CN107044111B - 一种泄水重力坝消能的立体格栅结构及消能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种泄水重力坝消能的立体格栅结构，安装于泄水重力坝的河道底部，包括四层格栅网格，各层格栅网格包括网格部分和非网格部分，所述的非网格部分由韧性编织网构成；所述的四层格栅网格从上至下依次为第一层格栅、第二层格栅、第三层格栅和第四层格栅；所述的第一层格栅和第三层格栅呈三角形分布，所述的第二层格栅和第四层格栅呈菱形分布。本发明通过立体格栅结构可使下泄水流依靠多层消能格栅，在重力的作用下分解出垂直方向的流速，并产生分层流动消能效应，流态也相对稳定。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程中泄水重力坝消能技术领域，尤其涉及一种泄水重力坝消能的立体格栅结构及消能方法。
背景技术
水利工程中，泄水重力坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，其泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。在水利枢纽中，泄水重力坝可承担泄洪，向下游输水、排沙、放空水库和施工导流等任务。当高水头泄水重力坝泄水时，由于流速很高(可达30～40m/s)，产生的高速水流对下游河床造成严重的冲刷破坏，甚至造成岸坡坍塌和大坝失事。因此，对于泄水重力坝下泄水流的巨大能量，必须妥善进行处理，在工程中通常采用的措施有底流消能，挑流消能，面流消能与消力戽。这几种方式消能的主要原理是产生水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，并依靠水跃产生的表面漩滚与底部主流间的强烈紊动，剪切和掺混作用来消除水流的能量，虽然可以达到消能的目的，但也使下泄水流的流态及其的不稳定，对河床会产生附加的破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种泄水重力坝消能的立体格栅结构及消能方法，通过立体格栅结构可使下泄水流依靠多层消能格栅，在重力的作用下分解出垂直方向的流速，并产生分层流动消能效应，流态也相对稳定。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种泄水重力坝消能的立体格栅结构，安装于泄水重力坝的河道底部，包括四层格栅网格，各层格栅网格包括网格部分和非网格部分，所述的非网格部分由糙率为0.15～0.2之间的韧性编织网构成；所述的四层格栅网格从上至下依次为第一层格栅、第二层格栅、第三层格栅和第四层格栅；所述的第一层格栅和第三层格栅呈三角形分布，所述的第二层格栅和第四层格栅呈菱形分布。
进一步的，所述的第一层格栅和第三层格栅的网格部分为三角形网格，所述的三角形网格的尖角方向与水流方向相同，可对下泄水流在水平方向起到导流作用。
进一步的，所述的第二层格栅和第四层格栅的网格部分为菱形网格，所述的菱形网格的对角线方向分别为钢连接，既可提高菱形网格的稳定性，又可对下泄水流起到进一步的阻碍消能作用。
进一步的，所述的各层格栅网格由多个单组格栅结构焊接而成，所述的单组格栅结构由钢材焊接而成，并由锚钉锚定在河道底部。
进一步的，所述的各层格栅网格之间由钢材或混凝土结构支撑。
一种泄水重力坝消能的立体格栅结构的消能方法，包括以下步骤：
步骤1第一层格栅消能：当下泄水流在第一层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在韧性编织网的摩擦作用下流速降低，能量减少；
步骤2第二层格栅消能：当下泄水流在第二层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入下一层格栅，继续分解出垂直方向的流速；另一部分水流在水流冲量的作用下在第一层与第二层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤3第三层格栅消能：当下泄水流在第三层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下在第二层与第三层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤4第四层格栅消能：当下泄水流在第四层格栅流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入河道底部，另一部分水流在水流冲量的作用下继续水平方向流动，但在多次流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小。
本发明的有益效果：
(1)水流在立体格栅结构上逐层的下坠至各级格栅网格的过程中，不断地分解出垂直方向的流速，并且水平方向的流速在韧性编织网的摩擦作用下也会减少，进而对下泄的水流进行消能，保护下游河床不被破坏；
(2)水流在立体格栅消能的作用下，分层流动，流态相对稳定，也可减小消能过程中的水流流态不稳而对河床产生的附加破坏。
附图说明
图1为一种泄水重力坝消能的立体格栅结构示意图；
图2为一种泄水重力坝消能的立体格栅结构俯视图；
图3为单组立体格栅结构示意图；
图4为立体格栅结构的四层格栅示意图；
其中，1-泄水重力坝，2-立体格栅结构，3-第一层格栅，4-第二层格栅，5-第三层格栅，6-第四层格栅，7-韧性编制网，8-锚钉，9-单组格栅结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
实施例1：
如图1-图4所示，一种泄水重力坝消能的立体格栅结构，安装于泄水重力坝1的河道底部，包括四层格栅网格，各层格栅网格包括网格部分和非网格部分，所述的非网格部分由糙率为0.15～0.2之间的韧性编织网7构成；所述的四层格栅网格从上至下依次为第一层格栅3、第二层格栅4、第三层格栅5和第四层格栅6；所述的第一层格栅3和第三层格栅5呈三角形分布，所述的第二层格栅4和第四层格栅6呈菱形分布。
