专利名称：差动分列式进口消能工的制作方法
技术领域：
本发明属于泄洪消能设施，特别涉及一种用于高水头、大单宽流量的水流进口消能工。
背景技术：
对于高水头、大单宽流量的水流，其泄洪消能非常重要，但难度也大， 一直是水利界研究的热点和难点问题。公开号CN 101215828A的专利申请公开了一种高低坎底流消 力池，其技术方案是将水流进口段的高坎(也称高位泄流槽)在平面上采用合适的收縮 角，但对边高坎的外侧墙不收縮。此种结构的消能设施在某些特定条件下虽然能解决消 力池内及消力池尾坎处水面波动较大的问题，但存在以下不足1、水流进口段高坎(高 位泄流槽或泄流孔)和低坎(低位泄流槽泄流孔)出口端部的跌坎与消力池底板的接壤 处长时间沉积泥砂，在立轴漩涡和横轴漩涡作用下磨蚀消力池首部底板，势必损坏消力 池结构，严重影响泄洪设施的正常运行，甚至引起重大工程事故。2、消力池与下游河 道的衔接不理想，致使水流对下游河道的冲刷较严重。3、高坎(高位泄流槽或泄流孔) 和低坎(低位泄流槽或泄流孔)之间的中隔墩易空化空蚀破坏。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的差动分列式进口消能工， 以解决水流进口段高位泄流槽或泄流孔和低位泄流槽或泄流孔出口端部跌坎与消力池 底板的接壤处长时间沉积泥砂和中隔墩的空化空蚀问题，并改善消力池与下游河道的衔 接，减小水流对下游河道的冲刷破坏。本发明所述差动分列式进口消能工，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池、 与消力池相接的护坦，水流进口段由相间排列的高位泄流槽或高位泄流孔和低位泄流槽 或低位泄流孔构成；水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔和低位泄流槽或低位泄流孔出 口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚，所述贴脚为直角楔形，直角楔形的底 面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流槽或高位泄 流孔和低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎相贴；消力池尾坎为差动式尾坎，所述差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元i和组合面单元n相间排列形成；高位泄流槽或高位泄流孔和低位泄流槽或低位泄流孔之间的中隔墩墩尾为悬臂式流线型墩尾。
上述差动分列式进口消能工中的贴脚、差动式尾坎、中隔墩墩尾优选以下结构
1、 贴脚的坡度J'为1 : 1~1:15，长度山《L3〈d3，所述d3为水流进口段高位泄流槽
或高位泄流孔出口端部的跌坎高度，d4为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部
的跌坎高度。
2、 形成差动式尾坎顶面的组合面单元I依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面；形成差动式尾坎顶面的组合面单元II依次由平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面；所述组合面单元I的长度
^与组合面单元II的长度b2之比iM : b2=i: i~i: 3。
3、 中隔墩墩尾的长度L4为中隔墩厚度的1.5 2倍，其顶端与与中隔墩顶端齐平，
其底端与与消力池底板的距离d4=d6< d3,所述d3为水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的跌坎高度，d4为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度。本发明所述差动分列式进口消能工的水流进口段可设计成以下四种体型
1、 高位泄流槽无压出流和低位泄流槽无压出流；
2、 高位泄流槽无压出流、低位泄流孔有压出流；
3、 高位泄流孔有压出流、低位泄流槽无压出流；
4、 高位泄流孔有压出流和低位泄流孔有压出流。本发明具有以下有益效果
1、 由于水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔和低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚，因而避免了泥砂在此处长时间沉积，同时还
增加了消力池首部底板的厚度，因而改善了消力池首部底板的受力条件，提高了使用寿命。
2、 由于将消力池的尾坎设计为差动式尾坎，因而改善了消力池与下游河道的衔接，减小了水流对下游河道的冲刷破坏。
3、 由于将高位泄流槽或高位泄流孔和低位泄流槽或低位泄流孔之间的中隔墩墩尾
设计为悬臂式流线型墩尾，因而可避免中隔墩被空化空蚀，提高使用寿命。
