的选择空间。

本发明的技术方案是把挑流鼻坎设计成斜坡段、大反弧段和小反弧段三部分。扩散式曲线消能挑坎与常规挑坎设计长度相同，在泄水建筑物如泄洪洞出口的斜坡段后连接一大反弧段曲线，斜坡段与大反弧段相切，使水流流态平顺；大反弧段曲线后连接小反弧段曲线，大反弧段半径是小反弧段半径的25～35倍，两段反弧曲线相切于纵向中心线最低点，形成凸向上游的光滑曲面，以利于水流流态平稳顺滑；下泄水流经小反弧段后以66.25°的挑角出挑，形成纵向扩散；在距挑坎出口5～8米处两侧边墙以6°～8°向外扩散以利于水流的横向扩散，这样下泄水流在下游空间分布宽阔，消能效果很好。从平面图看，常规挑坎是普通的连续坎，挑坎出口呈矩形，扩散式曲线挑坎出口设计成凸向上游的圆弧状；在纵剖面图上，常规挑坎纵向投影只有一条圆弧曲线，扩散式曲线挑坎纵向投影是两个相切连接的圆弧。

本发明的效果和益处是使挑流鼻坎的水力特性更加优越，同时大大减轻下游河床的冲刷。当小流量进入鼻坎后，鼻坎内水流逐渐充满，沿程水深分布均匀，水流在边墙引导下扩散，坎内水流流态平稳。挑坎出口流速分布总体上随流量增加而趋于均匀，无冲击波扰动，无水花。水舌脱离鼻坎后沿扩散角呈横向扩散、纵向拉开状态，并在空中掺气。当流量逐渐增大至设计流量时，在出口处小反弧段的作用下，水流在鼻坎内收缩转向，挑离鼻坎，水舌成纵向拉开激起水冠，水舌抛射较高，分上、下、左、右四面扩散，分布面大，主流集中于水舌前部落向下游。小反弧段的设置增加了挑坎出口处水流的紊动和掺气，减少了空化的可能性，出口的流速也降低很多，提高了水体的消能率，坑距及挑距大为增加，明显减少冲坑深度，其流量、流态、流速、压强等水力学指标也很理想，适宜工程采用，可带来明显的经济效益。

附图说明

图1是扩散式曲线挑坎结构示意图。

图2是扩散式曲线挑坎侧视图。

图3是扩散式曲线挑坎过水示意图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

在泄水建筑物泄洪洞出口处设置一与斜坡段相切的大半径反弧段曲线，大反弧段后连接一小半径反弧段曲线，两条反弧曲线在纵向中心线最低点相切，两个反弧段半径相差25～35倍，可根据具体工程情况而定以保证达到预期的流态效果；从平面图上看反弧段形成一凸向上游的圆弧桩；在纵剖面图上，扩散式曲线挑坎纵向投影是两个相切连接的圆弧；小反弧段在距挑坎出口5～8米处的两侧边墙以6°～8°向外扩散。