[發明專利]一種可調節摻氣消能的反弧階梯型溢流壩

有效

• 申請號: 201811245139.7
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109281294B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李書芳;滕麗娟;游小勇;張同信;杜海亮;李焱;王瑾;王志國;樊晶晶;高子蘭;宋志斌;馬秋娟;穆征
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06;E02B7/02
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 崔雪

本發明涉及水利設施技術領域，提供一種可調節摻氣消能的反弧階梯型溢流壩，包括：所述反弧階梯型溢流壩的迎水面為垂直面；所述反弧階梯型溢流壩的過水面包括n個依次連接的階梯面；其中，第一個階梯面包括第一WES溢流段和與第一WES溢流段連接的反弧曲面；所述第一WES溢流段包括：依次連接的第一弧型曲面、第二弧型曲面、第三弧型曲面和冪曲面；除第一個階梯面外的階梯面包括第二WES溢流段和與第二WES溢流段連接的反弧曲面；所述第二WES溢流段包括依次連接的第二弧型曲面、第三弧型曲面和冪曲面；每個階梯面的冪曲面與對應的反弧曲面連接。本發明能夠減小階梯溢流壩空蝕破壞風險、提高消能率和增大水中摻氣量。

技術領域

本發明涉及水利設施技術領域，尤其涉及一種可調節摻氣消能的反弧階梯型溢流壩。

背景技術

隨著我國水電工程的高速發展，大單寬流量下的高壩泄洪成為一項重要的研究方向。階梯消能工具有結構簡單、施工快捷、造價較低、在一定的單寬流量范圍內消能率高和摻氣充分等特點，可廣泛應用于中小單寬流量的水電工程。

然而，傳統的直角階梯溢流壩結構會使大單寬流量下水流擾動作用減弱，導致消能和摻氣效果降低，容易在階梯面上產生大范圍的摻氣盲區，增大階梯面的空蝕風險。

此外，對于城市內陸河道，由于工業廢水和生活污水的大量排入，導致河水污染嚴重，城市內陸河道水流速度較慢，水中溶解氧含量嚴重不足，水體自凈能力受到限制，極大地影響城市整體形象。若使用傳統直角階梯攔水壩增加水中摻氣量，則由于水流在壩面滯留時間較短，增氧效果有限。

發明內容

本發明主要解決現有技術階梯溢流壩具有空蝕風險以及增加水中摻氣量有限等技術問題，本發明提出一種水利工程中新型消能工或者環保領域中的可調節摻氣消能的反弧階梯型溢流壩，具有n個WES溢流面和n個反弧面的反弧階梯溢流壩，兼具泄洪消能和摻氣復氧功能，能夠減小階梯結構空蝕破壞風險、提高消能率和增大水中摻氣量。本發明既可應用于高水頭泄洪消能，也可應用于低水頭內陸河道生態景觀溢流壩。

本發明提供了一種可調節摻氣消能的反弧階梯型溢流壩，包括：

所述反弧階梯型溢流壩的迎水面為垂直面；

所述反弧階梯型溢流壩的過水面包括：n個依次連接的階梯面；其中，第一個階梯面包括第一WES溢流段和與第一WES溢流段連接的反弧曲面；所述第一WES溢流段包括：依次連接的第一弧型曲面、第二弧型曲面、第三弧型曲面和冪曲面；

除第一個階梯面外的階梯面包括第二WES溢流段和與第二WES溢流段連接的反弧曲面；所述第二WES溢流段包括依次連接的第二弧型曲面、第三弧型曲面和冪曲面；

每個階梯面的冪曲面與對應的反弧曲面連接；n個階梯面的反弧曲面的半徑和挑角相同或者不同。

進一步的，所述第一弧型曲面的半徑為：R₁＝0.04H；

所述第二弧型曲面的半徑為：R₂＝0.2H；

所述第三弧型曲面的半徑為：R₃＝0.5H；

所述冪曲面的函數表達式為：

其中，R₁表示第一弧型曲面的半徑，R₂表示第二弧型曲面的半徑，R₃表示第三弧型曲面的半徑，H表示上游堰上水頭，x表示階梯型溢流壩所在坐標系的x軸坐標值，y表示階梯型溢流壩所在坐標系的y軸坐標值。

進一步的，所述冪曲面與對應的反弧曲面平滑連接，連接點為二者的公共切點。

進一步的，所述反弧曲面的反弧半徑為：