CN209082455U - 一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，通过由泄槽边墙和泄槽底板组成的泄槽，泄槽边墙连接挑坎收缩边墙，在泄槽底板上从挑坎收缩边墙收缩段起始位置截断形成跌坎，跌坎下缘后连接挑坎底板，挑坎收缩边墙铅直向下延长至挑坎底板并与挑坎底板衔接，进入挑坎内部的水流受到两侧收缩侧墙的挤压作用，水深在立向上急剧增大，受挤压后的水流能够同时向上或者向下扩散，并且由于受重力作用，水流立向拉伸效果更为充分，水舌下缘不受底板顶托，水舌上缘挑角减小从而使水舌远端挑距出现一定程度的减小，水舌近端落点大幅向上游移动，使得水舌的入水长度大幅增加，减免了常规窄缝挑坎小流量起挑困难的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于水利水电工程中泄洪消能领域，具体涉及一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构。
背景技术
水利水电工程中，通过泄水建筑物下泄的水流往往具有极高的流速，其携带的能量也极大，对下游河床甚至主体建筑物具有很强的破坏潜力。尤其是为了节省工程造价，常将这类建筑物泄水宽度较原河床宽度远小，单宽流量加大，下泄水体携带的能量更加集中，破坏能力也就越大。故而必须采取适当的工程措施使高速下泄的水流能够实现安全有效的“着陆”，从而保证建筑物以及下游河道的安全。工程上遵循分散入水来尽可能地增大有效入水面积从而实现分散能量的原则，常用的有纵向拉伸水舌的窄缝式以及横向扩展水舌的斜切式等有效的消能工。
常规窄缝式消能工是通过侧墙的收缩以及底板的顶托，使水流横向收缩、纵向拉伸，从而实现水流的分散入水，减弱其对下游河道的冲刷。收缩式消能工体型简单，布置合理、灵活，适应性强，投资节省，在工程上得到了广泛的应用。但是由于过水通道束窄以及挑坎底板顶托的原因，水深在挑坎内铅直往上急剧增大，这直接导致的结果就是挑坎侧墙的动水压强非常大，而过大的动水压强无疑会大幅增大挑坎结构设计难度；同时，由于挑坎内水深是铅直往上增加，从而挑坎侧墙的增高部分也将沿着侧墙上缘往上增加，这将增大挑坎侧墙的倾覆风险；另外，当上游来流量较小时，常规窄缝挑坎由于侧墙的束窄作用使得水深增大而流速减小，这使得挑坎泄放较小的流量时可能引起水舌不起挑的情况。常规窄缝式消能工典型布置见图1。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，包括由泄槽边墙和泄槽底板组成的泄槽，泄槽边墙连接挑坎收缩边墙，泄槽底板上从挑坎收缩边墙收缩段起始位置截断形成跌坎，跌坎下缘后连接挑坎底板，挑坎底板为倾斜坡，挑坎收缩边墙铅直向下延长至挑坎底板并与挑坎底板衔接。
进一步的，跌坎位置两侧挑坎收缩边墙分别设有连接有通气竖井的通气孔。
进一步的，通气竖井设置于挑坎收缩边墙外侧。
进一步的，泄槽两侧的挑坎收缩边墙对称设置。
进一步的，泄槽两侧的挑坎收缩边墙长度不同。
进一步的，泄槽两侧的挑坎收缩边墙收缩角度不同。
进一步的，泄槽两侧的挑坎收缩边墙长度和收缩角度均不同。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，通过由泄槽边墙和泄槽底板组成的泄槽，泄槽边墙连接挑坎收缩边墙，在泄槽底板上从挑坎收缩边墙收缩段起始位置截断形成跌坎，跌坎下缘后连接挑坎底板，挑坎底板为倾斜坡，挑坎收缩边墙铅直向下延长至挑坎底板并与挑坎底板衔接，进入挑坎内部的水流受到两侧收缩侧墙的挤压作用，水深在立向上急剧增大，而挑坎内上下两端均具有足够的空间，受挤压后的水流能够同时向上或者向下扩散，并且由于受重力作用，相对于常规窄缝挑坎，本装置挑坎内的水流立向拉伸效果更为充分，水舌下缘不受底板顶托，水舌上缘挑角减小从而使水舌远端挑距出现一定程度的减小，但是水舌近端落点却大幅向上游移动，其最终的结果是使得水舌的入水长度大幅增加，另一方面，较大流量情况下本实用新型的挑坎内水流下缘与底板互不接触，故而也大幅减小了挑坎侧墙与底板所受的动水压强；同时，不同于常规窄缝式挑坎侧墙高度铅直向上增加，本实用新型提出的挑坎侧墙相对于前段的增加部分是铅直向下延伸进入基岩，故而挑坎的结构稳定性也大幅提升；最后，由于挑坎内水舌的上下缘均不受边界的束缚，故而即使是小流量该挑坎依旧能够实现良好的起挑，减免了常规窄缝挑坎小流量起挑困难的问题。
