專利名稱：高效能底流式消能設施的制作方法
技術領域：
本實用新型內容屬于水利水電過程設施技術領域，涉及一種用于保障大壩、水閘等水利水電工程樞紐建筑物安全的高效能底流式消能設施。
背景技術：
在水利水電工程建設中，泄洪消能始終是其主要關鍵技術或重大技術難題之一， 這不僅是由于泄洪消能建筑物的造價約占工程土建造價的三分之一左右，同時也由于妥善處理泄洪消能問題是防止攜帶巨大能量的下泄水流刷深河槽，沖毀河提甚至使泄水建筑物受到沖刷破壞，從而危及大壩、水間等樞紐建筑物的安全的重要方式。泄水建筑物下游水力設計的主要任務之一就在于選擇及計算適當的消能措施，使之能在下游較短距離內消除余能，并使下泄的高速集中水流安全地轉變為下游的正常緩流，以保證建筑物的安全。現有技術中，傳統的消能措施主要有底流式消能、挑流式消能和面流式消能的三種基本消能方式。其中，底流式消能是借助于一定的工程措施控制水躍的位置，通過水躍發生的表面漩滾和強烈紊動來消除余能。實踐表明，底流式消能不僅具有流態比較清楚、尾水比較平穩、霧化程度較小、下游沖刷較輕等特點，而且水躍的消能效果是十分顯著的。因此，目前本領域為數眾多的水間、中小型溢流壩、高水頭泄水建筑物及地質條件較差的各類泄水建筑物多采用底流式消能設施，也取得了較為顯著的社會經濟效益。利用底流式消能時，為取得較理想的經濟效益和較好的消能效果，采取的控制水躍位置的工程措施主要有兩種1)降低護坦高程，使在下游形成消力池；幻在護坦末端修建消能坎來壅高水位，使坎前形成消力池；另外，將上述兩種措施相結合或在消力池中設置輔助消能工也能起到控制水躍位置、提高消能率的作用，在實踐中也得了到較為廣泛地應用。在以往關于底流消能設施水力設計的教科書及有關設計手冊中，主要介紹消力池深度及長度的計算方法，由于在水力計算中并未考慮消力池邊墻長短對水躍位置的影響， 因而，也從未提到消力池邊墻長度如何確定以及消力池出口與下游渠道(底板)的銜接方式。在實際工程中，設計人員一般是單純按消力池長度(即消力池進口端至尾坎的間距) 來確定其邊墻長度，而當消力池與下游退水渠銜接時，尾坎后渠道底板則被設計為水平或近似水平的順坡。上述設計形式看似符合常理，往往存在以下不足或缺陷1)消力池體型很難滿足所有運行工況的要求；幻在流量較大時常造成消力池深度或長度不足的假象；3) 從水躍形成原理上沒有最大限度地體現下游水深的作用；4)往往因其體型不佳，而造成工程成本增大力)消力池后水面二次跌落相對較大，造成下游河道或渠道水面波動較大，從而增加下游河道防護或渠提加高的投資。
實用新型內容本實用新型的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，提供一種設計結構合理、工程成本低、容易實施、能有效提高消力池躍后水深并使水流過渡平緩的高效能底流式
3消能設施。用于實現上述發明目的的技術解決方案是這樣的所提供的高效能底流式消能設施包括一個銜接于泄水建筑物出口和下游河道之間的由兩側長邊墻和底板組成消力池，在消力池尾部出口段處橫設有一道頂面高凸于消力池底板的尾坎，尾坎距消力池進口端的距離為Lk，消力池長邊墻的長度為L = Lk+(0. 5 1. 2)hT，式中hT為消力池躍后水深或消力池尾坎前水深，hT= σ jh"。，其中％.為淹沒系數，其取值范圍為1.05 1.10，h〃。為消力池收縮斷面水深h。的共軛水深，h〃。彡hT。本實用新型的技術解決方案還包括在消力池尾坎至消力池出口端之間設有坡比為1 m的逆坡段渠道底板，m = 8 10。本實用新型提出的高效能底流式消能設施是在傳統消力池出口體型基礎上，以最大限度體現水力學原理為理念，針對消力池出口與下游河道不同銜接方式而提出的，其創新點有兩個方面一是消力池邊墻末端相對尾坎位置方面，由于其邊墻相對傳統消力池較長，故稱為消力池長邊墻體型，利用延長消力池邊墻的方法可以消除或減輕消力池躍后水流水面跌落對消力池水深hT的影響；二是消力池出口下游泄水道底板體型方面，由于其尾坎下游有一個底板逆坡段，故稱為消力池出口逆坡體型，它通過消力池尾坎下游一定長度內的過水斷面面積的變化，實現該段內水流流速及流態的變化，從而達到消力池水流與下游河道或退水渠水流的平穩過渡，消除或減輕消力池后水面二次跌落所造成的水面波動。 