CN212294570U - 一种带倒三角楔体尾墩的消能池 - Google Patents

一种带倒三角楔体尾墩的消能池 Download PDF

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刘春明
王天伟
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Abstract

本实用新型属于泄水建筑技术领域,提供一种带倒三角楔体尾墩的消能池,包括一个消能池底板、多个相同结构和尺寸的倒三角楔体尾墩、两个消能池边墙和消能池尾坎。本实用新型中的墩体设计简便、易于工程施工、造价经济、易于检修,迎水面受力简单,墩身与尾坎贴合,墩体结构稳固,同时将下泄水流分为多股支流分别引导进行纵向和横向扩散消能,可以有效缩短消能池长度,消能效果显著。该新型消能池可用于泄水建筑物与下游河床之间的导流、消能,能够改善下游水流流态及保障泄水建筑物、水电站厂房等水利工程设施安全,减轻下游防护压力,带来较大的经济效益,同时也可避免下游水流流态紊动幅度剧烈、流速过大而导致的生态和环境破坏。

Description

一种带倒三角楔体尾墩的消能池
技术领域
本实用新型属于泄水建筑技术领域,提供一种带倒三角楔体尾墩的消能池,该新型消能池可用于溢洪道与下游河床之间的导流、消能,能够使流速重新分配、减小底部流速、改善下游水流流态、防止下游冲刷破坏以及保障泄水建筑物、水电站厂房等水利工程设施安全,同时避免下游水流流态紊动幅度剧烈、流速过大而导致的生态和环境破坏。
背景技术
在现有消能技术中,主要分为四种消能形式:底流消能、挑流消能、面流消能和戽流消能,其中底流消能的优势在于:
1)消能比较充分,消能时水流的流态比较容易控制,可使闸址或坝址地基受到消能建筑物的保护。
2)历史悠久,技术成熟,流态稳定,适应性强,同时雾化影响很小。
3)对地质条件较差的情况有良好的适应性。
4)运行可靠,消能效果好,下游流态稳定,涌浪较小,对河床及两岸的淘刷较轻,对通航发电影响较小。
底流消能有许多优点的同时,也存在自身或环境局限性,而目前底流消能在实际工程中存在的不足之处在于:
1)应用领域单一,总是局限在中、低水头的泄水消能工程中,对于高水头的泄水消能效果较差;
2)传统消能池适用下泄流量及流速范围小,制约水库管理运行;
3)为了形成稳定的水跃,消能池通常设置的长且深,不仅施工困难,占用的河道面积庞大,从而导致投资成本巨大。
关于辅助消能设施的体型设计主要有趾墩、消能墩和宽尾墩等几种单一或者将之结合的联合消能工,而目前存在的辅助消能工在实际应用中存在的显著不足之处在于:
1)消能池内流态紊乱,辅助消能工受力复杂,易引起墩体结构振动,易影响其使用寿命和消能效果;
2)墩身正面受压大,对墩体材料强度要求高,建造成本高;
3)墩身体型复杂且庞大,不便于工程实际施工。
为消除下泄水流到达海漫前多余的能量并将其与之平顺连接,其间常设置消能池以增加消能率。受环境地形限制及技术水平等诸多因数影响,部分水库消能池尺寸过于庞大,投资巨大,故而消能池存在这样的问题:当水头和流量较大时,水跃尺寸也会增大,相应的消能池也将会过分庞大,这样不仅施工困难,占用的河道面积也很巨大,更为重要的是投资太高。传统的消能池存在多种问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题,本实用新型提供一种设计及受力简单、结构合理、造价经济的带倒三角楔体尾墩的新型消能池,以实现在相同水头和流量、不影响消能率的条件下,不改变甚至缩小消能池尺寸,降低造价。本实用新型结构兼具引导水流及消能的作用,在保证下泄水流顺利进入海漫,改善下游水流流态紊乱、流速过大现象的同时,利用其特有的体型特点,通过差动式布置的尾墩作用消除余能,缩短消能池长度,降低投资成本,保护下游河床和岸坡。
为了达到上述目的,本实用新型技术方案:
一种带倒三角楔体尾墩的消能池,包括一个消能池底板1、多个相同结构和尺寸的倒三角楔体尾墩2、两个消能池边墙3和消能池尾坎4,左侧消能池边墙31和右侧消能池边墙32竖直布置在消能池底板1上表面的两侧,消能池尾坎4布置在左侧消能池边墙31和右侧消能池边墙32之间,位于消能池底板1的尾部,消能池尾坎4的两端与左侧消能池边墙31和右侧消能池边墙32固定连接,消能池尾坎4的底部与消能池底板1上表面固定连接;倒三角楔体尾墩2等距布置在消能池尾坎4迎水面,消能池尾坎4的迎水面为斜面,沿来流方向倾斜。
倒三角楔体尾墩2根据上游来流在消能池内形成的水跃位置、尺寸以及水流流速、流态,设计倒三角楔体尾墩2在消能池尾坎4处的间距,具体为:均匀布置倒三角楔体尾墩2的间距,以保证水流横向均匀流入海漫,最大发挥海漫促使水流横向扩散,调整流速分布的作用。
所述的倒三角楔体尾墩2,为直角三角楔体,前部直角面21与来流方向一致,斜面22与消能池尾坎4的迎水面固定连接,使前部直角面21形成竖直面,与消能池底板1相垂直,顶部直角面23与海漫齐平;右侧的倒三角楔体尾墩2,其右侧直角面24与右侧消能池边墙32固定连接;左侧的倒三角楔体尾墩2,其左侧直角面25与左侧消能池边墙31相连;
