[发明专利]一种新型水利工程消能工结构

说明书

技术领域：

一种新型水利工程消能工结构，涉及水利工程消能工的结构型式。

背景技术：

在河流的中下游修建水电站,往往受坝址地形条件,泄洪过流宽度的限制。泄洪闸单宽流量较大、水头相对较低,这些条件使泄洪消能问题成为工程枢纽布置的控制因素之一。这类泄水建筑物多具有水头低、单宽流量大、弗劳德数低、尾水深以及下游水位落差变幅大等特点,此外从施工费用方面也可以看出消能防冲设施占了相当大的比例。因此,泄水建筑物的形式和合理布置就成为一个制约性的重要技术问题。

发明内容：

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种用于低水头、大流量水利工程泄洪消能的新型消能工结构型式。其技术方案如下：

它在闸墩后设置挑坎，挑坎后端衔接消力池，消力池末端设置消力坎。其关键技术是挑坎的迎水面为坡面，迎水面上端向内折形成挑角,迎水面顶端与水平面的夹角形成坎角α₁，挑坎的顶端外侧有一斜面，形成扩散形体型的跌坎；消力坎尾端有一斜坡，斜坡与消力池底板的夹角构成α₂角。

与现有技术相比本发明具有的有益效果是：

1、在闸墩后设置挑坎，挑坎的迎水面上端向内折形成挑角,跌坎是一种扩散形体型，在泄量较小，下游尾水位较低时，水流出闸室经挑坎挑起形成横向扩散水舌，经扩散形体型跌坎后入池水舌扩散至整个消力池断面，以较小的单宽流量进入消力池形成水跃，类似于挑流消能。经试验研究观察，水舌呈近180度扇形形态，中间部分水舌较两边厚，流速也较两边大，其入水点相对于两边扩散水流靠近下游，整个水舌非自由挑流水舌，水舌水层下有回流，池内形成淹没水跃，出池水流为缓流，水面平稳，与下游尾水自然衔接。

2、随着泄量的增大，下游水位升高，出闸水流经挑坎挑起、扩散，与消力池内水流产生碰撞、涌动、掺气，在消力池内产生横向扩散和剪切、掺混，防止了二次水跃的形成，加强了消能效果，使水流的部分机械能转化为热能散去，降低了出池水流流速,并使得流速分布均匀化。经模型试验观察，在消力池内形成完整淹没水跃，出池水流水面有少量气泡析出，水舌水层下有回流，回流于各孔扩散水流交界处向上涌动，在涌动过程中伴有大量掺气，出池水流水面无跌落，波动较小，平稳下泄，与下游尾水自然衔接。

3、挑角的主要作用是在泄量较小时，使得水舌沿横向拉伸、纵向收缩,水流经挑坎后,以较小的单宽流量入消力池形成水跃。改变了进入消力池内水流的水力学特性,水流以扇形射流形式进入消力池，使得流速均匀化。

4、消力池的作用是保证在各工况下消力池中形成适当的水深，起到降低临低流速、避免小泄量时挑流水舌冲击消力池底板和满足形成淹没水跃的共轭条件的综合作用，池内水流形成的漩涡结构复杂,碰撞掺混剧烈,增强了消能效果，有效解决水流出消力池时产生的二次跌落问题,从而进一步减轻了水流对下游河床的冲刷。

5、末端设置斜坡消力坎，能调整出池水流的流速分布，同时可一定程度上改变消力池内各水力参数。其消能效果好，所以下游冲於效果良好。

6、综上所述，本发明针对具有低水头、大流量、低佛氏数、深尾水以及下游水位落差变幅大等特点的泄洪消能问题,提供一种小挑角、跌坎、浅水垫消力池联合消能的形式，较好地解决了采用常规低流消能和消力池内水流流态不稳定的问题。

附图说明：

图1，是本发明结构示意图。

具体实施方式：

参见图1，本发明在闸墩1后设置挑坎2，挑坎2后端衔接消力池5，消力池5末端设置消力坎7。其关键技术是挑坎2的迎水面为坡面，迎水面上端向内折形成挑角3,迎水面顶端与水平面的夹角形成坎角α₁，挑坎2的顶端外侧有一斜面，形成扩散形体型的跌坎4；消力坎7尾端有一斜坡6，斜坡6与消力池5底板的夹角构成α₂角。

所述α₁角的角度在0°～45°。在相同的水文条件下，坎高d愈小，坎角α₁愈大，出现混合流某一流态时所需的界限水深愈低，但坎高的影响大于坎角，一般宜尽量设置成低坎，以保证出现高序列流态，坎高以河床平均高度为基准计算，坎角可在0°～45°间选择，一般坎角宜与佛劳德数Fr成正比，Fr值愈小，坎角愈小，但一般宜取较大坎角为妥。

所述α₂角的角度为30°～90°。以调整出池水流的流速分布。