[發(fā)明專利]一種消除水翅的復(fù)合式尾墩

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610169666.9
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105804024B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛宏程;刁明軍;孫浩淼;王磊
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司51202
• 代理人: 黃幼陵,郭萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水利水電工程的引流設(shè)施，特別涉及一種用于消除溢洪道、泄洪洞閘墩后或河道閘壩墩后水翅現(xiàn)象的尾墩。

背景技術(shù)

大多數(shù)水利水電工程中，當(dāng)設(shè)計流量較大時，常在溢洪道進口段加設(shè)閘墩，將進水口分隔成數(shù)孔，以減小閘門尺寸，防止閘門跨度過大。但在泄洪時，閘墩尾部卻極易發(fā)生水翅(水冠)現(xiàn)象，所謂水翅現(xiàn)象是指從閘室下泄的水流在中墩尾部交匯時，激起一股形狀類似魚類背鰭的水體，這種現(xiàn)象往往會給水工建筑物帶來諸多不利影響甚至危害。若下泄水流稍有波動或閘墩兩側(cè)閘門未對稱開啟，都會導(dǎo)致水翅在泄槽內(nèi)擺動、沖擊甚至翻越邊墻，勢必增加溢洪道邊墻的設(shè)計高度，從而提高工程造價。而強水翅形成的水霧所引起的霧化問題也會影響附近電站的電氣設(shè)備正常運行，還會影響周圍的建筑物和地質(zhì)環(huán)境。若水翅發(fā)生在泄洪洞中，激起的水流容易沖擊泄洪洞頂，其引起的波動還會造成泄洪洞內(nèi)水流流態(tài)不穩(wěn)，嚴(yán)重威脅到泄洪洞的安全運行。此外，河道閘壩墩后的水翅還會形成菱形波等不良流態(tài)，干擾正常的泄洪消能。

降低水翅高度的傳統(tǒng)方法是在閘墩后加設(shè)類似圖1所示的四棱臺型尾墩，該類尾墩雖然能在一定程度上減弱水翅現(xiàn)象，但仍然無法有效避免水翅的發(fā)生，尤其當(dāng)下泄流量為大、中流量時，尾墩后形成的水翅依然會影響下泄水流流態(tài)的平穩(wěn)，因此該類尾墩在實際工程應(yīng)用中還存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種消除水翅的復(fù)合式尾墩，以有效消除閘墩后的水翅現(xiàn)象，改善溢洪道、泄洪洞或下游河道內(nèi)的流態(tài)，提高泄水建筑物運行的安全性。

本發(fā)明提供的消除水翅的復(fù)合式尾墩，由位于上部的隔水墩和位于下部的托流墩座組成，且隔水墩和托流墩座為一體化結(jié)構(gòu)；

所述隔水墩為五面體，具有第一后端面、第一左側(cè)面、第一右側(cè)面、第一頂面和第一底面；第一后端面為鉛垂面且形狀為矩形，該矩形第一后端面的上邊和下邊的邊長b與閘墩的寬度相同；第一底面的形狀為等腰三角形，該等腰三角形第一底面以第一后端面的下邊為底邊，該底邊上的高在水平面的投影長度L為L_c的1.3～1.5倍，所述L_c＝0.5b·k·Fr_m，式中，k＝1.5～2.0，F(xiàn)r_m為閘墩墩尾處泄流的最大弗汝德數(shù)；第一左側(cè)面和第一右側(cè)面為形狀及尺寸相同的梯形面，第一左側(cè)面、第一右側(cè)面分別以矩形第一后端面的左邊和右邊為下底，均以通過等腰三角形第一底面頂點的鉛垂線為上底，所述上底的長度小于下底的長度；第一頂面的形狀為等腰三角形，該等腰三角形第一頂面以第一后端面的上邊為底邊，以第一左側(cè)面或第一右側(cè)面的上底上端點為頂點；

所述托流墩座為曲面體，具有第二前端面、第二后端面、第二左側(cè)面、第二右側(cè)面、第二頂面和第二底面；第二前端面為半橢圓錐面，該半橢圓錐面以通過隔水墩中的等腰三角形第一底面頂點的鉛垂線為中心線，所述半橢圓錐面的高度h₂為所在位置處最大泄流水深的0.30～0.40倍，該半橢圓錐面在水平面的投影寬度與第一后端面的下邊邊長相等，在水平面的投影長度為第一后端面下邊邊長的1～1.5倍；第二后端面為鉛垂面且形狀為矩形，該矩形第二后端面的上邊和下邊的邊長與第一后端面上邊和下邊的邊長相等，該矩形第二后端面左邊和右邊的邊長h₃與所述半橢圓錐面的高度h₂相等；第二頂面與隔水墩中的第一底面為同一等腰三角形面，第二頂面為托流墩座與隔水墩的結(jié)合面；第二左側(cè)面和第二右側(cè)面均為扭面且互為鏡像對稱，第二左側(cè)面的前端與形成第二前端面的半橢圓錐面左側(cè)銜接，第二左側(cè)面以第二后端面的左邊為后端，第二右側(cè)面的前端與形成第二前端面的半橢圓錐面右側(cè)銜接，第二右側(cè)面以第二后端面的右邊為后端；第二底面的形狀與閘墩之后溢洪道、泄洪洞或消力池底板的坡度相匹配，第二底面的水平投影寬度與第二后端面的下邊邊長相等。

上述消除水翅的復(fù)合式尾墩的技術(shù)方案中，所述隔水墩的第一左側(cè)面和第一右側(cè)面上底的長度h₁為所在位置處最大水深的0.45～0.50倍。

上述消除水翅的復(fù)合式尾墩的技術(shù)方案中，隔水墩中第一后端面的左邊邊長與托流墩座中第二后端面的左邊邊長之和h＝隔水墩中第一后端面的右邊邊長與托流墩座中第二后端面的右邊邊長之和h＝閘墩墩尾處泄流的最大水深的1.05～1.1倍。

上述消除水翅的復(fù)合式尾墩的技術(shù)方案中，隔水墩中的第一頂面與第一左側(cè)面、第一右側(cè)面通過圓弧面過渡。