CN214301639U

CN214301639U - 整流消能跌井装置

Info

Publication number: CN214301639U
Application number: CN202120112703.9U
Authority: CN
Inventors: 王金鹤; 龚宾; 周蓓; 颜其林; 王志刚; 张东; 吴一红; 张宏伟; 张蕊; 章晋雄; 张文远
Original assignee: Anhui Provincial Group Ltd For Yangtze To Huaihe Water Diversion; China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Current assignee: Anhui Provincial Group Ltd For Yangtze To Huaihe Water Diversion; China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2031-01-15

Abstract

本实用新型涉及一种整流消能跌井装置，包括：跌坎，跌坎的上游衔接上游来水或支流汇水；消力井，消力井沿水流方向设置在跌坎的下游；消能梁，消能梁沿垂直于水流方向间隔设置在消力井中；尾坎，尾坎沿水流方向设置在消力井的末端；折弯部，折弯部沿水流方向设置在尾坎的下游；整流段，整流段沿水流方向设置在折弯部的下游；消能齿坎，消能齿坎沿垂直于水流方向间隔设置在整流段的底面。本申请提供的上述方案，通过跌坎、消力井、消能梁、尾坎、折弯部、整流段以及消能齿坎的综合模块设计，可以明显减少工程量，同时，通过消力井、消能梁、折弯部以及消能齿坎的联合作用，可以实现水流机械能的消杀。

Description

整流消能跌井装置

技术领域

本实用新型涉及工程水力学泄洪消能技术领域，特别是涉及一种整流消能跌井装置。

背景技术

在水利水电工程及航运工程中，时常遇到大落差跌水现象或坡度较陡的河段，为有效控制不利水流流态的影响，减轻水流对河道底坡及边岸的侵蚀作用，常常需通过工程手段对该河段进行消能降速处理。

一种处理思路为：分散高差，即将河道的水流落差沿河段纵向分散开，通过设置多级跌流消力井将水流所携带的能量进行逐级消杀，最终达到消能降速的目标，该技术虽然简便成熟，在工程中应用广泛，但该方法最大的弊端是占地面积大，在空间局促时并不适用。

另外一种处理思路为：将水流的能量集中起来后集中处理，通常采用的技术手段是设置跌水+水垫塘组合式消能工，该技术通过跌水结构将水流携带大量机械能集中释放，随后利用跌水水舌在水垫塘中形成水跃流态，使水体强烈紊动、剪切，并伴随大量水气混掺作用实现水流能量的集中消耗。该方法在跌水落差较大，特别是水垫深度偏小的情况下，其跌落水流对水垫塘底板的冲击力大，水流入水区域附近压力梯度大，水流紊动强烈，易影响水垫塘底板的稳定性，威胁消能工结构安全。此外，该技术中的水流噪声相对较大，不宜设置在居民区附近；若布置在支流与主流交汇处附近，受水垫塘水体波动影响，易对下游主流造成较大扰动，需额外增设稳水整流措施。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的河段消能降速处理装置工程量大的问题，提供一种整流消能跌井装置。

本实用新型提供了一种整流消能跌井装置，包括：

跌坎，所述跌坎的上游衔接上游来水或支流汇水；

消力井，所述消力井沿水流方向设置在所述跌坎的下游；

消能梁，所述消能梁沿垂直于水流方向间隔设置在所述消力井中；

尾坎，所述尾坎沿水流方向设置在所述消力井的末端；

折弯部，所述折弯部沿水流方向设置在所述尾坎的下游；

整流段，所述整流段沿水流方向设置在所述折弯部的下游；

消能齿坎，所述消能齿坎沿垂直于水流方向间隔设置在所述整流段的底面；

升坎，所述升坎沿垂直于水流方向通长设置在所述消能齿坎的下游，所述升坎上的斜面朝向上游设置，且所述升坎上的斜面与水流方向的夹角为钝角。

上述整流消能跌井装置，通过跌坎、消力井、消能梁、尾坎、折弯部、整流段、消能齿坎以及升坎的综合模块设计，可以明显缩短工程量，同时，通过消力井、消能梁、折弯部以及消能齿坎的联合作用，可以实现水流机械能的消杀。

在其中一个实施例中，所述消能梁的上表面位于所述跌坎顶部的下方。

在其中一个实施例中，每一层所述消能梁与另一层所述消能梁错位分布。

在其中一个实施例中，所述消能齿坎沿垂直于水流方向的截面为直角梯形，所述直角梯形上的竖直腰朝向上游，所述直角梯形上的倾斜腰朝向下游。

在其中一个实施例中，所述消能齿坎沿垂直于水流方向等间距布置。

在其中一个实施例中，还包括整流悬梁，所述整流悬梁沿垂直于水流方向通长设置在所述消能齿坎的下游，所述整流悬梁沿垂直于水流方向的截面为平行四边形，所述整流悬梁朝向上游的一侧与水流方向的夹角为45°-60°。

