[发明专利]一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法

说明书

本发明涉及水利水电工程中溢洪道泄洪消能技术领域，尤其为一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法，该溢洪道是由侧墙和阶梯溢流段构成，所述侧墙上端面固定连接有均匀分布的阶梯溢流段，所述阶梯溢流段在原有横向剖面为矩形，且阶梯溢流段沿程以同一尺寸均匀布置的传统阶梯的基础上增加交错排列的楔形结构；本发明中，针对直段溢洪道，通过设置阶梯溢流段，使阶梯横断面产生一定的坡度倾斜，增加水流横向紊动的同时形成了一定的压力差，利于能量消耗的同时加强了边墙对空气的卷吸作用，在沿水流方向，通过阶梯溢流段交错布置造成的流动落差增大，进一步增大了水流纵向的紊动，从掺气和消能的角度保证了溢洪道的正常泄流与安全运行。

技术领域

本发明涉及水利水电工程中溢洪道泄洪消能技术领域，具体为一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法。

背景技术

溢洪道作为水利水电工程泄水建筑物的重要设施，除了应该满足一定的泄洪能力外，还应保证泄水建筑物的安全，不仅包括溢洪道在泄流中结构的安全性，还包括出溢洪道水流与下游河道水流的安全衔接，阶梯溢洪道作为一种溢洪道的形式，通过阶梯凸体结构与水流之间的相互作用，迫使水流产生强烈地紊动，掺入大量空气，消耗水流的动能，阶梯溢洪道有效的掺气作用，形成全断面高浓度的掺气水流，能够有效消除或抑制阶梯凸体的空化空蚀，阶梯溢洪道有效的消能作用，减小溢洪道的泄流对河道及其两岸的冲刷，保证其与下游河道水流的良好衔接，传统阶梯溢洪道指的是各级阶梯的横向外缘线呈直线、纵剖面为矩形且沿程以同一尺寸均匀布置的结构形式，随着单宽流量的增大，阶梯溢洪道的掺气起始点发生下移，掺气起始点之前形成掺气盲区，掺气盲区的大小随着流量的增加而扩大，当流量增大到一定程度时，该盲区容易发生空化空蚀，导致一定的泄流流量受限，对于弯道溢洪道，除了大单宽流量下掺气起始点下移的影响外，由于离心力的影响，泄流弯道外侧出现明显的水面壅高，加上原本掺气强烈，水流超高严重，影响流动的泄流能力，因此，针对上述问题提出一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高流动掺气和消能的差动式阶梯溢洪道及其使用方法，该溢洪道是由侧墙和阶梯溢流段构成，所述侧墙上端面固定连接有均匀分布的阶梯溢流段，所述阶梯溢流段在原有横向剖面为矩形，且阶梯溢流段沿程以同一尺寸均匀布置的传统阶梯的基础上增加交错排列的楔形结构。

优选的，所述侧墙的垂直投影可为曲线或直线，当为曲线，即溢洪道为弯道时，楔形结构顶角指向弯道内侧，当为直线时，即溢洪道为直道时，楔形结构顶角指向直道两侧。

优选的，所述阶梯溢流段在原本传统阶梯溢洪道的基础上增加了交错排列的楔形结构，从正面横向投影看，每级阶梯上均为直角三角形，底边与阶梯宽度相同，直角边高度为阶梯高度的1/3，上下两级阶梯的直角三角形相对于溢洪道的中轴线呈镜像关系，对于弯道泄流，所述阶梯溢流段各级结构相同，从正面横向投影看，直角三角形的底边与溢洪道宽度相同，直角边均与弯道外侧相连，其高度为阶梯高度的1/3。