[實(shí)用新型]一種階梯消能結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520759657.6
• 申請(qǐng)日: 2015-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN204959706U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁岳;沈齊婷;于艷榮;孫洪波;查興;車文博;戎貴文;李晶晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B8/06
• 分類號(hào): E02B8/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及大壩泄洪消能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種階梯消能結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著國(guó)家西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略的實(shí)施，西部高山峽谷地區(qū)將興建一批200～300m級(jí)的高壩。這些工程一般均有高水頭、大流量的泄洪特點(diǎn)，增加了泄水建筑物布置的難度，存在泄洪功率過大與下游消能空間甚小的矛盾。為了消殺庫(kù)區(qū)下泄水流的巨大動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)和下游河道上下游水流的銜接，泄水建筑物需要采取有效的消能工。傳統(tǒng)的消能方式有底流消能、挑流消能和面流(或戽流)消能等，這些消能方式在水利水電工程的建設(shè)和運(yùn)行中發(fā)揮了巨大的作用。但是隨著工程建設(shè)規(guī)模的發(fā)展，傳統(tǒng)形式的消能工在工程運(yùn)用中存在很大的缺點(diǎn)和局限性，如底流消能在下游需要有較長(zhǎng)的護(hù)坦，土石方開挖和混凝土方量較大，工程造價(jià)較高；單一的挑流消能常常會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的霧化，影響工程安全和下游環(huán)境；面流(或戽流)消能在下游較長(zhǎng)距離范圍內(nèi)引起河道水流的不平穩(wěn)，影響電站運(yùn)行和下游航運(yùn)。

相對(duì)于傳統(tǒng)泄洪消能方式，近年發(fā)展起來(lái)的階梯(臺(tái)階)式消能工造價(jià)便宜、施工方便、易于檢修，特別是隨著碾壓混凝土壩(RCC)技術(shù)的興起，階梯消能工得到了更廣泛的應(yīng)用。然而，階梯消能工多適用于單寬流量較小(q≤60m²/s)的狀況。當(dāng)單寬流量增加，階梯面上的水深增加時(shí)，摻氣發(fā)生點(diǎn)將大大地向下游移動(dòng)，在階梯起始段的一定范圍內(nèi)，導(dǎo)致消能效率減弱，并引發(fā)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的空蝕破壞。因此，階梯消能工仍有待進(jìn)行體型優(yōu)化，增加其對(duì)大流量的適用性，提高消能效率。

實(shí)用新型內(nèi)容

發(fā)明目的：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種階梯消能結(jié)構(gòu)，克服現(xiàn)有階梯消能工的技術(shù)不足，使其在單寬流量較大的情況能夠保持較高的消能效率，滿足水利工程在消能和安全方面的需要。

技術(shù)方案：

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的一種階梯消能結(jié)構(gòu)，主體包括溢流壩、兩個(gè)側(cè)壁和若干個(gè)階梯結(jié)構(gòu)單元。

所述溢流壩由弧形段、直線段、反弧段三部分組成，弧形段、直線段、反弧段依次從溢流壩的進(jìn)水端到出水端連接為一個(gè)整體。

所述階梯結(jié)構(gòu)單元都布置在溢流壩的直線段上。

所述側(cè)壁位于溢流壩的左、右兩側(cè)，側(cè)壁的下端與溢流壩連接固定。

所述階梯結(jié)構(gòu)單元由階梯曲面和階梯豎面組成，階梯曲面上布置著若干個(gè)墩結(jié)構(gòu)。

所述墩結(jié)構(gòu)為不規(guī)則柱體。

在本實(shí)用新型中，階梯結(jié)構(gòu)單元的階梯曲面和階梯豎面交替布置在溢流壩的直線段上，每個(gè)階梯曲面與溢流壩、相鄰的階梯豎面連接固定，每個(gè)階梯豎面也與溢流壩連接固定。墩結(jié)構(gòu)的側(cè)面由一個(gè)矩形面和兩個(gè)對(duì)稱曲面組成，墩結(jié)構(gòu)的上底面為平面，下底面為與階梯曲面曲率相同的曲面，墩結(jié)構(gòu)在同一個(gè)階梯結(jié)構(gòu)單元上按相同間距排列，在相鄰的兩個(gè)階梯結(jié)構(gòu)單元上彼此交錯(cuò)布置。

作為優(yōu)選，所述階梯結(jié)構(gòu)單元的階梯曲面為外緣上翹的凹形曲面，能夠增大階梯結(jié)構(gòu)單元的摩阻系數(shù)，同時(shí)，具有對(duì)水流挑射的附加功能，能夠增加底部水流與表面水流之間碰撞和對(duì)沖的機(jī)率。

有益效果：本實(shí)用新型的一種階梯消能結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

(1)本實(shí)用新型中的階梯曲面采用外緣上翹的凹形曲面，不僅能夠增大階梯結(jié)構(gòu)單元的摩阻系數(shù)，而且能夠增強(qiáng)溢流壩直線段底部水流的挑射功能，使得溢流壩直線段的底部水流與表面水流之間相互碰撞和對(duì)沖的機(jī)率大大增加。

(2)本實(shí)用新型中的階梯曲面上布設(shè)著若干個(gè)墩結(jié)構(gòu)，墩結(jié)構(gòu)為不規(guī)則柱體，墩結(jié)構(gòu)的側(cè)面由一個(gè)矩形面和兩個(gè)對(duì)稱曲面組成，墩結(jié)構(gòu)的矩形面靠近相鄰的階梯豎面，矩形面增加了墩結(jié)構(gòu)的拖曳阻力，增加了水流的局部損失，從而增強(qiáng)了階梯結(jié)構(gòu)單元的消能效果。

(3)本實(shí)用新型中墩結(jié)構(gòu)的兩個(gè)對(duì)稱曲面使得水流在同一個(gè)墩結(jié)構(gòu)尖端發(fā)生繞流對(duì)沖、在同一階梯結(jié)構(gòu)單元相鄰的墩結(jié)構(gòu)之間擴(kuò)散，水流的紊動(dòng)性增強(qiáng)，從而提高了階梯單元結(jié)構(gòu)的消能效果。墩結(jié)構(gòu)在相鄰的兩個(gè)階梯結(jié)構(gòu)單元上彼此交錯(cuò)布置，交錯(cuò)布置方式使得水流不斷折彎，增加了水流的沿程損失，進(jìn)一步增強(qiáng)了階梯單元結(jié)構(gòu)的消能效果。

(4)本實(shí)用新型中的一種階梯消能結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)溢流壩上設(shè)計(jì)了若干個(gè)階梯結(jié)構(gòu)單元，改善了溢流壩的消能方式，對(duì)提高泄洪消能效率、減輕壩下沖刷破壞程度等具有顯著成效，具有更高的消能防沖效率和突出的工程實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種階梯消能結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的階梯結(jié)構(gòu)單元示意圖；

圖3是圖1中的墩結(jié)構(gòu)示意圖。