CN113106939A - 水利工程用组合式消能墙体 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程技术领域，且公开了水利工程用组合式消能墙体，包括墙体，所述墙体的内部开设有安装槽，所述安装槽的内腔底部固定安装有四个副油缸，所述副油缸的顶部固定安装有底座，所述底座的顶部固定安装有主油缸，所述主油缸顶部的外表面固定安装有限位环。本发明通过弧面墙将迎面而来的冲击水在撞击弧面墙时，其流动的方向会被改变，其流向会改变向下流动，其直接对缓冲板的斜面进行冲击，于是缓冲板受到压力会向下移动，由此带动下放的阻尼弹簧和液压机构进行对水压的缓冲，将水能的冲击能量部分转化为热能和阻尼弹簧的弹性势能，由此实现对水流的部分能量进行转化，抵消能量。

Description

水利工程用组合式消能墙体

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体是水利工程用组合式消能墙体。

背景技术

水利消能是在水利工程应用中必要解决的问题之一，通常的消能方法为在挡水建筑物下游设消力池、消力坎、消能墙等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击以消耗多余的能量，上述方法也可用于灌溉工程、供水工程的压力管道的消能箱结构，但是这些方法都存在有一定的弊端。一方面利用水跃现象可消除的能量是非常有限的，消能墙体正面的迎水面的水流撞击效能墙后，主流会沿某一个方向反射或折回，消力池较长，工程量大，造价高，同时水流与消能墙体直接正面撞击，相互作用应力大，对消能墙体正面迎水面的损伤严重，并且其不能充分的对水流本身流动的能量加以应用，因此需要一种可以更加有力的效能方法来进行消能。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，本发明提供了水利工程用组合式消能墙体，具有能量转化和利用水流进行的对冲消能的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水利工程用组合式消能墙体，包括墙体，所述墙体的内部开设有安装槽，所述安装槽的内腔底部固定安装有四个副油缸，所述副油缸的顶部固定安装有底座，所述底座的顶部固定安装有主油缸，所述主油缸顶部的外表面固定安装有限位环，所述限位环的主油缸的内腔中活动套接有一号活塞，所述一号活塞的顶部固定安装有一号活塞杆，所述主油缸的底部的两侧均固定连通有导油管，两个所述导油管穿过底座向下且固定连通有三通管，所述三通管的两端均与副油缸的内腔固定连通，所述一号活塞杆的外表面固定套接有支架且活动套接有阻尼弹簧，所述阻尼弹簧的顶端和底端分别与支架和限位环接触，所述支架的底部固定安装二号活塞杆，所述二号活塞杆穿过副油缸延伸至副油缸的内部，所述二号活塞杆的底端固定连接有二号活塞，所述二号活塞活动套接于副油缸的内腔，所述一号活塞杆的顶端固定安装有缓冲板；所述缓冲板的内部固定安装有移动管，所述墙体的内部开设有导流槽，所述移动管的底端活动套接于导流槽内，所述移动管的下端部设有与所述导流槽内部结构相适配的清理机构。

作为本发明的一种优选技术方案，其中，墙体的底部和中部分别设置有底层梯形座和缓冲台阶，缓冲台阶的下方设置有弧面墙，所述缓冲板位于所述缓冲台阶上方，所述移动管的顶部通过外延边和螺丝被固定安装于缓冲板的上表面。通过外延边和螺丝能把移动管固定在缓冲板上，可使移动管跟随缓冲板同步运动，使移动管在导流槽内运动，以实现导流和保证清理机构运动工作。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导流槽包括竖直导流区、弧形导流区和水平导流区，所述竖直导流区竖直向上连通缓冲台阶上方的空间且内部活动套接有移动管，所述水平导流区的右端与弧面墙的右侧空间连通，导流槽形成了一个L形的水路，缓冲板上方的水流在受到弧面墙的反弹时，变相为向下，一部分是直接给予了缓冲板竖直向下的压力，而一部分是水流穿过移动管进入到导流槽中，再顺着导流槽向水平导流区流动，下方的弧面墙受到迎面而来的水流时，会从下方的水平导流区中射入，与上方的从竖直导流区射入的水流形成对冲，由此利用水流自身的对冲实现消能效果。

作为本发明的一种优选技术方案，所述缓冲板的截面为一个锐角三角形，所述缓冲板的斜面向墙体的外侧斜向下倾斜，这样可以将的由弧面墙反弹下来的水压向外侧反射出去，与外侧向内流入的水流形成对冲，实现对迎面水流的消能，降低缓冲板所承受的竖直向下的压力。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外延边与移动管之间的连接关系并非水平而是呈现夹角，所述外延边与缓冲板的斜面平行，这样设计可以令外延边的底面贴合于缓冲板的斜面，而移动管的管身可以保持竖直向下与获得与导流槽的套接状态。