在其中一个实施例中，所述升坎的底部设置有排水孔。

在其中一个实施例中，还包括第一通气管，所述第一通气管上的进气口设置在所述跌坎的两端；

所述跌坎内沿垂直于水流方向设置有第一补气孔，所述第一补气孔的一端沿水流方向与所述消力井连通，所述第一补气孔的另一端与所述第一通气管上的进气口连通。

在其中一个实施例中，还包括第二通气管，所述第二通气管上的进气口设置在所述尾坎的两端；

所述尾坎内沿垂直于水流方向设置有第二补气孔，所述第二补气孔的一端沿水流方向与所述整流段连通，所述第二补气孔的另一端与所述第二通气管上的进气口连通。

在其中一个实施例中，所述跌坎和所述尾坎的底部均设置有排水孔。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的整流消能跌井装置的结构示意图；

图2为图1中的跌坎和第一通气管的结构示意图；

图3为图1中的尾坎和第二通气管的结构示意图；

图4为图1的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本实用新型一实施例中，提供了一种整流消能跌井装置，包括：跌坎10、消能梁20、消力井30、尾坎40、折弯部50、整流段60、消能齿坎70以及升坎90，其中，跌坎10的上游衔接上游来水或支流汇水，消力井30沿水流方向设置在跌坎10的下游，消能梁20沿垂直于水流方向间隔设置在消力井30中，尾坎40沿水流方向设置在消力井30的末端，折弯部50沿水流方向设置在尾坎40的下游，整流段60沿水流方向设置在折弯部50的下游，消能齿坎70沿垂直于水流方向间隔设置在整流段60的底面，升坎90沿垂直于水流方向通长设置在消能齿坎70的下游，升坎90上的斜面朝向上游设置，且升坎90上的斜面与水流方向的夹角为钝角。

具体地，上述装置整体宽度5m-8m，当河段宽度较大时，可采用多装置并列布置的方案，此时上游宜设置分流导流装置；当上游引渠的坡度较陡或来水水流流速较高时，可在跌坎10上增设升坎以良好地控制跌水的流速和跌距，为整体装置提供相对稳定的水流条件；

消力井30沿水流方向设置在跌坎10的下游，用于承接跌坎10上的跌流，并消杀部分跌落水流的能量，尾坎40位于消力井30末端，在来流量较小时，尾坎40可辅助消力井30形成一定的水垫深度，利于消杀水流能量；在来流量较大时，可起到一定的限流和壅水作用，利于在消力井30中形成较大的水深，增大消能水体体积，甚至形成有压流动，进而有效地消杀水流携带的机械能；同时，该尾坎40到消力井30底面的高度不超过消力井30底面到折弯部50顶部高度的1/3；折弯部50沿水流方向设置在尾坎40的下游，该结构用于增大水流从尾坎40出流的阻力，利于在消力井30中形成较大的水深；整流段60沿水流方向设置在折弯部50的下游，主要用于承接来流，调整水流，消杀少量水流余能，消能齿坎70沿垂直于水流方向间隔设置在整流段60的底面，用于壅水并消杀水流携带的余能；

当消能齿坎70下游的出口处衔接具有软弱河床的河道时，如图1所示，该升坎90沿垂直于水流方向通长设置在消能齿坎70的下游。由于升坎90沿垂直于水流方向通长设置在消能齿坎70的下游，从而可以减小出流的临底流速，进而降低对软弱河床的河道底面的冲蚀。

采用上述技术方案，通过跌坎、消力井、消能梁、尾坎、折弯部、整流段、消能齿坎以及升坎的综合模块设计，可以明显减少工程量，同时，通过消力井、消能梁、折弯部以及消能齿坎的联合作用，可以实现水流机械能的消杀。

在一些实施例中，如图1所示，本申请中的消能梁20的上表面位于跌坎10顶部的下方。具体地，上述消能梁20的上表面位于跌坎10顶部的下方3-4m处，且消能梁20靠近跌坎10的距离为5m-7m，该消能梁20的截面可以为矩形、圆等均可，但尺寸不宜过大，其沿垂直于水流方向的截面尺寸(如长方形的长和宽，圆的直径等)宜选1m左右，同时，该消能梁20沿垂直于水流方向的总截面宽度不宜超过消力井30内水流面积的1/2，通常选1/3为宜。

在一些实施例中，为了加强水流混掺效果，提高消能效率，如图1所示，本申请中的每一层消能梁20与另一层消能梁20错位分布。

在一些实施例中，如图1所示，本申请中的消能齿坎70沿垂直于水流方向的截面为直角梯形，直角梯形上的竖直腰朝向上游，从而可以加强来流在此处的混掺作用，直角梯形上的倾斜腰朝向下游，一方面对消能齿坎有较好的稳定作用，另一方面也可有效地减小结构的空蚀风险，同时，该直角梯形的上底和下底中最长的一边与整流段60的底面紧贴。

