含反弧面的階梯消能工的製作方法
2023-06-08 19:56:51 1
專利名稱：含反弧面的階梯消能工的製作方法
技術領域：
本發明屬於內流洩洪消能設施，特別涉及一種用於溢洪道(洞)或壩面溢流的階梯消能エ。
背景技術：
階梯的消能方式屬內流消能，因其結構特殊性導致水流結構改變，加之邊界糙率的影響，水流自身紊動增強，易形成旋滾，帶動產生能量耗散渦，極易實現勢能向紊動能及熱能的轉化，消能效果好；並且其實用性強，所需經濟成本低、施工方便、便於檢修，因此，發展前景十分廣闊。傳統均勻連續「一」形階梯(簡稱傳統階梯)在實際工程應用中受到普遍好評，但是隨著我國水利工程的發展，傳統階梯的適應性變差，其弊端逐漸顯現。分析原因，近10年來，我國的大型水利工程均呈現高壩大庫的特徵，與之對應在洩洪消能環節的要求及難度越來越大，據統計表明，傳統階梯用於下洩單寬流量在50m3/s-m以上的水流吋，存在以下不足1、消能率明顯下降，沿程消除大部分勢能的優勢明顯弱化；2、下洩流量増大，階梯面上水流經過時流速迅速増大，由能量守恆便知，壓強銳減，這ー趨勢使空蝕破壞發生的可能性陡增。
發明內容
本發明的目的是提供一種含反弧面的階梯消能エ，以改善水流結構，增強消能效果，減小或避免空蝕破壞。本發明所述含反弧面的階梯消能エ，包括緊接進水口的順直段、與順直段相接的異形階梯段，所述異形階梯段的各級階梯均由順坡式斜面、與順坡式斜面相接的反弧面、與反弧面相接的水平過渡面組成，異形階梯段的底坡坡度與順直段的底坡坡度相同，順直段的長度異形階梯段的長度=I Γιο.,本發明所述含反弧面的階梯消能エ，可在順直段增設前置摻氣坎，以進一步提高抗空蝕破壞能力。上述含反弧面的階梯消能エ，其異形階梯段的各級階梯長度和高度相同，各級階梯的長度L1為O. 4 m 18m，各級階梯的高度Ii1為O. 5 m 3m。上述含反弧面的階梯消能エ，其異形階梯段的各級階梯的順坡式斜面與鉛垂面的夾角相同，反弧面半徑相同，水平過渡面長度相同，各級階梯的順坡式斜面與鉛垂面的夾角β為5°飛0°，各級階梯的反弧面半徑R為O. 5m飛m，各級階梯的水平過渡面長度L2為 O. 2m 2m。試驗表明，上述倒坡式階梯消能エ的倒坡式階梯段和順直段的底坡傾角θ=8° 65°。本發明具有以下有益效果I、本發明所述含反弧面的階梯消能エ中的反弧面可為水流提供向心力，利於漩渦、形成，主漩渦尺寸増大，並帶動周圍水體形成次生漩渦，因而單級階梯上內部水流紊動耗散加劇，消能率提高，再經過沿程逐級累加，整體消能率有效提升，與傳統階梯消能エ相比，消能率至少提高5°/Γ20%。2、本發明所述含反弧面的階梯消能エ中的順坡式斜面，可減小或避免空蝕破壞，其坡度適應於不同實際工程。3、本發明所述含反弧面的階梯消能エ中的水平過渡面能鈍化階梯的凸角，提高階梯的使用壽命。4、本發明所述含反弧面的階梯消能エ，體型易優化，施工可操作性強，可廣泛用於各種水利工程。
5、本發明所述含反弧面的階梯消能エ，在來流較小的情況下，僅該結構本身就能滿足工程需求；隨著來流的増加，配合前置摻氣坎可保護前幾級易發生空蝕破壞的階梯，使其適用範圍増大。
圖I是本發明所述含反弧面的階梯消能エ的第一種結構示意圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是本發明所述含反弧面的階梯消能エ的第二種結構示意圖，順直段上設置有前置摻氣坎；圖4是圖3的俯視圖；圖5是本發明所述含反弧面的階梯消能エ的消能機理示意圖。圖中，Iー順直段、2—異形階梯段、3—階梯的順坡式斜面、4一階梯的反弧面、5—階梯的水平過渡面、6—邊牆、7—前置摻氣坎、Θ—異形階梯段和順直段的底坡傾角、L1 一單級階梯的長度、Ii1 ー單級階梯的高度、β 一順坡式斜面與鉛垂面的夾角、R—反弧面的半徑、L2—水平過渡面長度、i一前置摻氣坎坡比、h2—前置摻氣坎高度、B—溢洪道或壩面溢流寬度(階梯寬度)。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明所述含反弧面的階梯消能工作進ー步說明。下述各實施例根據某水電站樞紐工程設計，所述電站集水面積為5800km2，廠址控制集水面積為6350km2。電站溢洪道最大工作水頭150m，最大下洩流量980m3/s，設計溢洪道或壩面溢流寬度B=IOm,最大單寬流量98m3/s.m。實施例I本實施例中，含反弧面的階梯消能エ的結構如圖I、圖2所示，包括緊接進水口的順直段1，與順直段相接的異形階梯段2，所述順直段I樁號間距離17m，所述異形階梯段2樁號間距離108m，異形階梯段和順直段的底坡坡度相同，其底坡的傾角Θ為18. 4°，單寬流量80m3/s. m,設置有邊牆6。