CN107326877A - 双侧水下潜流碰撞集中消能工 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利水电行业，尤其是一种有效减少横向流速分量，减少水舌对对岸坡横向冲击力，提高河道护岸安全保障性的双侧水下潜流碰撞集中消能工。包括下游河道，所述下游河道侧边至少设置有一个岸边泄水建筑，所述岸边泄水建筑上设置有至少一个岸边泄水建筑出口，源自岸边泄水建筑出口的水舌在下游河道内实现消能，其中每一条水舌的水舌外缘与下游河道底部之间的交点位于河道中泓线的本侧。本发明巧妙的利用了水流自身的能量和结构分布，从而在保证消能的同时很好的保护了设施，尤其适用于各种泄洪洞消能工之中。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电行业，尤其是一种双侧水下潜流碰撞集中消能工。
背景技术
随着国家对水电清洁能源的需求，修建大量的高坝，利用水头进行发电，汛期由于来流量大，部分水体需要通过泄洪建筑物宣泄至下游。目前泄洪建筑物主要由坝身泄洪和岸边泄洪建筑物组成，岸边泄洪建筑物出口位于大坝下游，一般采用挑流方式泄放到下游河道内，泄洪建筑物出口可布置于单侧或两岸。
布置于单侧的泄洪出口，为避免水舌集中造成下游河道冲坑太深，一般为依次布置，挑流水舌依次分开落入下游河道。水舌过短，易干砸本岸；水舌过长，易冲刷对岸，均带来两岸防护工程量的增加。若泄洪设施较多，则泄洪建筑物出口布置占据的范围太大，泄洪设施自身长度增加，泄洪建筑物自身工程量加大，且由于长度增加，高速水流空蚀空化风险加大；由于出口布置范围加大，相应水舌落水区加大，需防护的下游河道范围及工程量亦增加较大。
若布置于两岸，为避免泄洪出口挑流水舌冲刷集中，目前大多数泄洪建筑物出口采用两岸交错布置型式，水舌入河后落点交错分开，相互利用紊流消能，未充分利用水舌横向水流进行相互消能，消能率较低，且水流紊乱，下游归槽不顺；相应带来消能区防护强度和范围增加，增加投资和运行安全风险。
因此，目前的结构设计尚未充分利用两侧的挑流水舌进行相互碰撞摩擦消能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效减少横向流速分量，减少水舌对对岸坡横向冲击力，提高河道护岸安全保障性的双侧水下潜流碰撞集中消能工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双侧水下潜流碰撞集中消能工，包括下游河道，所述下游河道侧边至少设置有一个岸边泄水建筑，所述岸边泄水建筑上设置有至少一个岸边泄水建筑出口，源自岸边泄水建筑出口的水舌在下游河道内实现消能，其中每一条水舌的水舌外缘与下游河道底部之间的交点位于河道中泓线的本侧。
进一步的是，所述岸边泄水建筑成对对应设置于下游河道两侧，岸边泄水建筑的对应的岸边泄水建筑出口处流出的水舌在下游河道内实现消能。
进一步的是，每个岸边泄水建筑上相邻的两个岸边泄水建筑出口的中心轴线的间距定义为出口轴线间距(B1)，对应的岸边泄水建筑出口的水舌的水舌横向扩散最大宽度定义为水舌横向扩散最大宽度(B2)，其中，B1＞B2。
进一步的是，所述一侧岸边泄水建筑出口的入射角度定义为第一入射角，另一侧岸边泄水建筑出口的入射角度定义为第二入射角，所述第一入射角与第二入射角相等。
进一步的是，所述水舌的水舌内缘与下游河道水面相交。
本发明的有益效果是：本发明巧妙的设计了水舌的入射形态，从而提高了消能的质量。具体的讲，当泄洪出口单侧开启时，挑流水舌落水区位于中泓线本侧，水垫深，消能率高；当泄洪出口双侧开启时，挑流水舌落水区位于各自中泓线本侧，水垫深，且水下横向潜流部分在中泓线发生碰撞，当两侧作用力接近时，横向作用力基本抵消为零。本发明巧妙的利用了水流自身的能量和结构分布，从而在保证消能的同时很好的保护了设施，尤其适用于各种泄洪洞消能工之中。
附图说明
图1是本发明双侧布置的结构示意图。
图2是本发明双侧布置的结构示意图。
图3是图2的M-M剖视图。
图4是本发明单侧布置的结构示意图。
图5是图4的N-N剖视图。
图中标记为：河道中泓线1、下游河道11、岸边泄水建筑2、挡水大坝3、水流方向4、地形线6、水舌内缘7、水舌外缘8、出口轴线间距(B1)、水舌横向扩散最大宽度(B2)、第一入射角α、第二入射角β、岸边泄水建筑出口(a、b、c、d、e、f、g、h)、水舌(A、B、C、D、E、F、G、H)、水舌落水最大长度L、泄洪出口水舌挑流主体内缘至水面长度L1、泄洪出口至水边线距离L2、泄洪出口至河道中泓线距离L3、下游河道防护区域为L4、中河道防护区域L5、两侧水舌水面上距离为L6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3所示的双侧水下潜流碰撞集中消能工，包括下游河道11，所述下游河道11侧边至少设置有一个岸边泄水建筑2，所述岸边泄水建筑2上设置有至少一个岸边泄水建筑出口(a)，源自岸边泄水建筑出口(a)的水舌(A)在下游河道11内实现消能，其中每一条水舌(A)的水舌外缘8与下游河道11底部之间的交点位于河道中泓线1的本侧。