對消力池與下游河道的兩種銜接方式而言，本專利的兩個創新點既可單獨采用，也可聯合運用；即消力池長邊墻體型既適用于消力池出口通過海漫等過渡段與河道相聯接的“河道式銜接”，又適用于消力池通過退水明渠與下游河道相聯接的“渠道式銜接”；而消力池出口逆坡體型則主要適用于“渠道式銜接”。在實際應用時，消力池長邊墻體型和消力池出口逆坡體型二者既可分開單獨采用，也可聯合運用，依具體工程而定。與現有技術相比，本實用新型的主要優點是(1)該消能設施采用的消力池長邊墻體型能有效提高消力池躍后水深，有利于理想水躍的形成，提高底流消能的消能效果； (2)采用的消力池長邊墻體型可使傳統消力池的長度或深度減小，節約工程成本；C3)采用的消力池出口逆坡體型能降低消力池出口流速，減緩出池水流水面的二次跌落，使水流過渡平穩；(4)采用的消力池出口逆坡體型能減小其下游水流的水面波動，從而減小下游渠道或河道的防洪投資。(5)本實用新型的設計結構簡單，容易實施，可顯著提高水利水電工程的社會經濟效益。
圖1為本實用新型一個具體實施例的側向結構示意圖。圖2為圖1的俯向平面結構示意圖。圖3為本實用新型的工作原理圖。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步說明，但本實用新型的具體實施形式并不僅限于下述的實施例。參見附圖，本實用新型所述的高效能底流式消能設施包括一個由兩側長邊墻1和底板組成消力池，在消力池尾部出口段處橫設有一道頂面高凸于消力池底板的尾坎2，消力池長邊墻的長度L=尾坎距消力池進口端的距離為Lk+(0.5 1.2)hT，其中hT= σ jh" c, 為消力池躍后水深或消力池尾坎前水深，淹沒系數0」的取值范圍為1.05 1.10丄"。為消力池收縮斷面水深(h。)的共軛水深，h〃。< hT ；在消力池尾坎2至消力池出口端之間設有坡比為1 m的逆坡段渠道底板(m = 8 10)，形成能使躍后水流與下游河道尤其是與退水渠水流平穩過渡的消力池出口逆坡體型。
權利要求1.一種高效能底流式消能設施，包括一個銜接于泄水建筑物出口和下游河道之間的由兩側長邊墻(1)和底板組成消力池，其特征是在消力池尾部出口段處橫設有一道頂面高凸于消力池底板的尾坎O)，尾坎⑵距消力池進口端的距離為Lk，消力池長邊墻的長度為L = Lk+ (0. 5 1. 2)hT,式中hT為消力池躍后水深或消力池尾坎前水深，hT= ojh"。，其中為淹沒系數， 其取值范圍為1.05 1.10，h〃。為消力池收縮斷面水深h。的共軛水深，h〃。彡hT。
2.根據權利要求1所述的高效能底流式消能設施，其特征是在消力池尾坎( 至消力池出口端之間設有坡比為1 m的逆坡段渠道底板，m = 8 10。
專利摘要本實用新型涉及一種用于保障大壩、水閘等水利水電工程樞紐建筑物安全的高效能底流式消能設施，包括一個銜接于泄水建筑物出口和下游河道之間的由兩側長邊墻和底板組成消力池，在消力池尾部出口段處橫設有一道頂面高凸于消力池底板的尾坎，消力池長邊墻的長度L＝尾坎距消力池進口端的距離為Lk+(0.5～1.2)hT，其中hT為消力池躍后水深或消力池尾坎前水深，在消力池尾坎至消力池出口端之間設有坡比為1∶8～10的逆坡段渠道底板。本實用新型的設計結構合理、容易實施、能有效提高消力池躍后水深并使水流過渡平緩，降低工程成本和下游河道防洪工程的資金投入，提高水利水電工程的社會經濟效益。
文檔編號E02B8/06GK202247817SQ201120371738
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者安夢雄, 徐根海 申請人:西北農林科技大學