CN112921916A - 一种陡坡消能设施 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种陡坡消能设施，其包括沿水流方向依次设置的进口连接段、控制闸段、陡坡消能段以及出口连接段；所述陡坡消能段包括陡坡、沿陡坡的倾斜方向设置的若干消力池、设置在相邻所述消力池之间的辅助消力装置，所述辅助消力装置用于分隔水流；位于所述陡坡最底端的消力池的后壁设置有反冲装置，所述反冲装置以一定角度产生与下泄水流流向相反的反冲水流。本申请利用反冲装置产生反冲水流，给下泄水流以反击力，使下泄水流和反冲水流掺杂，从而控制水流的水跃状况，达到提高消能率的目的。

Description

一种陡坡消能设施

技术领域

本申请涉及水利工程的领域，尤其是涉及一种陡坡消能设施。

背景技术

在水利水电工程中，修建水工建筑物使得上下游形成水位落差，水流宣泄至下游时大部分势能必然转化为动能，对河床及河岸造成冲刷，破坏地基，也威胁着泄水建筑物本身的安全，因此一般会采取工程措施来控制下游的水流衔接与消能。

目前常用的消能工型式有：挑流式消能、底流式消能、面流式消能和消力戽消能等四种方式。其中底流消能的方式较为成熟，是通过在坝址下游设置一定长度的护坦，在护坦末端设坎或减低护坦高程形成消力池，使水流在消力池内产生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用进行消能。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：底流消能的结构尺寸一般是和水流流动的情况进行匹配的，以保证水跃发生在特定的位置，确保消能效果，而底流消能的结构一旦竣工，各部位尺寸已经确定，随着时间的推移，水流会发生较大变化，此时底流消能的结构尺寸和水流流动情况的匹配程度会降低，影响消能工的消能效果。

发明内容

为了有助于优化消能工的消能效果，本申请提供一种陡坡消能设施。

本申请提供的一种陡坡消能设施采用如下的技术方案：

一种陡坡消能设施，包括沿水流方向依次设置的进口连接段、控制闸段、陡坡消能段以及出口连接段；所述陡坡消能段包括陡坡、沿陡坡的倾斜方向设置的若干消力池、设置在相邻所述消力池之间的辅助消力装置，所述辅助消力装置用于分隔水流；位于所述陡坡最底端的消力池的后壁设置有反冲装置，所述反冲装置以一定角度产生与下泄水流流向相反的反冲水流。

通过采用上述技术方案，利用反冲装置产生反冲水流，给下泄的下泄水流以反击力，使下泄水流和反冲水流掺杂，从而控制水流的水跃状况，达到提高消能率的作用。同时设置的辅助消力装置可以沿陡坡方向逐级对水流进行消能，降低因水流高度差过大对泄水建筑物的冲刷影响，具有施工方便、水流消能率高等优点。

可选的，所述反冲装置包括反冲管路和管路控制阀，所述管路控制阀设置在反冲管路上，所述反冲管路的进水端连接水泵，所述反冲管路的出水端设置在消力池的后壁，所述反冲管路内的反冲水流的流向与下泄水流的流向相反。

通过采用上述技术方案，管路控制阀可以调节反冲管路内的反冲水流的流量大小，从而调节反击力，使水跃的状态受控，提高消能效果。

可选的，所述反冲管路设置为若干根，若干所述反冲管路的出水端间隔排布。

通过采用上述技术方案，通过在消力池后壁的不同位置设置反冲管路，以实现对水跃状态的稳定控制，保证受控效果。

可选的，所述辅助消力装置包括消力坎，所述消力坎设置在消力池的后壁顶侧。

通过采用上述技术方案，下泄水流在消力池处产生水跃实现消能，消能后的下泄水流则被消力坎进一步阻隔，水流与消力坎发生碰撞摩擦，实现对水流的进一步消能。

可选的，位于同一所述消力池后壁顶侧的消力坎设置为若干个，若干所述消力坎沿陡坡的宽度方向间隔排布。

通过采用上述技术方案，经水跃后的下泄水流通过相邻消力坎之间的空隙流向下游，相邻消力坎起到分隔下泄水流的作用，降低下泄水流的能量，提高消能效果。

可选的，位于相邻所述消力池后壁顶侧的消力坎交错布置。

通过采用上述技术方案，交错布置可以使水流被分割，增加水流掺气，使水气充分混合，增强消能效果。

可选的，所述消力坎面向进口连接段的一侧设置有缓冲装置。

通过采用上述技术方案，利用缓冲装置可以减少水体对消力坎迎水面的冲刷，延长消力坎的使用寿命。

可选的，所述缓冲装置包括缓冲板、缓冲伸缩杆以及缓冲弹簧，所述缓冲板设置在消力坎面向进口连接段的一侧，所述缓冲伸缩杆的两端分别连接缓冲板和消力坎，所述缓冲弹簧套设在缓冲伸缩杆的外周，所述缓冲弹簧的两端分别与缓冲板以及消力坎连接，所述缓冲弹簧具有将缓冲板推向远离消力坎一侧的弹性势能。