图1是本发明所述差动分列式进口消能工的第一种平面布置图，高位泄流槽为偶
数，低位泄流槽为奇数，高位泄流槽和低位泄流槽均为等宽体型；
图2是本发明所述差动分列式进口消能工的第二种平面布置图，高位泄流槽为奇数，低位泄流槽为偶数，高位泄流槽和低位泄流槽均为等宽体型；图3是无压出流的高位泄流槽的剖视图及与其同一剖面处的消力池和护坦的示意图；图4是无压出流的低位泄流槽的剖视图及与其同一剖面处的消力池和护坦的示意图；图5是有压出流的低位泄流孔的剖视图及与其同一剖面处的消力池和护坦的示意图；图6是有压出流的高位泄流孔的剖视图及与其同一剖面处的消力池和护坦的示意图；图7是图1所示平面布置的差动分列式进口消能工的1-1剖面图，但图中的高位泄 流槽和低位泄流槽均为无压出流；图8是图2所示平面布置的差动分列式进口消能工的2-2剖面图，但图中的高位泄 流槽和低位泄流槽均为无压出流；图9是图1所示平面布置的差动分列式进口消能工的1-1剖面图，但图中的高位泄 流槽为无压出流，低位泄流孔为有压出流；图10是图2所示平面布置的差动分列式进口消能工的2-2剖面图，但图中的高位 泄流槽为无压出流，低位泄流孔为有压出流；图11是图1所示平面布置的差动分列式进口消能工的1-1剖面图，但图中的高位 泄流孔为有压出流，低位泄流槽为无压出流；图12是图2所示平面布置的差动分列式进口消能工的2-2剖面图，但图中的高位 泄流孔为有压出流，低位泄流槽为无压出流；图13是图1所示平面布置的差动分列式进口消能工的1-1剖面图，但图中的高位 泄流孔和低位泄流孔均为有压出流；图14是图2所示平面布置的差动分列式进口消能工的2-2剖面图，但图中的高位 泄流孔和低位泄流孔均为有压出流；图15是差动式尾坎的局部放大图；图16是形成差动式尾坎顶面的组合面单元I的结构示意图； 图17是图16的俯视图；图18是形成差动式尾坎顶面的组合面单元II的结构示意图； 图19是图18的俯视图。6图中，l一高位泄流槽或高位泄流孔、2—低位泄流槽或低位泄流孔、3—消力池、4一贴脚、5—消力池尾坎、6—护坦，7—中隔墩墩尾、8—组合面单元I 、 9—组合面单元II、 U—水流进口段在水平面的投影长度、L2—消力池长度、L3—贴脚长度、L一中隔墩墩尾长度、B—消力池宽度、Bi—高位泄流槽或高位泄流孔宽度、B2"j氏位泄流槽或低位泄流孔宽度、山一消力池底板至消力池尾坎顶端的距离；d2—护坦尾坎至消力池尾坎顶端的距离、d3—高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的跌坎高度、山一低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度、d5—中隔墩墩尾高度、de—中隔墩墩尾底端与消力池底板的距离、br-组合面单元I的长度、b2—组合面单元II的长度、a—无压出流体型高位泄流槽出口处泄流槽底板至中隔墩顶端的高度、H2—无压出流体型低位泄流槽出口处
泄流槽底板至中隔墩顶端的高度、H3—有压出流体型低位泄流孔口高度、H4—有压出流
体型高位泄流孔口高度。
具体实施例方式
下面结合附图通过实施例对本发明所述差动分列式进口消能工的结构作进一步说明。
实施例1和实施例2中的差动分列式进口消能工根据某大型水电站枢纽工程设计，所述水电站枢纽工程装机6400MW，采用混凝土重力坝，最大坝高161m。所述水电站设计洪水(P=0.2%)流量41200 m3/s，校核洪水(P=0.02%)流量49800 ra3/s，上下游最大水位差120ra,最大下泄总功率约40000 MW。消力池内最大单宽流量为225m2/s,消力池入池流速达40 m/s左右。
实施例l
本实施例中的差动分列式进口消能工的结构如图l、图3、图4、图7所示，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池3、与消力池相接的护坦6。水流进口段由相间排列的高位泄流槽1和低位泄流槽2构成，高位泄流槽1为4个，低位泄流槽2为3个，高位泄流槽1和低位泄流槽2均为无压出流、等宽体型。水流进口段高位泄流槽l和低位泄流槽2出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚4，所述贴脚4为直角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流槽1和低位泄流槽2出口端部的跌坎相贴。消力池尾坎5为差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元I8和组合面单元II9相间排列形成，如图15所示，组合面单元I 8依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图16、图17所示；组合面单元II9依次由平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图18、图19所示。高位泄流槽1和低位泄流槽2之间的中隔墩墩尾7为悬臂式流线型墩尾，如图1、图3、图4所示。本实施例所述差动分列式进口消能工的有关结构参数如下
