[實用新型]溢流壩上的斜面型階梯消能工

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720876903.5
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN207749492U
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊具瑞;郭瑩瑩;湯建青
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種溢流壩上的斜面型階梯消能工，屬于水利水電工程中使用的消能設(shè)施領(lǐng)域。包括上游的WES曲線段、中間的階梯段和下游反弧段，階梯段分為過渡階梯段和均勻階梯段。所述階梯段是在傳統(tǒng)階梯的基礎(chǔ)上將階梯立面或平面設(shè)計成斜面型。這種斜面型的階梯不僅增大了水流與空氣的接觸面積使水流在階梯上的沿程摻氣效果大幅度改善，降低了臺階上空化空蝕的幾率，同時減弱了水流對階梯面和邊墻的直接沖刷，對階梯和邊墻起到了保護作用，提高溢流壩的使用壽命。本實用新型可以與前置摻氣坎進行聯(lián)合消能，可以將來自與摻氣坎水流在階梯上進一步強迫摻氣，具有更高的消能防沖效率，適用于水利工程中泄水建筑物的摻氣減蝕。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于水利水電工程中使用的消能設(shè)施，特別涉及一種用于壩面溢流的階梯消能工。

背景技術(shù)

在壩工設(shè)計中，泄洪和消能是泄水建筑物承擔(dān)的兩大任務(wù)，即在安全穩(wěn)定宣泄多余洪水的同時防止下泄水流對壩面和下游基坑的沖刷破壞，尤其對于高水頭、大流量泄洪工程，由于宣泄的洪水難以及時的消能，下泄的水流的流速和沖擊壓力較大，對下游消力池破壞十分嚴(yán)重。因此水力研究者在總結(jié)傳統(tǒng)底流消能工的基礎(chǔ)上，引入階梯溢流壩消能工，它主要利用壩面階梯上水流所形成的橫向旋滾及其與主流之間的剪切和動量的交換來達到消能的目的，由于壩面的強迫摻氣可以降低對壩體和下游沖刷破壞。但隨著工程建設(shè)規(guī)模的發(fā)展，傳統(tǒng)形式階梯消能存在很大的缺點和局限性，如在高水頭、大單寬流量的泄水建筑物中，由于階梯面上的水深加大，底部缺乏摻氣條件，壩面就會出現(xiàn)空化空蝕破壞，尤其是前幾級臺階面的負(fù)壓較大，摻氣量不足，其空蝕破壞最為嚴(yán)重；底流消能在下游需要較長的護坦和消力池，工程量較大，工程投資較高；單一的挑流消能常常在反弧段產(chǎn)生較大的水流霧化現(xiàn)象對工程安全和下游環(huán)境帶來不利的影響。因此，階梯消能工仍有待進行體型優(yōu)化，增加對高水頭、大單寬流量溢流壩的適用性，提高消能效率。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種溢流壩面上的斜面型階梯消能工，將傳統(tǒng)的階梯面根據(jù)溢流壩工作水頭進行一定角度的偏折，以增大階梯與水流的接觸面積消除階梯面負(fù)壓的產(chǎn)生，且傳統(tǒng)階梯上的水流會向下向外發(fā)生偏折的現(xiàn)象，導(dǎo)致水體可能會直接落在相隔的幾級階梯上或者沖刷大壩的邊墻，因此需要設(shè)置不同尺寸的階梯使水流平順的流出的同時加大底部水流摻氣的效果，減少水流對階梯和邊墻的沖刷破壞，提高階梯段的消能率，延長大壩的使用壽命。

本實用新型的技術(shù)方案：一種溢流壩上的斜面型階梯消能工，其特征在于：包括頂部WES曲線段、中間階梯段和下部的反弧段三部分，WES曲線段、中間階梯段和下部的反弧段依次從溢流壩的進水端到出水端連接為一個整體；所述階梯段從高位至低位依次為過渡階梯段和均勻階梯段，所述過渡階梯段的臺階水平表面向下偏折一定角度，所述均勻階梯段的臺階水平表面向下偏折一定角度，臺階立面豎直面向右偏折一定角度。

所述溢流壩上的中間階梯段的整體階梯的底坡傾角θ₁為53°～63°。

所述的溢流壩面上的斜面型階梯消能工，可在WES曲線段和過渡階梯段之間設(shè)置摻氣坎，以便進一步增加水流的摻氣效果，增強減免空化空蝕的力度。

所述過渡階梯段由前五級或前六級臺階組成，為了使水流平順的流下均勻臺階的平面由傳統(tǒng)臺階的水平面向下偏折，有利增加前幾級階梯水流摻氣量降低空蝕破壞的程度，偏折的角度為θ₂＝3.8°～11.3°，寬度b₁＝0.25m～2.0m，臺階的立面依舊是傳統(tǒng)的豎直臺階面，其高度h₁＝0.25m～1.5m。