CN110424342B - 一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔，设置在泄洪闸孔下游，由若干过流孔在消力池底板上横向布置而成，结构包括边墩和盖板，所述边墩立于消力池地板上，沿消力池轴线方向延伸，所述盖板覆盖在边墩顶部，每相邻两边墩和盖板围成过流孔，即所述潜埋式调流孔。本发明改善宽尾墩后底流消能，实现池内形成稳定、完整的水跃，从而提高消能率。

Description

一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔
技术领域
本发明属于水利水电工程中泄洪消能领域，具体涉及一种新式的改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔。
背景技术
泄水消能建筑物是水利水电工程的必备设施。高速水流携带的巨大能量不仅可能威胁泄水建筑物甚至坝体的安全，还会引发下游河床冲刷、水面波动等问题，严重影响工程的安全运行。因此，设置合适的消能建筑物使下泄水流在下游较短范围内消耗所含的大部分动能，并使其与下游水流妥善衔接显得尤为重要。
在中小型坝工程应用中，通常由多孔闸组成泄水建筑物，闸墩厚度占横向宽度的20～30％，当部分闸孔开启时，其占比更高；有时为节省消力池尺寸(减少深度和长度)而采用宽尾墩，其末端宽度占消力池的宽度甚至达50％以上，如图1所示。宽尾墩的出流有明显壅高，且两孔之间因墩尾形成较高水翅，水流的横向分布不均，水面起伏顺水流向下游推进，并未被迅速消化。现有一些工程在收缩断面稍后处设置消能墩来迫使水流横向扩散，然而大量工程出现的消能墩被破坏的情形表明该法不是一个理想的解决方案，这主要是因为流速超过15m/s后水中突体发生空蚀破坏的风险将大大增加。当上游水流进入下游消力池后，在形成水跃前，由于无侧向约束条件时，水流不仅有纵向和垂向的流动，其中无边墙的一侧的流束可自由向横向扩散。这会导致水流在横断面上分配不均匀，其中，在闸口轴线方向上流量较大，越往两侧流量逐渐减小。这种不均匀的入流条件，导致入池水流在池内发生横轴旋滚，非常不利于池内水跃的形成与稳定，出池水流将继续保持较高流速，从而对下游河床造成极大的冲刷破坏。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔，以改善宽尾墩后底流消能，实现消力池内形成稳定、完整的水跃，从而提高消能率。
本发明提供一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔，设置在泄洪闸孔下游，由若干过流孔在下游消力池底板上横向布置而成，若干过流孔由若干边墩和盖板构成，所述边墩立于消力池底板上，沿消力池纵向轴线方向延伸，所述盖板覆盖在若干边墩顶部，每相邻两边墩和顶部的盖板围成过流孔即所述潜埋式调流孔。
所述横向是指与水流方向垂直的方向，所述消力池的轴线方向是指顺水流方向。为保证分流效果，边墩正对闸孔流道布置。
进一步地，所述调流孔设置在泄洪孔口下游1.5-2.5倍闸孔出口宽度的位置，优选为2倍闸孔出口宽度的位置。
进一步地，调流孔的高度为消力池尾坎高度的1/2倍。
进一步地，调流孔单孔的宽度为闸孔出口宽度的1/5～1/7倍。
进一步地，所述边墩沿消力池轴线方向延伸的长度(潜埋式调流孔厚度)为调流孔的高度的1～2倍，边墩的延伸长度决定调流孔沿水流方向的长度，也可称之为调流孔的厚度。
进一步地所述边墩的迎流端为弧面，进一步为圆弧面，更优选为半圆弧面，弧度为180°。
进一步地，所述盖板的迎流端面为弧面，进一步为圆形弧面，更有选为半圆弧面，弧度为180°。调流孔边墩与顶部盖板均设置为圆形弧面能一定程度降低水流绕流产生过大负压，避免空化的产生。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
泄洪过程中，上游水流进入下游消力池，在通过潜埋式调流孔后，正对闸孔流道的边墩为来流提供了一个反向作用力，使部分水流被迅速分配到两闸孔间的墩后原本为无水区的范围。由于盖板的作用，未超出盖板顶面的水会被“挤压”进入到调流孔，即从各闸孔流出的各水流流束会第进行二次分配，从而在水流横断面方向分布趋向均匀，改善宽尾墩后底流消能，实现消力池内形成稳定、完整的水跃，从而提高消能率。
附图说明
图1为常规泄流闸孔和消力池的布置图，其中a为剖视图，b为平面布置图；
图2为本发明所述潜埋式调流孔的布置图，其中a为剖视图，b为平面布置图；
图3为本发明所述潜埋式调流孔正视图(从上游向下游看)；
图4为本发明所述潜埋式调流孔圆形边墩流场图；
图5为本发明所述潜埋式调流孔圆形盖板流场图。
图中，1—闸门；2—消力池尾坎；3—宽尾墩；4—宽尾墩宽度；5—闸孔宽度；6—潜埋式调流孔；7—潜埋式调流孔厚度；8—潜埋式调流孔高度；9—消力池尾坎高度；10—潜埋式调流孔单孔宽度；11—潜埋式调流孔盖板；12—潜埋式调流孔边墩；13—潜埋式调流孔盖板厚度；14—潜埋式调流孔边墩厚度。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。以下所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
实施例1
一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔，设置在采用宽尾墩3的泄洪闸孔下游2倍闸孔出口宽度的位置，并设置在消力池入口处。由若干过流孔在下游消力池底板上横向布置而成，所述横向是指与水流方向垂直的方向，所述消力池的轴线方向是指顺水流方向。若干过流孔由若干边墩12和盖板11构成，所述边墩立于消力池底板上，沿消力池纵向轴线方向延伸，所述盖板覆盖在若干边墩顶部，每相邻两边墩和顶部的盖板围成过流孔即所述潜埋式调流孔。为保证分流效果，边墩正对闸孔流道布置。所述边墩的迎流端为半圆弧面，所述盖板的迎流端面为半圆弧面。调流孔边墩与顶部盖板均设置为圆弧面能一定程度降低水流绕流产生过大负压，避免空化的产生。
调流孔的高度为消力池尾坎高度的1/2倍。调流孔单孔的宽度为闸孔出口宽度的1/5倍。所述边墩沿消力池轴线方向延伸的长度(即潜埋式调流孔厚度)为调流孔的高度的2倍，边墩的延伸长度决定调流孔沿水流方向的长度，也可称之为调流孔的厚度。所述扎闸孔出口宽度，消力池消力池尾坎高度均根据现有常规方法确定。
泄洪过程中，上游水流进入下游消力池，在通过潜埋式调流孔后，正对闸孔流道的边墩为来流提供了一个反向作用力，使部分水流被迅速分配到两闸孔间的墩后原本为无水区的范围。由于盖板的作用，未超出盖板顶面的水会被“挤压”进入到调流孔，即从各闸孔流出的各水流流束会第进行二次分配，从而在水流横断面方向分布趋向均匀，改善宽尾墩后底流消能，实现消力池内形成稳定、完整的水跃，从而提高消能率。