水流进口段在水平面的投影长度U为120m,高位泄流槽1的宽度B！为6m,低位泄流槽2宽度B2为8m，消力池长度L2为240m，消力池3的宽度B为108m，贴脚4的长度L3为8m，贴脚4的坡度为1:1,高位泄流槽1出口端部的跌坎高度d3为16m,低位泄流槽2出口端部的跌坎高度d4为8m，高位泄流槽1出口处泄流槽底板至中隔墩顶端的高度^为22m，低位泄流槽2出口处泄流槽底板至中隔墩顶端的高度H2为30m。中隔墩的厚度为10m，墩尾的长度U为20m，墩尾的高度ds为30m，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与消力池底板的距离4为8m，消力池底板至消力池尾坎顶部的距离山为25m，护坦至消力池尾坎顶部的距离d2为10m，组合面单元I 8的长度&为6m,组合面单元II9的长度b2为6m。
实施例2
本实施例中的差动分列式进口消能工的结构如图2、图3、图5、图10所示，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池3、与消力池相接的护坦6。水流进口段由相间排列的高位泄流槽1和低位泄流孔2构成，高位泄流槽1为3个，低位泄流孔2为4个，高位泄流槽l为无压出流、等宽体型，低位泄流孔2为有压出流、等宽体型。水流进口段高位泄流槽1和低位泄流孔2出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚4，所述贴脚4为直角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流槽1和低位泄流孔2出口端部的跌坎相贴。消力池尾坎5为差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元I 8和组合面单元I19相间排列形成，如图15所示，组合面单元I8依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图16、图17所示；组合面单元I19依次由平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图18、图19所示。高位泄流槽1和低位泄流孔2之间的中隔墩墩尾7为悬臂式流线型墩尾，如图2、图3、图5所示。本实施例所述差动分列式进口消能工的有关结构参数如下
水流进口段在水平面的投影长度U为120m，高位泄流槽1的宽度B！为8m，低位泄流孔2宽度B2为10m，消力池长度L2为228m,消力池3的宽度B为112m，贴脚4
8的长度L3为15m，贴脚4的坡度为1 : 15,高位泄流槽1出口端部的跌坎高度d3为20m，低位泄流孔2出口端部的跌坎高度d4为lOm,高位泄流槽出口处泄流槽底板至中隔墩顶端的高度H!为8m，低位泄流孔2口高度H3为12m。中隔墩的厚度为8m，墩尾的长度U为12m，墩尾的高度d5为18m，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与消力池底板的距离d6为10m，消力池底板至消力池尾坎顶部的距离山为25m，护坦至消力池尾坎顶部的距离d2为12m，组合面单元I 8的长度&为4m,组合面单元I19的长度b2为8m。
实施例3和实施例4中的差动分列式进口消能工根据某大型水电站枢纽工程设计，所述某工程电站装机容量为3000MW。最大坝高159m，所述水电站设计洪水(P=0.2%)流量17000 m7s，校核洪水(P=0.02%)流量21000 mVs，上下游最大水位差120 m，最大下泄总功率约40000 MW。消力池内最大单宽流量为185mVs，消力池入池流速达40m/s左右。
实施例3
本实施例中的差动分列式进口消能工的结构如图2、图4、图6、图12所示，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池3、与消力池相接的护坦6。水流进口段由相间排列的高位泄流孔1和低位泄流槽2构成，高位泄流孔1为3个，低位泄流槽2为4个，高位泄流孔l为有压出流、等宽体型，低位泄流槽2为无压出流、等宽体型。水流进口段高位泄流孔1和低位泄流槽2出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚4，所述贴脚4为直角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流孔1和低位泄流槽2出口端部的跌坎相贴。消力池尾坎5为差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元I 8和组合面单元I19相间排列形成，如图15所示，组合面单元I8依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图16、图17所示；组合面单元I19依次由平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2)，如图18、图19所示。高位泄流孔1和低位泄流槽2之间的中隔墩墩尾7为悬臂式流线型墩尾，如图2、图4、图6。本实施例所述差动分列式进口消能工的有关结构参数如下
