[實(shí)用新型]一種擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520108854.1
• 申請(qǐng)日: 2015-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN204626353U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳時(shí)強(qiáng);王芳芳;吳修鋒;周杰;王威;戴江玉;薛萬(wàn)云;吳越杰;陳惠玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院;河海大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B8/06
• 分類號(hào): E02B8/06
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于水利水電工程泄洪消能領(lǐng)域，涉及一種消力池。

背景技術(shù)

在水利水電泄水建筑物中，泄流與下游天然河道相銜接時(shí)，必然需要消能與調(diào)整流速分布。高水頭、高Fr數(shù)（Fr數(shù)稱之為弗汝德數(shù)，是水力參數(shù)，后文簡(jiǎn)稱為“Fr數(shù)”）泄水條件，可用挑流加水墊塘，亦可用底流、面流加消力池等措施，達(dá)到消能防沖目的。但對(duì)于低水頭、大單寬、低Fr數(shù)水流消能問題一直成為難點(diǎn)，尤其是單寬流量極大（大于300m²/s）、Fr數(shù)極低（1~2）情況下，出口消能區(qū)域受限時(shí)，水流消能難度極大。。

從消能角度，無(wú)論哪種消能形式，在消能段能出現(xiàn)完整穩(wěn)定水躍，對(duì)消能極為有利。但穩(wěn)定水躍形成對(duì)來流Fr數(shù)、單寬流量、上下游水位差及變化等條件要求較高。很多情況下，尤其是低水頭、大單寬、低Fr數(shù)水流，上下游水位組合復(fù)雜多變、水躍產(chǎn)生區(qū)地形地質(zhì)條件受限，水躍產(chǎn)生形態(tài)不穩(wěn)定，甚至不能形成水躍現(xiàn)象，不能夠保證流道出口高效消能。目前，為了利用水躍消能，常采用輔助消能工（墩、坎等）及收縮擴(kuò)散等方式強(qiáng)迫水流產(chǎn)生水躍現(xiàn)象，但是，對(duì)于單寬流量極大（大于300m²/s）、Fr數(shù)極低（1~2），上下游水位差較小，下游水位較低，出口地形地質(zhì)條件受限（消能區(qū)域較短）等情況，消能難度較大，出口單寬流量大、流速高，難以形成水躍，消能率極低，造成下游沖刷嚴(yán)重。

臺(tái)階消能方式已在水利工程、景觀設(shè)計(jì)、河流防沙及魚道工程等領(lǐng)域得到應(yīng)用，水利工程中常在壩面、溢洪道等處采用臺(tái)階進(jìn)行消能，通過對(duì)底流加糙，增加摻氣、旋滾、碰撞，達(dá)到消能摻氣的目的，且多為正向（即每個(gè)臺(tái)階平面高程沿水流方向逐級(jí)降低）臺(tái)階。對(duì)于反臺(tái)階（即每個(gè)臺(tái)階平面高程沿水流方向逐級(jí)升高）消能方式。目前多采用單個(gè)臺(tái)階型式（如坎、墩等），用以整流或促使水躍產(chǎn)生，但是消能效果還有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)低水頭、大單寬流量、低Fr數(shù)水流，出口消能區(qū)域受限、來流及出流順直情況，提供一種擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池，可有效縮短消力池池長(zhǎng)，提高消能率。

本實(shí)用新型具體采用如下技術(shù)方案：

一種擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池，由前端的跌坎、底部的底板、兩側(cè)的邊墻及末端的尾坎組成，其特征是所述消力池兩側(cè)邊墻對(duì)稱分布且向外水平擴(kuò)散，尾坎采用連續(xù)反臺(tái)階尾坎，由對(duì)稱且寬度隨消力池邊墻擴(kuò)散而變化的臺(tái)階組成，臺(tái)階順?biāo)鞣较蚋叱讨鸺?jí)升高。

優(yōu)選地，所述尾坎階數(shù)為2~5階；

優(yōu)選地，所述尾坎單階高度為2~5m。（各階臺(tái)階高度可以相等，也可以不相等。）

優(yōu)選地，消力池邊墻擴(kuò)散角度為5°~15°。

優(yōu)選地，跌坎的跌落高度為1/6~1/3h，h為進(jìn)流水深。

本實(shí)用新型反臺(tái)階尾坎各階踏步深度可根據(jù)實(shí)際流態(tài)調(diào)整需要結(jié)合反臺(tái)階的階數(shù)及單階臺(tái)階高度綜合考慮設(shè)計(jì)。消力池兩側(cè)邊墻可以是平面的也可以是曲面的，根據(jù)實(shí)際流態(tài)調(diào)整需要決定。

本實(shí)用新型的擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池利用末端的連續(xù)反臺(tái)階尾坎代替?zhèn)鹘y(tǒng)尾坎體型，使水流與尾坎分層碰撞，分層消減能量，增強(qiáng)出池前水流碰撞、摻混、紊動(dòng)流態(tài)，實(shí)現(xiàn)碰撞消能；邊墻橫向擴(kuò)散，減小單寬流量，均化流速分布；并在前端進(jìn)口設(shè)置跌坎增加池內(nèi)水深，使水流豎向擴(kuò)散，促使池內(nèi)形成水躍消能流態(tài)，可有效縮短池長(zhǎng)，提高消能率，達(dá)到消能和調(diào)整流速分布的作用，使出池水流與下游水面平順銜接，避免下游沖刷。本發(fā)明適用于低水頭、大單寬、低F水流狀態(tài)，進(jìn)出流均勻，出口后河道軸線與水流同軸，遠(yuǎn)離岸邊，主流無(wú)需偏轉(zhuǎn)情況。消力池具體尺寸及體型要求與來流條件及下游水位相適應(yīng)。

附圖說明

???????圖1為平面擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池立體圖；

圖2為平面擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池平面圖；

圖3為曲面擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池平面圖；

圖4為魚鱗狀“伸舌”圖；

圖5為鋸齒狀“伸舌”圖。

具體實(shí)施方式

???????實(shí)施例一

如圖1、圖2所示，擴(kuò)散型反臺(tái)階消力池由前端的跌坎1、底部的底板2、兩側(cè)的邊墻3及末端的尾坎4組成，兩側(cè)邊墻3為平面，以消力池中軸線對(duì)稱分布，且水平向外擴(kuò)散，消力池寬度逐漸增加，使出水水流橫向擴(kuò)散；其前端的跌坎1可呈直角或一定坡度跌落，增加池內(nèi)水深，使水流豎向擴(kuò)散；其尾坎4設(shè)置成連續(xù)反臺(tái)階尾坎，來流與尾坎的臺(tái)階分層碰撞，使出池前水流充分碰撞、摻混、紊動(dòng)，減小出池流速，雍高尾水水位，促使池內(nèi)形成水躍消能流態(tài)，增加消能效率。