作为本发明的一种优选技术方案，所述二号活塞在初始状态下与副油缸内腔底部的距离等于缓冲板底部与弧面墙表面支架内的距离，所述导油管与主油缸的连接处位于主油缸内腔的底部，缓冲板受到水压下行到最低处即与缓冲台阶的顶面接触时，二号活塞的底面可正好与副油缸内腔的底面直接接触，由此达到一种同步静止的状态。

作为本发明的一种优选技术方案，所述清理机构包括与所述移动管下端部固定连接的支撑架，所述支撑架上设有螺旋叶片。通过支撑架和螺旋叶片的配合，一方面螺旋叶片产生振动，吸收冲水的能量；另一方面支撑架和螺旋叶片跟随移动管同步运动，对导流槽内堵塞的杂物进行清理。

作为本发明的一种优选技术方案，所述螺旋叶片采用柔性不锈钢材质，所述螺旋叶片不与所述导流槽的内壁相接触。一方面螺旋叶片采用不锈钢材质能防止被水浸泡生锈，另一方面柔性不锈钢材质的螺旋叶片在水的冲击下会产生振动，吸收掉冲水的能量，起到缓冲作用；螺旋叶片不与导流槽的内壁相接触，能保证移动管在导流槽内运动时，移动管通过支撑架带动螺旋叶片运动，对导流槽内堵塞的杂物进行清理。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过弧面墙将迎面而来的冲击水在撞击弧面墙时，其流动的方向会被改变，其流向会改变向下流动，其直接对缓冲板的斜面进行冲击，缓冲板受到压力会向下移动，由此带动下放的阻尼弹簧和液压机构进行对水压的缓冲，将水能的冲击能量部分转化为热能和阻尼弹簧的弹性势能，由此实现对水流的部分能量进行转化，抵消能量。

2、本发明通过将移动管导入导流槽中，再顺着导流槽向水平导流区流动，下方的弧面墙受到迎面而来的水流时，会从下方的水平导流区中射入，与上方的从竖直导流区射入的水流形成对冲，由此利用水流自身的对冲实现消能效果，对水流自身的能量加以运动，令其可以进行自身消能，提高消能效率。

3.本发明通过在移动管上设置清理机构，通过使清理机构上支撑架和螺旋叶片跟随移动管在导流槽内运动，通过撑架和螺旋叶片的配合，一方面当具有较大动能的水冲击到螺旋叶片上时，使螺旋叶片产生振动，吸收冲水的能量，对水进行缓冲；另一方面支撑架和螺旋叶片跟随移动管同步运动，对导流槽内堵塞的杂物进行清理；同时处于振动状态的螺旋叶片会带动堵塞的杂物运动，促进杂物从导流槽内排出，实现导流槽的自动清理功能，提高装置的稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明正视图；

图3为本发明剖视图；

图4为本发明分解示意图；

图5为本发明阻尼弹簧和相关结构示意图；

图6为本发明正向剖视图；

图7为本发明侧向剖视图；

图8为本发明A部分放大图；

图9为本发明B部分放大图。

图中：1、墙体；2、底层梯形座；3、缓冲台阶；4、弧面墙；5、主油缸；6、底座；7、限位环；8、一号活塞杆；9、支架；10、阻尼弹簧；11、二号活塞杆；12、副油缸；13、一号活塞；14、导油管；15、三通管；16、二号活塞；17、螺丝；18、缓冲板；19、移动管；20、安装槽；21、导流槽；2101、竖直导流区；2102、弧形导流区；2103、水平导流区；22、清理机构；2201、支撑架；2202、螺旋叶片；23、外延边。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明提供水利工程用组合式消能墙体，包括墙体1，墙体1的内部开设有安装槽20，安装槽20的内腔底部固定安装有四个副油缸12，副油缸12的顶部固定安装有底座6，底座6的顶部固定安装有主油缸5，主油缸5顶部的外表面固定安装有限位环7，限位环7的主油缸5的内腔中活动套接有一号活塞13，一号活塞13的顶部固定安装有一号活塞杆8，主油缸5的底部的两侧均固定连通有导油管14，两个导油管14穿过底座6向下且固定连通有三通管15，三通管15的两端均与副油缸12的内腔固定连通，一号活塞杆8的外表面固定套接有支架9且活动套接有阻尼弹簧10，阻尼弹簧10的顶端和底端分别与支架9和限位环7接触，支架9的底部固定安装二号活塞杆11，二号活塞杆11穿过副油缸12延伸至副油缸12的内部，二号活塞杆11的底端固定连接有二号活塞16，二号活塞16活动套接于副油缸12的内腔，一号活塞杆8的顶端固定安装有缓冲板18；缓冲板18的内部固定安装有移动管19，墙体1的内部开设有导流槽21。

