CN214695479U - 一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，包括由上至下设于坝体用于泄洪的表孔、中孔和位于坝体侧边的表孔出口末端外侧的闸墩处设有折流墩。所述折流墩用于将表孔外侧水流向泄洪中心线内偏转，所述折流墩为三棱锥体结构，具有与表孔出口所在平面平行的底面、与表孔侧面平行且与底面垂直的侧面、与表孔侧面倾斜布置的斜面，其中底面、侧面和斜面均为直角三角形。本实用新型根据水流碰撞消能机理，通过合理设计的折流墩，改变边孔碰撞水舌的厚度及部位，使边侧轻薄且挑距远的小股射流碰撞大股主射流，以减小边孔溅水强度；而内侧厚重大股水流相互碰撞，效能效果得到增加，既增强了碰撞消能效果又减轻了边坡溅水强度。

Description

一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构

技术领域

本实用新型涉及水利工程消能工领域，具体是一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构。

背景技术

峡谷区高拱坝的泄洪消能最为常见的是坝身表孔、中孔联合水垫塘消能形式(如图1及图2所述)，也是高效经济的消能方式，已经被大量实际工程的成功运用所证实。近年来兴建的一大批高拱坝中，泄洪消能方式大多采用了以坝身表中孔挑流+水垫塘形式为主体的联合消能方案。这是因为水流对水垫塘底板的冲刷，有可能在水垫塘中形成较大冲坑，从而威胁大坝及水垫塘的安全。因此坝身表中孔挑流 +水垫塘的消能方式通常要尽可能增加表中孔的水舌碰撞，以此增加碰撞消能效果，减小入射水流在水垫塘单位面积上的集中强度，尽可能减轻下泄水流对水垫塘底板的冲刷。但是表中孔的水舌碰撞又带来了新的雾化问题，尤其是边孔水舌的碰撞会带来高强度激溅水体对水垫塘边坡及下游岸坡造成威胁甚至破坏的问题。因此，提高联合消能效率以降低水垫塘冲击力与降低边坡溅水强度是此消彼长的关系，如何处理两者的关系使高水头大坝消能设计的核心和难点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有低边坡溅水强度且高消能效率的碰撞消能工结构体型，其可将溢流坝边表孔外侧出流挑距远且变得轻薄，降低边坡溅水轻度，内侧厚重大股水流相互碰撞，增加消能效果。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，包括由上至下设于坝体用于泄洪的表孔、中孔，在位于坝体侧边表孔出口末端外侧的闸墩处设有折流墩，所述折流墩设置于造成边坡溅水的一侧，所述折流墩用于将表孔外侧水流向泄洪中心线内偏转；所述折流墩为三棱锥体结构，具有与表孔出口所在平面平行的底面、与表孔侧面平行且与底面垂直的侧面、与表孔侧面倾斜布置的斜面，其中底面、侧面和斜面均为直角三角形，底面由三条边AC、AB和BC组成，其中AC作为折流墩的高垂直于AB，AC沿闸墩高度方向布置，AB作为折流墩的宽平行于表孔出口，侧面由三条边AC、CD和AD组成， CD作为折流墩的长沿水流方向布置且与AC垂直。

进一步的，所述折流墩的宽度b小于等于所在表孔宽度的1/2。

进一步的，所述折流墩的高度h小于所在表孔出口水深的3/4。

与现有技术相比，本实用新型的具有的有益效果是：

1.该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔折流墩BC处水流轻薄，挑距远，同时由于C点高程高于B点，B点靠近表孔中心线，也使得表孔边侧水流在一定程度上向泄洪中心线内偏转，与中孔水舌碰撞的接触宽减小，使得水垫塘边坡溅水强度大幅度降低，从而大大降低了边坡的防护难度，节约了工程量。

2.该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔未设折流墩侧水流水深增加，水舌变厚，增加了其与其他中孔的碰撞消能，减小了对水垫塘的冲刷，有利于大坝及水垫塘自身稳定。

3.该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔出口水流有效宽度(BC>AB)增加，单宽流量减小，水舌纵向拉开明显，落入水垫塘内有效面积增加，这也是减小水垫塘冲刷的原因之一。

附图说明

图1为现有技术碰撞消能工结构中表孔和中孔的侧面剖视图；

图2为现有技术碰撞消能工结构的平面图；

图3为本实用新型中边表孔及折流墩的侧面剖视图；

图4为本实用新型碰撞消能工结构的平面图；

图5为本实用新型中折流墩的结构示意图；

图6为本实用新型折流墩安装于表孔时的立体结构示意图；

图7为本实用新型折流墩安装于表孔时的另一方向的立体结构示意图。

图中：1—闸墩，2—表孔，3—中孔，4—折流墩，5—第一中孔水舌，6—第二中孔水舌，7—表孔水舌，8—第一碰撞区域，9—第二碰撞区域，41—底面，42—侧面，43—斜面。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图3和图4，本实用新型实施例提供一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，包括由上至下设于坝体用于泄洪的表孔2、中孔3，如图1及图4所示，表孔2、中孔3位于坝体的不同水平面上，且呈交错排列的方式布置。