在本发明所在的领域，“消能工”是指：消除泄水建筑物或落差建筑物下泄急流的多余动能，防止或减轻水流对水工建筑物及其下游河渠等的冲刷破坏而修建的工程设施；中泓线：河流中沿水流方向各横断面最大流速点的连线。传统的结构是这样的：在两侧布置泄洪建筑物出口，且挑流水舌由于超过河道中泓线，当单侧运行时，挑流水舌顶冲对岸，冲击分力大，造成河道防护工程量加大和运行安全风险；当双侧运行时，挑流水舌在河道中泓线上方空中碰撞，造成雾化加剧，雾化带来的强降雨影响周边建筑物安全。因此，本发明另辟蹊径，从水舌与河道中泓线1的位置结构入手，让挑流水舌位于河道中泓线1的本岸侧，其技术优势在于：当泄洪出口单侧开启时，如图4和图5所示，挑流水舌落水区位于中泓线，水垫深，消能率高；当泄洪出口双侧开启时，如图1至图3所示，挑流水舌落水区位于各自中泓线本侧，水垫深，且水下横向潜流部分在中泓线发生碰撞，当两侧作用力接近时，横向作用力基本抵消为零。
具体的讲，在所述岸边泄水建筑2成对对应设置于下游河道11两侧时，岸边泄水建筑2的对应的岸边泄水建筑出口(a、f)处流出的水舌(A、F)在下游河道(11)内实现消能。如图1至图3所示的，岸边泄水建筑出口(a、f)、岸边泄水建筑出口(b、g)、岸边泄水建筑出口(c、h)互相对应，实现互相的消能。
为了避免水舌出现交叉和重叠的现象，如图1和图4所示，可以选择这样的方案：每个岸边泄水建筑2上相邻的两个岸边泄水建筑出口的中心轴线的间距定义为出口轴线间距(B1)，对应的岸边泄水建筑出口的水舌的水舌横向扩散最大宽度定义为水舌横向扩散最大宽度(B2)，其中，B1＞B2。
对于两侧布置的情况，为了使两侧水舌在河道中泓线1相交，横河向分量接近，达到两侧同时开启时，横向水流碰撞消能的目的，可以选择这样的方案：所述一侧岸边泄水建筑出口(a)的入射角度定义为第一入射角(α)，另一侧岸边泄水建筑出口(f)的入射角度定义为第二入射角(β)，所述第一入射角(α)与第二入射角(β)相等。在实际设计时，可以尽量让水舌落水最大长度L和水舌横向扩散最大宽度B2更大，这样单位水面承受的水舌体积尽量小，减小冲击力。
为了放置避免水舌干砸本岸，如图3所示，可以选择让所述水舌的水舌内缘7与下游河道11水面相交，如图3所示，即让泄洪出口水舌挑流主体内缘至水面长度L1≥泄洪出口至水边线距离L2，从而让水舌直接完全的下落到水面中，而不是掉落到本岸边。
在实际使用时，本结构尽量对称开启运行，即同时打开两侧，具体的讲，就是开启偶数泄洪建筑物时，尽量开启岸边泄水建筑出口(a)和岸边泄水建筑出口(f)、岸边泄水建筑出口(b)和岸边泄水建筑出口(g)、岸边泄水建筑出口(c)和岸边泄水建筑出口(h)。
本发明巧妙的设计了水舌的入射形态，从而提高了消能的质量。具体的讲，当泄洪出口单侧开启时，挑流水舌落水区位于中泓线本侧，水垫深，消能率高；当泄洪出口双侧开启时，挑流水舌落水区位于各自中泓线本侧，水垫深，且水下横向潜流部分在中泓线发生碰撞，当两侧作用力接近时，横向作用力基本抵消为零。本发明巧妙的利用了水流自身的能量和结构分布，从而在保证消能的同时很好的保护了设施，尤其适用于各种泄洪洞消能工之中，具有十分广阔的市场推广前景。
Claims (5)
1.双侧水下潜流碰撞集中消能工，包括下游河道(11)，其特征在于：所述下游河道(11)侧边至少设置有一个岸边泄水建筑(2)，所述岸边泄水建筑(2)上设置有至少一个岸边泄水建筑出口(a)，源自岸边泄水建筑出口(a)的水舌(A)在下游河道(11)内实现消能，其中每一条水舌(A)的水舌外缘(8)与下游河道(11)底部之间的交点位于河道中泓线(1)的本侧。
2.如权利要求1所述的双侧水下潜流碰撞集中消能工，其特征在于：所述岸边泄水建筑(2)成对对应设置于下游河道(11)两侧，岸边泄水建筑(2)的对应的岸边泄水建筑出口(a、f)处流出的水舌(A、F)在下游河道(11)内实现消能。
3.如权利要求2所述的双侧水下潜流碰撞集中消能工，其特征在于：每个岸边泄水建筑(2)上相邻的两个岸边泄水建筑出口的中心轴线的间距定义为出口轴线间距(B1)，对应的岸边泄水建筑出口的水舌的水舌横向扩散最大宽度定义为水舌横向扩散最大宽度(B2)，其中，B1＞B2。
4.如权利要求2所述的双侧水下潜流碰撞集中消能工，其特征在于：所述一侧岸边泄水建筑出口(a)的入射角度定义为第一入射角(α)，另一侧岸边泄水建筑出口(f)的入射角度定义为第二入射角(β)，所述第一入射角(α)与第二入射角(β)相等。
5.如权利要求2所述的双侧水下潜流碰撞集中消能工，其特征在于：所述水舌的水舌内缘(7)与下游河道(11)水面相交。
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