进一步的，在跌坎位置两侧挑坎收缩边墙分别设有连接有通气竖井的通气孔，当泄放小流量时，水流进入挑坎以后其水舌下缘与挑坎侧墙以及挑坎底板之间形成闭合的吸气空腔，挑坎起始位置底部设置的连接有通气竖井的通气孔保证了水舌下缘的补气需求，从而避免水舌下缘与挑坎底板之间产生负压而将水舌吸向挑坎底板的不利状况，这也极大地避免了挑坎发生空化空蚀的可能。
附图说明
图1为常规窄缝式消能工典型布置结构示意图。
图2为本实用新型立体结构示意图。
图3为本实用新型俯视图。
图4为本实用新型主视图。
图5为本设计挑坎挑流水舌结构示意图。
图6为常规窄缝水舌结构示意图。
图7为小流量时水舌形态结构示意图。
图8为侧墙长度不对称结构示意图。
图9为图8剖视图。
图10为侧墙收缩宽度不对称结构示意图。
图11为图10剖视图。
图12为侧墙长度与收缩宽度均不对称结构示意图。
图13为图12剖视图。
其中，1-泄槽边墙；2-泄槽底板；3-挑坎收缩边墙；4-跌坎；5-通气孔；6-通气竖井；7-挑坎底板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图2至图4所示，一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，包括由泄槽边墙1和泄槽底板2组成的泄槽，泄槽边墙1连接挑坎收缩边墙3，泄槽边墙1与挑坎收缩边墙3连接处通过圆弧过度，泄槽底板2上从挑坎收缩边墙3收缩段起始位置截断形成跌坎4，跌坎4位置两侧挑坎收缩边墙3分别设有连接有通气竖井6的通气孔5，跌坎4下缘后连接挑坎底板7，挑坎底板7为倾斜坡，挑坎收缩边墙3铅直向下延长至挑坎底板7并与挑坎底板7衔接。
挑坎收缩边墙3两侧的收缩角度向内，即沿水流方向两侧挑坎收缩边墙3的距离逐渐缩小。
通气竖井6设置于挑坎收缩边墙3外侧；泄槽两侧的挑坎收缩边墙3对称设置；
如图8、图9所示，泄槽两侧的挑坎收缩边墙3长度不同；
如图10、图11所示，泄槽两侧的挑坎收缩边墙3收缩角度不同；
如图12、图13所示，泄槽两侧的挑坎收缩边墙3长度和收缩角度均不同；可根据下游河道边界条件及地形地质条件加以选择，保证出挑水舌与原河道水流获得妥善的衔接。
本实用新型将常规窄缝挑坎底板从侧墙收缩段起始位置截断，并在该断面将底板铅直向下移动一定高度形成跌坎，跌坎位置两侧侧墙分别安装连接有通气竖井的通气孔，跌坎下缘后接陡坡，侧墙铅直向下延长至陡坡底板并与其衔接。
进入挑坎内部的水流受到两侧收缩侧墙的挤压作用，水深在立向上急剧增大，而挑坎内上下两端均具有足够的空间，受挤压后的水流能够同时向上或者向下扩散，并且由于受重力作用，相对于常规窄缝挑坎，本装置挑坎内的水流立向拉伸效果更为充分，水舌下缘不受底板顶托，水舌上缘挑角减小从而使水舌远端挑距出现一定程度的减小，但是水舌近端落点却大幅向上游移动，其最终的结果是使得水舌的入水长度大幅增加，本设计挑坎挑流水舌与常规窄缝水舌对比示意图如图5、图6所示；另一方面，较大流量情况下本实用新型的挑坎内水流下缘与底板互不接触，故而也大幅减小了挑坎侧墙与底板所受的动水压强；同时，不同于常规窄缝式挑坎侧墙高度铅直向上增加，本实用新型提出的挑坎侧墙相对于前段的增加部分是铅直向下延伸进入基岩，故而挑坎的结构稳定性也大幅提升；最后，由于挑坎内水舌的上下缘均不受边界的束缚，故而即使是小流量该挑坎依旧能够实现良好的起挑，减免了常规窄缝挑坎小流量起挑困难的问题。