Claims (6)

1.一种改善宽尾墩后底流消能的潜埋式调流孔，其特征在于，设置在泄洪闸孔下游，由若干过流孔在下游消力池底板上横向布置而成，若干过流孔由若干边墩和盖板构成，所述边墩立于消力池底板上，沿消力池纵向轴线方向延伸，所述盖板覆盖在若干边墩顶部，每相邻两边墩和顶部的盖板围成过流孔；所述边墩正对闸孔流道布置以对闸孔流出的水流分流；所述调流孔设置在泄洪孔口下游距离闸口的水平距离为1.5~2.5倍闸孔出口宽度的位置；所述边墩的迎流端面为弧面，所述盖板的迎流端面为半圆形弧面。
2.根据权利要求1所述潜埋式调流孔，其特征在于，所述调流孔设置在泄洪孔口下游距离闸口的水平距离为2倍闸孔出口宽度的位置。
3.根据权利要求1所述潜埋式调流孔，其特征在于，调流孔的高度为消力池尾坎高度的1/2倍。
4.根据权利要求1所述潜埋式调流孔，其特征在于，调流孔单孔的宽度为闸孔出口宽度的1/5~1/7。
5.根据权利要求1所述潜埋式调流孔，其特征在于，所述边墩沿消力池轴线方向延伸的长度为调流孔的高度的1~2倍。
6.根据权利要求1所述潜埋式调流孔，其特征在于，所述边墩的迎流端面为半圆弧面。
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