所述異形階梯段2的各級階梯均由順坡式斜面3、與順坡式斜面相接的反弧面4、與反弧面相接的水平過渡面5組成，各級階梯長度和高度相同，順坡式斜面與鉛垂面的夾角相同，反弧面半徑相同，水平過渡面長度相同，階梯長度L1=7. 5m,階梯高度1^=2.5111，順坡式斜面與鉛垂面的夾角β=45°，反弧面半徑R=5m，水平過渡面長度L2=2m0試驗測試表明與同等體型的「一」字形傳統階梯相比(下洩單寬流量為80m3/s.m)，本實施例中的含反弧面的階梯消能エ整體流態穩定，單級階梯上的紊動及旋滾更強烈，消能率提高10%，約為84%。實施例2本實施例中，含反弧面的階梯消能エ的結構如圖3、圖4所示。與實施例I不同之處是在順直段I上設置有前置摻氣坎7。所述前置摻氣坎設置在距離第I級異形階梯起點7m處，其坡比為i=l:3，其側面垂直於順直段，高度h2 =0. 5m。試驗測試表明與同等體型的「一」字形傳統階梯相比(下洩單寬流量為80m3/ s.m)，本實施例中的含反弧面的階梯消能エ的整體流態穩定，單級階梯上的紊動及旋滾更強烈，消能率提高12%，約為86%，前3飛級階梯空蝕破壞情況明顯改善，負壓值減小35%。實施例3本實施例中，含反弧面的階梯消能エ的結構如圖I、圖2所示，包括緊接進水口的順直段1，與順直段相接的異形階梯段2，所述順直段I樁號間距離4m，所述異形階梯段2樁號間距離20m，異形階梯段和順直段的底坡坡度相同，其底坡的傾角Θ為60°，單寬流量80m3/s. m,設置有邊牆6。所述異形階梯段2的各級階梯均由順坡式斜面3、與順坡式斜面相接的反弧面4、與反弧面相接的水平過渡面5組成，各級階梯長度和高度相同，順坡式斜面與鉛垂面的夾角相同，反弧面半徑相同，水平過渡面長度相同，階梯長度L1=L 75m,階梯高度1^=3111，順坡式斜面與鉛垂面的夾角β=30°，反弧面半徑R=2m，水平過渡面長度L2=O. 2m。試驗測試表明與同等體型的「一」字形傳統階梯相比(下洩單寬流量為80m3/s.m)，本實施例中的含反弧面的階梯消能エ整體流態穩定，單級階梯上的紊動及旋滾更強烈，消能率提高10%，約為84%。
權利要求
1.一種含反弧面的階梯消能工，包括緊接進水口的順直段(I)，其特徵在於還包括與順直段相接的異形階梯段(2)，所述異形階梯段(2)的各級階梯均由順坡式斜面(3)、與順坡式斜面相接的反弧面(4)、與反弧面相接的水平過渡面(5)組成，異形階梯段(2)的底坡坡度與順直段(I)的底坡坡度相同，順直段的長度異形階梯段的長度=1 Γ Οο
2.根據權利要求I所述含反弧面的階梯消能工，其特徵在於所述異形階梯段的各級階梯長度和高度相同，各級階梯的長度L1為O. 4m 18m，各級階梯的高度Ii1為O. 5 m 3m。
3.根據權利要求I所述含反弧面的階梯消能工，其特徵在於所述異形階梯段的各級階梯的順坡式斜面與鉛垂面的夾角相同，反弧面半徑相同，水平過渡面長度相同，各級階梯的順坡式斜面與鉛垂面的夾角β為5°飛0°，各級階梯的反弧面半徑R為O. 5nT5m，各級階梯的水平過渡面長度L2為O. 2 m 2m。
4.根據權利要求I或2所述含反弧面的階梯消能工，其特徵在於異形階梯段(2)和順直段(I)的底坡傾角θ=8° 65°。
5.根據權利要求3所述含反弧面的階梯消能工，其特徵在於異形階梯段(2)和順直段(I)的底坡傾角θ=8° 65°。
6.根據權利要求I或2所述含反弧面的階梯消能工，其特徵在於所述順直段(I)上設置有前置摻氣坎(4)。
7.根據權利要求3所述倒坡式階梯消能工，其特徵在於所述順直段(I)上設置有前置摻氣坎(4)。
8.根據權利要求4所述倒坡式階梯消能工，其特徵在於所述順直段(I)上設置有前置摻氣坎(4)。
9.根據權利要求5所述倒坡式階梯消能工，其特徵在於所述順直段(I)上設置有前置摻氣坎(4)。
全文摘要
一種含反弧面的階梯消能工，包括緊接進水口的順直段、與順直段相接的異形階梯段，所述異形階梯段的各級階梯均由順坡式斜面、與順坡式斜面相接的反弧面、與反弧面相接的水平過渡面組成，異形階梯段的底坡坡度與順直段的底坡坡度相同，順直段的長度∶異形階梯段的長度=1∶1~10，異形階梯段的各級階梯長度和高度相同，各級階梯的長度L1為0.4~18m，各級階梯的高度h1為0.5~3m。可在順直段增設前置摻氣坎，以進一步提高抗空蝕破壞能力。
文檔編號E02B8/06GK102677640SQ20121016680
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者餘飛, 劉善均, 周茂林, 崔瑞, 張建民, 張法星, 曲景學, 王韋, 田忠, 聶境, 許唯臨, 鄧軍 申請人:四川大學