通过采用上述技术方案，当缓冲板受到水流冲击后，缓冲板向靠近消力坎方向一侧移动，由于水流流速时刻发生变化，因此缓冲板的位置随水流时刻改变，从而可以有效降低水流对缓冲板的冲刷，延长其使用寿命。

可选的，所述缓冲板的迎水面开设有贯通侧壁的通水孔。

通过采用上述技术方案，一部分下泄水流冲刷缓冲板，一部分下泄水流则可以通过通水孔冲刷消力坎，通水孔的设置既可以降低下泄水流的流速，提高其消能效果，也可以避免全部水流冲刷缓冲板，进一步延长缓冲板和消力坎的使用寿命。

可选的，所述陡坡包括过渡段和消力段，所述过渡段的一端与消力池的后壁顶侧连接，所述过渡段的另一端与消力段连接，所述消力段与下一消力池连接，所述消力段的坡度大于过渡段的坡度。

通过采用上述技术方案，当水流较急时，一部分下泄水流会在过渡段和消力段的连接处发生挑流，经挑流后的水体在空中与空气摩擦、掺气、扩散消能，经挑流后的水体落入消力池中继续发生底流消能，进一步增强其消能效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.利用反冲装置产生反冲水流，给下泄的下泄水流以反击力，使下泄水流和反冲水流掺杂，从而控制水流的水跃状况，达到提高消能率的作用。同时设置的辅助消力装置可以沿陡坡方向逐级对水流进行消能，降低因水流高度差过大对泄水建筑物的冲刷影响，具有施工方便、水流消能率高等优点；

2.交错布置的消力坎可以使水流被分割，增加水流掺气，使水气充分混合，增强消能效果；

3.消力坎迎水面设置的缓冲装置可以减少水体对消力坎迎水面的冲刷，延长消力坎的使用寿命，增强消能效果。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构的纵断面示意图。

图2是本申请实施例的整体结构的俯视图。

图3是本申请实施例反冲管路出水端的排布示意图。

图4是本申请实施例反冲管路出水端的另一排布示意图。

图5是图1中A部分的放大示意图。

附图标记说明：1、进口连接段；2、控制闸段；21、闸门；3、陡坡消能段；31、陡坡；311、过渡段；312、消力段；32、消力池；4、反冲装置；41、反冲管路；42、管路控制阀；5、辅助消力装置；51、消力坎；52、缓冲板；521、通水孔；53、缓冲伸缩杆；54、缓冲弹簧；6、出口连接段。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种陡坡消能设施。参照图1和图2，消能设施包括沿水流方向依次连接的进口连接段1、控制闸段2、陡坡消能段3以及出口连接段6，进口连接段1用于对上游水体进行导流，控制闸段2利用闸门21来实现对上游水体的储蓄或排放，陡坡消能段3用于对上游水体进行导流消能，出口连接段6连接下游水域。上游水体经排放后下泄经过陡坡消能段3，在陡坡消能段3的多级消能作用下，可以有效降低下泄水流对下游的冲刷影响。

陡坡消能段3包括陡坡31和沿陡坡31的倾斜方向依次开设在陡坡31上的多个消力池32，位于陡坡31最底端的消力池32的后壁设置有反冲装置4，反冲装置4能以一定角度产生与下泄水流流向相反的反冲水流。

其中，反冲装置4包括反冲管路41和管路控制阀42，反冲管路41埋设在陡坡31内，反冲管路41的进水端连接水泵，反冲管路41的出水端设置在消力池32的后壁，管路控制阀42设置在反冲管路41上。

同时，反冲管路41设置为若干根，参照图3，在一实施例中，若干反冲管路41的出水端呈阵列排布。参照图4，在另一实施例中，若干反冲管路41的出水端呈并排交错排布，以能实现反冲管路41内的反冲水流冲击下泄水流即可。水泵往反冲管路41内抽送高速流动的反冲水流，反冲水流从反冲管路41的出水端回射出去，与下泄水流进行冲击碰撞，此时水跃体内水体相互掺杂加剧，进而增加了水跃的消能率，提高消能效果。同时反冲水流的流速可以根据下泄水流的流动情况进行调节，使底流消能工能在多变的工况下处于最佳的运行状态。

参照图1和图5，为了进一步加强消力池32的消能效果，相邻消力池32之间设置有辅助消力装置5，辅助消力装置5包括消力坎51，消力坎51安装在消力池32后壁的顶侧，消力坎51的迎水面设置为竖直面，消力坎51的迎水面设置有缓冲装置。

缓冲装置包括缓冲板52、缓冲伸缩杆53以及缓冲弹簧54，缓冲板52设置在消力坎51的迎水面，缓冲板52的平面与消力坎51的迎水面相平行，缓冲伸缩杆53的一端水平连接缓冲板52，另一端水平连接消力坎51的迎水面，缓冲弹簧54套设在缓冲伸缩杆53的外周，缓冲弹簧54的两端分别连接缓冲板52和消力坎51，缓冲弹簧54具有将缓冲板52推向远离消力坎51一侧的弹性势能。其中，缓冲伸缩杆53和缓冲弹簧54设置为若干组，若干组缓冲伸缩杆53和缓冲弹簧54阵列排布，以实现对缓冲板52的固定。此外，缓冲板52的迎水面沿水平方向开设有若干通水孔521，通水孔521贯通缓冲板52的侧壁。

