[发明专利]一种带有凹槽非水平底板跌坎消力池的消能工和方法

摘要

本发明涉及一种带有凹槽非水平底板跌坎消力池的消能工和方法，包括设置在倾斜的泄洪坡道底部的跌坎，跌坎的与上游建筑物通过弧线或直线平滑衔接；跌坎底部设置凹槽，凹槽上游槽边与跌坎平齐，下游槽边倾斜与正坡迎水面连接，正坡坡顶水平，正坡的背水面以直线或曲线与下游渠道平滑衔接，凹槽与跌坎构成消力池，消力池底面水平。本发明在跌坎下和水流再附点前设置凹槽形状底板，增加坎下漩涡流动空间，从而使漩涡中心点区域的压力升高，水流不发生空化现象，避免对消力池边墙的空蚀破坏。由于凹槽和正坡的土方工程量不大，只需稍加修改原有设计的部分工程要点，本发明即能够用于新建工程，也能够以较低的成本，应用于已建底流消能工的改造。

主权项

一种带有凹槽非水平底板跌坎消力池的消能工的设计方法，所述消能工包括：设置在倾斜的泄洪坡道底部的跌坎，所述的跌坎与上游建筑物通过弧线或直线平滑衔接；所述的跌坎底部设置凹槽，凹槽上游槽边与跌坎平齐，下游槽边倾斜与正坡迎水面连接，所述正坡坡顶水平，所述正坡的背水面以直线或曲线与下游渠道平滑衔接，凹槽与跌坎构成消力池，所述的消力池底面水平，其特征在于，所述方法的步骤如下：常规跌坎设计的步骤：根据来流水流的水力参数确定跌坎高度d，及来流水流通过跌坎后的水跃触底位置，根据水跃触底位置确定水跃的长度L和水跃与底板的夹角α；确定凹槽下游边缘的步骤：跌坎至凹槽下游边缘的长度l为：0.7～0.9倍的水跃长度，即：l=（0.7～0.9）L；试算凹槽深度的步骤：根据Δd确定凹槽底部的试算长度l1，凹槽底部的试算长度为：l1=1‑Δd，其中Δd为试算凹槽深度，所述的试算凹槽深度 或是初步设计时拟定，或根据评判结果修正确定；计算涡流中心点压强的步骤：根据如下公式计算跌坎后凹槽的涡流中心压强：式中：P0—涡流中心点压强，ρ－流体密度，g－重力加速度，c－流速衰减系数，c=f（V1，d，h0），V1－为坎上流速，d －跌坎高度，h0－坎上水深，b－椭圆形涡流的短轴，b=d/2，k－椭圆形涡流的长轴与短轴的比值，k=a/b，a－椭圆形涡流的长轴，a= l1/2，h2－消力池底板之上的下游水深；判断和修正的步骤：通过对漩涡中心点压强P0判断试算凹槽深度Δd是否合适，如果P0>0，则减小Δd，如果P0<0，则增加Δd，修正后回到“试算凹槽深度的步骤”；如果P0=0，则进入下一步骤；确定正坡背水面形状的步骤：确定正坡背水面与水平线的夹角β和正坡背水面长度Lr，β=（0.5～1.0）α，Lr=（1～2）h0。