所述的倒三角楔体尾墩2,斜面22的长度H1与消能池尾坎4迎水斜面长度相等,斜面22与顶部直角面23的角度α1依据消能池尾坎4确定,α1的取值原则为:保证顶部直角面23与海漫齐平;前部直角面21的长度H2与消能池尾坎4高度相等,前部直角面21与顶部直角面23的角度α2为90°,与斜面22的角度α3=180°-α12;顶部直角面23的纵向长度H3依据α1、α2、α3、H1和H2确定;倒三角楔体尾墩2的横向长度H4的取值原则为:左侧消能池边墙31和右侧消能池边墙32内侧各安置一个倒三角楔体尾墩2后,其余倒三角楔体尾墩2等间隔布置。
本实用新型的有益效果在于:
1)尾墩墩体设计简便、易于工程施工、造价经济、易于检修。
2)尾墩墩体迎水面受力简单,墩身与尾坎贴合,墩体结构稳固。
3)在利用消能池使下泄水流与海漫衔接,改善下游流态和流速,同时通过尾墩与尾坎的差动式结构,将水流分散为多股支流,将其横向分流的同时纵向扩散,极大地消除水流余能,使得水流余能一部分在空中消散,另一部分在水舌落入海漫后通过水流的横向扩散、剧烈紊动而消除,进而保证下泄水流顺利导入下游的同时,分散下泄水流的动能,对下游河床和岸坡的危害达到最小,由此而减轻下游的防护工作,带来较大的经济效益,避免下游水生动物的生存环境因水流紊动剧烈而遭到破坏。
附图说明
图1为本实用新型的带倒三角楔体尾墩的消能池的三维图示意;
图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为带倒三角楔体尾墩的消能池的俯视图、正视图和侧视图。
图3为倒三角楔体尾墩三维示意图。
图中:1消能池底板;2倒三角楔体尾墩;3消能池边墙;4消能池尾坎;
21前部直角面;22斜面;23顶部直角面;24右侧直角面;25左侧直角面;
31左侧消能池边墙;32右侧消能池边墙;
H1斜面长度;H2前部直角面长度;H3顶部直角面的纵向长度;H4倒三角楔体尾墩的横向宽度。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案,进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示,本实用新型的带倒三角楔体尾墩的消能池包括消能池底板1、倒三角楔体尾墩2、消能池边墙3和消能池尾坎4。
图2(a)~图2(c)所示,本实施例的带倒三角楔体尾墩的消能池包括一个消能池底板1、四个相同结构的倒三角楔体尾墩2、两个消能池边墙3(左侧消能池边墙31、右侧消能池边墙32)和一个消能池尾坎4,消能池尾坎4的迎水面按照1:1:1的间距平行铺设的四个倒三角楔体尾墩2,每个间距为2.53m,消能池尾坎4长度为17m,倒三角楔体尾墩2底部均与消能池底板1尾部上表面紧密相接,倒三角楔体尾墩2的墩体与消能池尾坎4固定连接,最左端倒三角楔体尾墩2与左侧消能池边墙31固定连接、最右端倒三角楔体尾墩2与右侧消能池边墙32固定连接。
本实用新型结合实例的工作过程如下:
泄洪时,水流沿着溢洪道倾泄而下,在抵达消能池尾坎4前,通过与来流同向的前部直角面21与顶部直角面23,结合墩体平面铺设距离,下泄水流被分为3个部分。其中,前部直角面21作为竖直面有助于减小来流冲击应力,起到消除余能的作用,再由倒三角楔体尾墩2与消能池尾坎4之间的差动式结构将下泄水流分为7股支流,其中3股支流被消能池尾坎4因势利导将水流挑起到下游海漫,有效利用了消能池尾坎4出口纵向空间,使得空中消能显著增强,期间部分能量被消能池尾坎4和势能抵消;剩余4股支流能量经过倒三角楔体尾墩2的直接消能后,在消能池尾坎4上方横向扩散消除。7股下泄支流在尾坎上分别以纵向和横向扩散,大大增强了消能效果,缩短了消能池长度,降低了造价成本,改善了下游生态环境,极大削弱了高速水能,确保下游河床、岸坡及建筑物等免遭冲刷破坏,有效地解决了泄水建筑物下游消能防冲的问题。
如图3所示,倒三角楔体尾墩2,其侧视图为直角三角形,正视图与俯视图均为长方形。斜面22的长度H1=6.8m,其与顶部直角面23的角度α1=68.1°;前部直角面21长度H2=6.3m,其与顶部直角面的角度α2为90°,与斜面的角度α3=21.9°;顶部直角面纵向长度H3=2.55m;倒三角楔体尾墩的横向长度H4=2.35m。
试验研究表明,在设计洪水位2105.24m、流量达365.18m3/s时,按照本实施例的设计,实测在相同水位和流量下,不同消能池安置方式的尾坎上水头和流速列于表1,将尾坎坎上水流按其高度均分为上中下三个部分,每部分测试一个流速,一共是9组流速和3组水头。
表1三种型式消能池安置方式的尾坎坎上水头和流速表
结果对比发现,采用本实用新型的带倒三角楔体尾墩的消能池尾坎上水头大、水流流速小;观测发现,7股支流纵向和横向扩散效果良好,尾坎处紊动剧烈,下游水流波动幅度较小,消能效果显著。