如图7所示，当泄放小流量时，水流进入挑坎以后其水舌下缘与挑坎侧墙以及挑坎底板之间形成闭合的吸气空腔，挑坎起始位置底部设置的连接有通气竖井的通气孔保证了水舌下缘的补气需求，从而避免水舌下缘与挑坎底板之间产生负压而将水舌吸向挑坎底板的不利状况，这也极大地避免了挑坎发生空化空蚀的可能。
本实用新型能够使水体在挑坎内实现横向收缩的同时解除固体边界对水舌下缘的束缚，极大地增加了水舌的入水长度，减小水舌对下游河道的冲刷；并且由于取消挑坎底板的缘故，挑坎侧墙动水压强也大幅减弱；挑坎侧墙的增加部分铅直向下深入基岩，挑坎的结构稳定性得到有效增强；并且挑坎在实现小流量起挑的同时也避免了挑坎的空化空蚀。
Claims (7)
1.一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，包括由泄槽边墙(1)和泄槽底板(2)组成的泄槽，泄槽边墙(1)连接挑坎收缩边墙(3)，泄槽底板(2)上从挑坎收缩边墙(3)收缩段起始位置截断形成跌坎(4)，跌坎(4)下缘后连接挑坎底板(7)，挑坎底板(7)为倾斜坡，挑坎收缩边墙(3)铅直向下延长至挑坎底板(7)并与挑坎底板(7)衔接。
2.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，跌坎(4)位置两侧挑坎收缩边墙(3)分别设有连接有通气竖井(6)的通气孔(5)。
3.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，通气竖井(6)设置于挑坎收缩边墙(3)外侧。
4.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，泄槽两侧的挑坎收缩边墙(3)对称设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，泄槽两侧的挑坎收缩边墙(3)长度不同。
6.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，泄槽两侧的挑坎收缩边墙(3)收缩角度不同。
7.根据权利要求1所述的一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构，其特征在于，泄槽两侧的挑坎收缩边墙(3)长度和收缩角度均不同。
Priority Applications (1)
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| CN201821756288.5U CN209082455U (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 一种用于排水结构消能的收缩式挑坎结构 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109457675A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-12 | 杨凌职业技术学院 | 一种用于泄水结构消能的底掺气收缩式挑坎结构 |
| CN111691376A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-09-22 | 兰州理工大学 | 一种非完全透空型底板收缩式消能工及消能方法 |
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2018
- 2018-10-26 CN CN201821756288.5U patent/CN209082455U/zh not_active Expired - Fee Related
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