参照图2，同一消力池32后壁顶侧的辅助消力装置5设置为若干个，若干辅助消力装置5沿陡坡31的宽度方向等间距排布，并且相邻消力池32后壁顶侧的辅助消力装置5交错布置。其中，同一消力池32后壁顶侧的相邻辅助消力装置5之间的宽度设为a，位于下一级消力池32后壁顶侧的辅助消力装置5的宽度设为b，此时b大于等于a，从而经过消力池32水跃后的下泄水流经过辅助消力装置5的多次交错分割，可以有效增加水流掺气，使水气充分混合，增强消能效果。同时下泄水流冲刷辅助消力装置5时，会首先冲刷缓冲板52，缓冲板52发生位置变更，降低缓冲力度，一部分的下泄水流则可以流经通水孔521冲刷消力坎51的迎水面，从而进一步提高消能效果。

参照图1，陡坡31还包括过渡段311和消力段312，过渡段311的一端与消力池32后壁顶侧连接，过渡段311的另一端与消力段312连接，消力段312则与消力池32相连。其中，过渡段311的坡度小于消力段312的坡度，以使过渡段311与消力段312的对接处形成有一定的夹角，当下泄水流较急时，一部分水流会在过渡段311与消力段312的连接处发生挑流，经挑流后的水体在空中与空气摩擦、掺气、扩散消能，经挑流后的水体落入消力池32中，进一步增强其消能效果。

本申请实施例一种陡坡消能设施的实施原理为：开闸放水后，下泄水流依次经过多级消力池32，在多级消力池32的作用下下泄水流被多次消能，并且在辅助消力装置5的交错分割作用下，下泄水流被充分进行消能。当下泄水流流到最底端的消力池32时，反冲管路41产生反冲水流对下泄水流进行冲击，使水跃体内水体相互掺杂加剧，以提高消能率，从而在前期施工时能减小消能工的结构尺寸，同时可以根据下泄水流的状况调节反冲水流的反击力，进而改变消力池32内的水跃状态，使消能工处于最佳的运行状态，增加水跃的消能率，增强消能效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陡坡消能设施，其特征在于：包括沿水流方向依次设置的进口连接段(1)、控制闸段(2)、陡坡消能段(3)以及出口连接段(6)；

所述陡坡消能段(3)包括陡坡(31)、沿陡坡(31)的倾斜方向设置的若干消力池(32)、设置在相邻所述消力池(32)之间的辅助消力装置(5)，所述辅助消力装置(5)用于分隔水流；

位于所述陡坡(31)最底端的消力池(32)的后壁设置有反冲装置(4)，所述反冲装置(4)以一定角度产生与下泄水流流向相反的反冲水流。

2.根据权利要求1所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述反冲装置(4)包括反冲管路(41)和管路控制阀(42)，所述管路控制阀(42)设置在反冲管路(41)上，所述反冲管路(41)的进水端连接水泵，所述反冲管路(41)的出水端设置在消力池(32)的后壁，所述反冲管路(41)内的反冲水流的流向与下泄水流的流向相反。

3.根据权利要求2所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述反冲管路(41)设置为若干根，若干所述反冲管路(41)的出水端间隔排布。

4.根据权利要求1所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述辅助消力装置(5)包括消力坎(51)，所述消力坎(51)设置在消力池(32)的后壁顶侧。

5.根据权利要求4所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：位于同一所述消力池(32)后壁顶侧的消力坎(51)设置为若干个，若干所述消力坎(51)沿陡坡(31)的宽度方向间隔排布。

6.根据权利要求5所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：位于相邻所述消力池(32)后壁顶侧的消力坎(51)交错布置。

7.根据权利要求6所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述消力坎(51)面向进口连接段(1)的一侧设置有缓冲装置。

8.根据权利要求7所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述缓冲装置包括缓冲板(52)、缓冲伸缩杆(53)以及缓冲弹簧(54)，所述缓冲板(52)设置在消力坎(51)面向进口连接段(1)的一侧，所述缓冲伸缩杆(53)的两端分别连接缓冲板(52)和消力坎(51)，所述缓冲弹簧(54)套设在缓冲伸缩杆(53)的外周，所述缓冲弹簧(54)的两端分别与缓冲板(52)以及消力坎(51)连接，所述缓冲弹簧(54)具有将缓冲板(52)推向远离消力坎(51)一侧的弹性势能。

9.根据权利要求8所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述缓冲板(52)的迎水面开设有贯通侧壁的通水孔(521)。

10.根据权利要求1所述的一种陡坡消能设施，其特征在于：所述陡坡(31)包括过渡段(311)和消力段(312)，所述过渡段(311)的一端与消力池(32)的后壁顶侧连接，所述过渡段(311)的另一端与消力段(312)连接，所述消力段(312)与下一消力池(32)连接，所述消力段(312)的坡度大于过渡段(311)的坡度。

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