请参阅图4-7，在位于坝体侧边的表孔2(即边表孔)出口末端外侧的闸墩1处设有折流墩4，所述折流墩4设置于造成边坡溅水的一侧。所述折流墩4为三棱锥体结构，其具有与表孔出口所在平面平行的底面41、与表孔侧面平行且与底面41垂直的侧面42、与表孔侧面倾斜布置的斜面43，其中底面41、侧面42和斜面43均为直角三角形，底面41由三条边AC、AB和BC组成，其中AC作为折流墩 4的高(高度为h)垂直于AB，AC沿闸墩1高度方向布置，AB作为折流墩4的宽(宽度为b)平行于表孔出口，侧面42由三条边AC、 CD和AD组成，CD作为折流墩4的长(长度为L)沿水流方向布置且与AC垂直。

在其中一个实施例中，所述折流墩4的宽度b小于等于所在表孔宽度的1/2；折流墩4的高度h与中孔体型有关，高度h小于所在表孔出口水深的3/4；折流墩4的长度L与折流墩4的h有关，使得表孔下泄水流顺畅。

与现有技术相比，本实用新型的具有的有益效果是：

1、该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔折流墩BC 处水流轻薄，挑距远，同时由于C点高程高于B点，B点靠近表孔中心线，也使得表孔边侧水流在一定程度上向泄洪中心线内偏转，与中孔水舌碰撞的接触宽减小(如图4中第二碰撞区域9所示)，使得水垫塘边坡溅水强度大幅度降低，从而大大降低了边坡的防护难度，节约了工程量；

2、该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔未折流墩侧水流水深增加，水舌变厚，增加了其与其他中孔的碰撞消能(如图4 中第一碰撞区域8所示)，减小了对水垫塘的冲刷，有利于大坝及水垫塘自身稳定；

3、该消能工提出的边表孔折流墩措施，使得边表孔出口水流有效宽度(BC>AB)增加，单宽流量减小，水舌纵向拉开明显(如图4 中第二中孔水舌6所示，相比相邻表孔产生的第一中孔水舌5有较大纵向拉开)，落入水垫塘内有效面积增加，这也是减小水垫塘冲刷的原因之一。

下面以某水电站表孔体型对边坡溅水底板冲刷的影响试验研究为例进一步说明：

模型试验中，折流墩前方案：在工况1条件下水垫塘底板无冲刷， 1#(5#)边表孔水舌下行过程中与1#(6#)边中孔水舌上行过程发生碰撞，碰撞位置中孔水舌宽度的1/3，最大溅水强度775mm/h；在工况2条件下水垫塘底板冲刷5.0cm，边中孔(1#、6#)水舌与1#、5# 表孔水舌发生碰撞，最大溅水强度633mm/h。

折流墩后方案：工况1条件下水垫塘底板无冲刷，1#(6#)边中孔水舌在下行过程中与1#(5#)边表孔水舌碰撞，碰撞位置约为中孔水舌宽度的1/5，最大溅水强度10mm/h；工况2条件下水垫塘底板冲刷5.7cm，边中孔(1#、6#)水舌与1#、5#表孔水舌发生碰撞，最大溅水强度36mm/h。

试验结果表明：本实用新型实施例采用的折流墩方案在工况1条件下水垫塘底板无冲刷，边坡溅水强度10mm/h，与无折流墩方案相比溅水强度降低99％；工况2条件下水垫塘底板冲刷深度位5.7cm，与无折流墩方案相比冲刷深度加深14％，边坡溅水强度36mm/h，与无折流墩方案相比溅水强度降低94％。

本实用新型通过折流墩的设计，可以改变边孔碰撞水舌的厚度及部位，通过减小边孔外侧出流量并增加内侧出流量，使边侧挑距远且轻薄的小股射流碰撞大股主射流，以减小边孔溅水强度；而内侧厚重大股水流相互碰撞，效能效果得到增加，新体型既增强了碰撞消能效果又减轻了边坡溅水强度，是一种值得推广的碰撞消能工。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，包括由上至下设于坝体用于泄洪的表孔、中孔，其特征在于：在位于坝体侧边表孔出口末端外侧的闸墩处设有折流墩，所述折流墩设置于造成边坡溅水的一侧，所述折流墩用于将表孔外侧水流向泄洪中心线内偏转；所述折流墩为三棱锥体结构，具有与表孔出口所在平面平行的底面、与表孔侧面平行且与底面垂直的侧面、与表孔侧面倾斜布置的斜面，其中底面、侧面和斜面均为直角三角形，底面由三条边AC、AB和BC组成，其中AC作为折流墩的高垂直于AB，AC沿闸墩高度方向布置，AB作为折流墩的宽平行于表孔出口，侧面由三条边AC、CD和AD组成，CD作为折流墩的长沿水流方向布置且与AC垂直。

2.根据权利要求1所述的具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，其特征在于：所述折流墩的宽度b小于等于所在表孔宽度的1/2。

3.根据权利要求1所述的具有低边坡溅水强度及高消能效率的碰撞消能工结构，其特征在于：所述折流墩的高度h小于所在表孔出口水深的3/4。

Images