其中，墙体1的底部和中部分别设置有底层梯形座2和缓冲台阶3，缓冲台阶3的下方设置有弧面墙4，缓冲板18位于缓冲台阶3上方，移动管19的顶部通过外延边23和螺丝17被固定安装于缓冲板18的上表面。

其中，导流槽21包括竖直导流区2101、弧形导流区2102和水平导流区2103，竖直导流区2101竖直向上连通缓冲台阶3上方的空间且内部活动套接有移动管19，水平导流区2103的右端与弧面墙4的右侧空间连通，导流槽21形成了一个L形的水路，缓冲板18上方的水流在受到弧面墙4的反弹时，变相为向下，一部分是直接给予了缓冲板18竖直向下的压力，而一部分是水流穿过移动管19进入到导流槽21中，再顺着导流槽21向水平导流区2103流动，下方的弧面墙4受到迎面而来的水流时，会从下方的水平导流区2103中射入，与上方的从竖直导流区2101射入的水流形成对冲，由此利用水流自身的对冲实现消能效果。

其中，缓冲板18的截面为一个锐角三角形，缓冲板18的斜面向墙体1的外侧斜向下倾斜，这样可以将的由弧面墙4反弹下来的水压向外侧反射出去，与外侧向内流入的水流形成对冲，实现对迎面水流的消能，降低缓冲板18所承受的竖直向下的压力。

其中，外延边23与移动管19之间的连接关系并非水平而是呈现夹角，外延边23与缓冲板18的斜面平行，这样设计可以令外延边23的底面贴合于缓冲板18的斜面，而移动管19的管身可以保持竖直向下与获得与导流槽21的套接状态。

其中，二号活塞16在初始状态下与副油缸12内腔底部的距离等于缓冲板18底部与弧面墙4表面支架内的距离，导油管14与主油缸5的连接处位于主油缸5内腔的底部，缓冲板18受到水压下行到最低处即与缓冲台阶3的顶面接触时，二号活塞16的底面可正好与副油缸12内腔的底面直接接触，由此达到一种同步静止的状态。

首先该消能墙体本身被分成了多个缓冲层，具体缓冲台阶3设置的层数由具体施工环境来规定，由于弧面墙4的是一个弧面墙体，迎面而来的冲击水在撞击弧面墙4时，其流动的方向会被改变，其流向会改变向下流动，其直接对缓冲板18的斜面进行冲击，于是缓冲板18受到压力会向下移动，而一部分水流穿过移动管19进入到导流槽21中，再顺着导流槽21向水平导流区2103流动，下方的弧面墙4受到迎面而来的水流时，会从下方的水平导流区2103中射入，与上方的从竖直导流区2101射入的水流形成对冲，由此利用水流自身的对冲实现消能效果，缓冲板18受到压力之后下行会压动一号活塞杆8下行，带动支架9令阻尼弹簧10产生弹性形变，一号活塞13下行会压住内部液压油，通过导油管14向下方的四个副油缸12内腔中流动，而在这个过程发生的同时，由于二号活塞杆11被支架9带动下行，二号活塞16下行为液压油在副油缸12的内部腾出空间，但是由于导油管14的孔径有限，其不能快速将主油缸5中的液压油排空，只能少量慢速的排，于是一时间会有大量压油挤压在一号活塞13的下方，这些液压油会为一号活塞13提供一个向上支撑力，当来自缓冲板18的压力消失之后，阻尼弹簧10回弹会带动一号活塞13和二号活塞16上行，由此液压油重新回到主油缸5的内腔中。

实施例2

由于往往水面上漂浮有树枝、塑料垃圾等杂物，这些杂物往往会随着水流通过移动管19进入到导流槽21内，造成导流槽21被堵塞，使水流无法从导流槽21流出并对导流槽21外部的水进行对冲；因此堵塞的杂物会减弱本装置对水流的效能作用，因此对本装置进行了进一步改进。