Claims (1)

1.一种带倒三角楔体尾墩的消能池,其特征在于,所述的带倒三角楔体尾墩的消能池包括一个消能池底板(1)、多个相同结构和尺寸的倒三角楔体尾墩(2)、两个消能池边墙(3)和消能池尾坎(4),左侧消能池边墙(31)和右侧消能池边墙(32)竖直布置在消能池底板(1)上表面的两侧,消能池尾坎(4)布置在左侧消能池边墙(31)和右侧消能池边墙(32)之间,位于消能池底板(1)的尾部,消能池尾坎(4)的两端与左侧消能池边墙(31)和右侧消能池边墙(32)固定连接,消能池尾坎(4)的底部与消能池底板(1)上表面固定连接;倒三角楔体尾墩(2)等距布置在消能池尾坎(4)迎水面,消能池尾坎(4)的迎水面为斜面,沿来流方向倾斜;
倒三角楔体尾墩(2)根据上游来流在消能池内形成的水跃位置、尺寸以及水流流速、流态,设计倒三角楔体尾墩(2)在消能池尾坎(4)处的间距,具体为:均匀布置倒三角楔体尾墩(2)的间距,以保证水流横向均匀流入海漫,最大发挥海漫促使水流横向扩散,调整流速分布的作用;
所述的倒三角楔体尾墩(2),为直角三角楔体,前部直角面(21)与来流方向一致,斜面(22)与消能池尾坎(4)的迎水面固定连接,使前部直角面(21)形成竖直面,与消能池底板(1)相垂直,顶部直角面(23)与海漫齐平;右侧的倒三角楔体尾墩(2),其右侧直角面(24)与右侧消能池边墙(32)固定连接;左侧的倒三角楔体尾墩(2),其左侧直角面25与左侧消能池边墙(31)相连;
所述的倒三角楔体尾墩(2),斜面(22)的长度H1与消能池尾坎(4)迎水斜面长度相等,斜面(22)与顶部直角面(23)的角度α1依据消能池尾坎(4)确定,α1的取值原则为:保证顶部直角面(23)与海漫齐平;前部直角面(21)的长度H2与消能池尾坎(4)高度相等,前部直角面(21)与顶部直角面(23)的角度α2为90°,与斜面(22)的角度α3=180°-α12;顶部直角面(23)的纵向长度H3依据α1、α2、α3、H1和H2确定;倒三角楔体尾墩(2)的横向长度H4的取值原则为:左侧消能池边墙(31)和右侧消能池边墙(32)内侧各安置一个倒三角楔体尾墩(2)后,其余倒三角楔体尾墩(2)等间隔布置。
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