在一些实施例中，本申请中的消能齿坎70沿垂直于水流方向等间距布置。具体地，每个消能齿坎70的宽度设置为与高度相等为宜，相邻两个消能齿坎70之间的间距以与单坎宽度相等为宜。

在一些实施例中，当消能齿坎70下游的出口处为航道，需要较小的表面流速时，如图1所示，本申请中的整流消能跌井装置还包括整流悬梁80，整流悬梁80用于降低水流表面流速，调整汇流口的断面流速分布，该整流悬梁80沿垂直于水流方向通长设置在消能齿坎70的下游，同时，整流悬梁80沿垂直于水流方向的截面为平行四边形，整流悬梁80朝向上游的一侧与水流方向的夹角为45°-60°，由于整流悬梁80沿垂直于水流方向通长设置在消能齿坎70的下游，从而可以减小消能齿坎70下游水流表面的流速。

在一些实施例中，为了方便检修整体装置，本申请在升坎90的底部设置有排水孔。

在一些实施例中，如图2所示，本申请中的整流消能跌井装置还包括第一通气管101，第一通气管101上的进气口设置在跌坎10的两端；跌坎10内沿垂直于水流方向设置有第一补气孔102，第一补气孔102的一端沿水流方向与消力井30连通，第一补气孔102的另一端与第一通气管101上的进气口连通。

第一通气管101的设置，方便了给跌坎10上从上游到下游形成的跌水水舌下部空间补气，保证了跌坎10上可形成稳定的跌流水舌。

在一些实施例中，如图3所示，本申请中的整流消能跌井装置还包括第二通气管401，第二通气管401上的进气口设置在尾坎40的两端；尾坎40内沿垂直于水流方向设置有第二补气孔402，第二补气孔402的一端沿水流方向与整流段60连通，第二补气孔402的另一端与第二通气管401上的进气口连通。

第二通气管401的设置，方便了给尾坎40上从上游到下游形成的跌水水舌下部空间补气，保证了尾坎40上可形成稳定的跌流水舌。

在一些实施例中，为了方便检修整体装置，本申请中在跌坎10和尾坎40的底部均设置有排水孔。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种整流消能跌井装置，其特征在于，包括：

跌坎(10)，所述跌坎(10)的上游衔接上游来水或支流汇水；

消力井(30)，所述消力井(30)沿水流方向设置在所述跌坎(10)的下游；

消能梁(20)，所述消能梁(20)沿垂直于水流方向间隔设置在所述消力井(30)中；

尾坎(40)，所述尾坎(40)沿水流方向设置在所述消力井(30)的末端；

折弯部(50)，所述折弯部(50)沿水流方向设置在所述尾坎(40)的下游；

整流段(60)，所述整流段(60)沿水流方向设置在所述折弯部(50)的下游；

消能齿坎(70)，所述消能齿坎(70)沿垂直于水流方向间隔设置在所述整流段(60)的底面；

升坎(90)，所述升坎(90)沿垂直于水流方向通长设置在所述消能齿坎(70)的下游，所述升坎(90)上的斜面朝向上游设置，且所述升坎(90)上的斜面与水流方向的夹角为钝角。

2.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，所述消能梁(20)的上表面位于所述跌坎(10)顶部的下方。

3.根据权利要求2所述的整流消能跌井装置，其特征在于，每一层所述消能梁(20)与另一层所述消能梁(20)错位分布。

4.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，所述消能齿坎(70)沿垂直于水流方向的截面为直角梯形，所述直角梯形上的竖直腰朝向上游，所述直角梯形上的倾斜腰朝向下游。

5.根据权利要求4所述的整流消能跌井装置，其特征在于，所述消能齿坎(70)沿垂直于水流方向等间距布置。

6.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，还包括整流悬梁(80)，所述整流悬梁(80)沿垂直于水流方向通长设置在所述消能齿坎(70)的下游，所述整流悬梁(80)沿垂直于水流方向的截面为平行四边形，所述整流悬梁(80)朝向上游的一侧与水流方向的夹角为45°-60°。

7.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，所述升坎(90)的底部设置有排水孔。

8.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，还包括第一通气管(101)，所述第一通气管(101)上的进气口设置在所述跌坎(10)的两端；

所述跌坎(10)内沿垂直于水流方向设置有第一补气孔(102)，所述第一补气孔(102)的一端沿水流方向与所述消力井(30)连通，所述第一补气孔(102)的另一端与所述第一通气管(101)上的进气口连通。

9.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，还包括第二通气管(401)，所述第二通气管(401)上的进气口设置在所述尾坎(40)的两端；

所述尾坎(40)内沿垂直于水流方向设置有第二补气孔(402)，所述第二补气孔(402)的一端沿水流方向与所述整流段(60)连通，所述第二补气孔(402)的另一端与所述第二通气管(401)上的进气口连通。

10.根据权利要求1所述的整流消能跌井装置，其特征在于，所述跌坎(10)和所述尾坎(40)的底部均设置有排水孔。