如图9所示，移动管19的底端活动套接于导流槽21内，当水冲击到缓冲板18上后，缓冲板18受到压力之后下行，同时会带动其上方的移动管19向下运动，此时阻尼弹簧10会被压缩；当水对缓冲板18的压力消失后，阻尼弹簧10恢复弹性形变，推动缓冲板18向上运动，此时缓冲板18带动移动管19向上运动，进而实现了移动管19相对于导流槽21的相对运动；移动管19的下端部设有与导流槽21内部结构相适配的清理机构22。移动管19在导流槽21内上下运动时，带动清理机构22运动，使清理机构22对堵塞在导流槽21内的杂物进行清理。清理机构22包括与移动管19下端部固定连接的支撑架2201，支撑架2201上设有螺旋叶片2202。通过支撑架2201和螺旋叶片2202的配合，一方面螺旋叶片2202产生振动，吸收冲水的能量；另一方面支撑架2201和螺旋叶片2202跟随移动管19在导流槽21内运动，对堵塞在导流槽21内的杂物进行推动，进而在对具有较高动能的水进行缓冲的同时对导流槽21内堵塞的杂物进行清理。螺旋叶片2202采用柔性不锈钢材质，螺旋叶片2202不与导流槽21的内壁相接触。一方面螺旋叶片2202采用不锈钢材质能防止被水浸泡生锈，另一方面柔性不锈钢材质的螺旋叶片2202在水的冲击下会产生振动，吸收掉冲水的能量，起到缓冲作用；同时处于振动状态的螺旋叶片2202会带动堵塞的杂物振动，促进杂物从导流槽内排出，增强导流槽的自动清理功能。螺旋叶片2202不与导流槽21的内壁相接触，能保证移动管19在导流槽21内运动时，移动管19通过支撑架2201带动螺旋叶片2202运动，对导流槽21内堵塞的杂物进行清理，综上，通过支撑架2201和螺旋叶片2202配合移动管19，在起到对冲水起到有效缓冲的同时，使本装置对导流槽21内堵塞的杂物具有自动清理的功能，进而提高装置的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.水利工程用组合式消能墙体，包括墙体(1)，其特征在于：所述墙体(1)的内部开设有安装槽(20)，所述安装槽(20)的内腔底部固定安装有四个副油缸(12)，所述副油缸(12)的顶部固定安装有底座(6)，所述底座(6)的顶部固定安装有主油缸(5)，所述主油缸(5)顶部的外表面固定安装有限位环(7)，所述限位环(7)的主油缸(5)的内腔中活动套接有一号活塞(13)，所述一号活塞(13)的顶部固定安装有一号活塞杆(8)，所述主油缸(5)的底部的两侧均固定连通有导油管(14)，两个所述导油管(14)穿过底座(6)向下且固定连通有三通管(15)，所述三通管(15)的两端均与副油缸(12)的内腔固定连通，所述一号活塞杆(8)的外表面固定套接有支架(9)且活动套接有阻尼弹簧(10)，所述阻尼弹簧(10)的顶端和底端分别与支架(9)和限位环(7)接触，所述支架(9)的底部固定安装二号活塞杆(11)，所述二号活塞杆(11)穿过副油缸(12)延伸至副油缸(12)的内部，所述二号活塞杆(11)的底端固定连接有二号活塞(16)，所述二号活塞(16)活动套接于副油缸(12)的内腔，所述一号活塞杆(8)的顶端固定安装有缓冲板(18)，所述缓冲板(18)的内部固定安装有移动管(19)，所述墙体(1)的内部开设有导流槽(21)，所述移动管(19)的底端活动套接于导流槽(21)内，所述移动管(19)的下端部设有与所述导流槽(21)内部结构相适配的清理机构(22)。

2.根据权利要求1所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述墙体(1)的底部和中部分别设置有底层梯形座(2)和缓冲台阶(3)，所述缓冲台阶(3)的下方设置有弧面墙(4)，所述缓冲板(18)位于所述缓冲台阶(3)上方，所述移动管(19)的顶部通过外延边(23)和螺丝(17)被固定安装于缓冲板(18)的上表面。

3.根据权利要求2所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述导流槽(21)包括竖直导流区(2101)、弧形导流区(2102)和水平导流区(2103)，所述竖直导流区(2101)竖直向上连通缓冲台阶(3)上方的空间且内部活动套接有移动管(19)，所述水平导流区(2103)的右端与弧面墙(4)的右侧空间连通。

4.根据权利要求1所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述缓冲板(18)的截面为一个锐角三角形，所述缓冲板(18)的斜面向墙体(1)的外侧斜向下倾斜。

5.根据权利要求2所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述外延边(23)与移动管(19)之间的连接关系并非水平而是呈现夹角，所述外延边(23)与缓冲板(18)的斜面平行。

6.根据权利要求1所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述二号活塞(16)在初始状态下与副油缸(12)内腔底部的距离等于缓冲板(18)底部与弧面墙(4)表面支架内的距离，所述导油管(14)与主油缸(5)的连接处位于主油缸(5)内腔的底部。

7.根据权利要求1所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述清理机构(22)包括与所述移动管(19)下端部固定连接的支撑架(2201)，所述支撑架(2201)上设有螺旋叶片(2202)。

8.根据权利要求1所述的水利工程用组合式消能墙体，其特征在于：所述螺旋叶片(2202)采用柔性不锈钢材质，所述螺旋叶片(2202)不与所述导流槽(21)的内壁相接触。

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