进一步的，所述的第一层格栅3和第三层格栅5的网格部分为三角形网格，所述的三角形网格的尖角方向与水流方向相同，可对下泄水流在水平方向起到导流作用。
进一步的，所述的第二层格栅4和第四层格栅6的网格部分为菱形网格，所述的菱形网格的对角线方向分别为钢连接，既可提高菱形网格的稳定性，又可对下泄水流起到进一步的阻碍消能作用。
进一步的，所述的各层格栅网格由多个单组格栅结构9焊接而成，所述的单组格栅结构9由钢材焊接而成，并由锚钉8锚定在河道底部。
进一步的，所述的各层格栅网格之间由钢材或混凝土结构支撑。
一种泄水重力坝消能的立体格栅结构的消能方法，包括以下步骤：
步骤1第一层格栅消能：当下泄水流在第一层格栅3上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在韧性编织网7的摩擦作用下流速降低，能量减少；
步骤2第二层格栅消能：当下泄水流在第二层格栅4上流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入下一层格栅，继续分解出垂直方向的流速；另一部分水流在水流冲量的作用下在第一层与第二层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网7的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤3第三层格栅消能：当下泄水流在第三层格栅5上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下在第二层与第三层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网7的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤4第四层格栅消能：当下泄水流在第四层格栅6流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入河道底部，另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在多次流速分解以及韧性编织网7的摩擦的综合作用下流速会明显减小。
水流在立体格栅结构上逐层的下坠至各级格栅网格的过程中，不断地分解出垂直方向的流速，并且水平方向的流速在韧性编织网7的摩擦作用下也会减少，进而对下泄的水流进行消能，保护下游河床不被破坏。并且水流在立体格栅消能的作用下，分层流动，流态相对稳定，也可减小消能过程中的水流流态不稳而对河床产生的附加破坏。
实施例2：
实施例1中的立体格栅结构2中单组各层格栅可由钢材焊接而成，并由锚钉8锚定在下游河床，各层格栅结构由钢材或混凝土结构支撑，各级格栅中非网格部分由糙率为0.15～0.2之间的韧性编织网7编制填补。在具体的工程中，只要采用本消能的原理即可，对于材料的使用在满足强度的情况下，可根据工程的造价而做适当的调整。
本发明的配图仅为各结构的示意图，在具体的工程中，对于立体格栅结构2可由单组立体格栅结构焊接装配而成，对于装配的数量以及使用的范围可视工程的具体情况而定，并不仅仅局限于示意图中的使用情况。此外，本发明中的立体格栅结构不仅可以应用于泄水重力坝下游的消能，也可适用于泄洪道等结构的高速水流消能。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种泄水重力坝消能的立体格栅结构，安装于泄水重力坝的河道底部，其特征在于，包括四层格栅网格，各层格栅网格包括网格部分和非网格部分，所述的非网格部分由韧性编织网构成；所述各层格栅网格之间由钢材或混凝土结构支撑；所述的四层格栅网格从上至下依次为第一层格栅、第二层格栅、第三层格栅和第四层格栅；所述的第一层格栅和第三层格栅呈三角形分布，三角形网格的尖角方向与水流方向相同；所述的第二层格栅和第四层格栅呈菱形分布，菱形网格的对角线方向均采用钢连接；一部分水流在重力的作用下通过三角形网格和菱形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在韧性编织网的摩擦作用下流速降低，能量减少；所述的各层格栅网格由多个单组格栅结构焊接而成，所述的单组格栅结构由钢材焊接而成，并由锚钉锚定在河道底部。
2.如权利要求1所述的一种泄水重力坝消能的立体格栅结构的消能方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1 第一层格栅消能：当下泄水流在第一层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在韧性编织网的摩擦作用下流速降低，能量减少；
步骤2 第二层格栅消能：当下泄水流在第二层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入下一层格栅，继续分解出垂直方向的流速；另一部分水流在水流冲量的作用下在第一层与第二层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤3第三层格栅消能：当下泄水流在第三层格栅上流动时，一部分水流在重力的作用下通过三角形网格坠入下一层格栅，分解出垂直方向的流速，削减下泄水流的一部分能量；另一部分水流在水流冲量的作用下在第二层与第三层格栅间继续在水平方向流动，但在流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小；
步骤4 第四层格栅消能：当下泄水流在第四层格栅流动时，一部分水流在重力的作用下通过菱形网格继续坠入河道底部，另一部分水流在水流冲量的作用下继续在水平方向流动，但在多次流速分解以及韧性编织网的摩擦的综合作用下流速会明显减小。
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