水流进口段在水平面的投影长度I4为110m,高位泄流孔1的宽度B!为10m，低位泄流槽2宽度B2为12m，消力池长度L2为180m，消力池3的宽度B为114m，贴脚4的长度L3为15m,贴脚4的坡度为1:1,高位泄流孔1出口端部的跌坎高度d3为25m，低位泄流槽2出口端部的跌坎高度d4为15m,高位泄流孔l孔口高度H4为15m，低位泄流槽2出口处泄流槽底板至中隔墩顶端的高度H2为30m。中隔墩的厚度为6m,墩尾 的长度L4为9m，墩尾的高度d5为25m，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与消力池 底板的距离de为15m，消力池底板至消力池尾坎顶部的距离d,为20m，护坦至消力池 尾坎顶部的距离(12为10m，组合面单元I 8的长度&为3m，组合面单元I19的长度h 为9m。
实施例4
本实施例中的差动分列式进口消能工的结构如图1、图5、图6、图13所示，包括 水流进口段、与水流进口段相接的消力池3、与消力池相接的护坦6。水流进口段由相 间排列的高位泄流孔1和低位泄流孔2构成，高位泄流孔1为4个，低位泄流孔2为3 个，高位泄流孔1和低位泄流孔2均为有压出流、等宽体型。水流进口段高位泄流孔l 和低位泄流孔2出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚4，所述贴脚4为直 角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口 段高位泄流孔1和低位泄流孔2出口端部的跌坎相贴。消力池尾坎5为差动式尾坎，其 顶面由两种结构不同的组合面单元I8和组合面单元II9相间排列形成，如图15所示， 组合面单元I 8依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的 平面(两平面的高度差为d2)，如图16、图17所示；组合面单元119依次由平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面(两平面的高度差为d2),如图18、 图19所示。高位泄流孔1和低位泄流孔2之间的中隔墩墩尾7为悬臂式流线型墩尾， 如图l、图5、图6所示。本实施例所述差动分列式进口消能工的有关结构参数如下
水流进口段在水平面的投影长度U为110m,高位泄流孔1的宽度B!为12m,低 位泄流孔2宽度B2为14m，消力池长度L2为180m，消力池3的宽度B为114m，贴脚 4的长度U为15m,贴脚4的坡度为1 : 15，高位泄流槽1出口端部的跌坎高度(13为 23m,低位泄流槽2出口端部的跌坎高度d4为12m,高位泄流孔口高度H4为8m，低位 泄流孔口高度H3为19m。中隔墩的厚度为4m，墩尾的长度L4为8m，墩尾的高度ds为 30m，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与消力池底板的距离(16为12m，消力池底板 至消力池尾坎顶部的距离山为20m,护坦至消力池尾坎顶部的距离d2为12m，组合面 单元I8的长度b!为8m，组合面单元II9的长度b2为10m。
实验结果表明，本实施例所述结构的分列式进口消能工均能使泥砂不再沉积在水流 进口段高位泄流槽或泄流孔和低位泄流槽或泄流孔出口端部的跌坎与消力池底板的接 壤处，避免中隔墩被空化空蚀，减小水流对下游河道的冲刷破坏。
权利要求
1、一种差动分列式进口消能工，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池(3)、与消力池相接的护坦(6)，水流进口段由相间排列的高位泄流槽或高位泄流孔(1)和低位泄流槽或低位泄流孔(2)构成，其特征在于水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔(1)和低位泄流槽或低位泄流孔(2)出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚(4)，所述贴脚(4)为直角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔(1)和低位泄流槽或低位泄流孔(2)出口端部的跌坎相贴；消力池尾坎(5)为差动式尾坎，所述差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元I(8)和组合面单元II(9)相间排列形成；高位泄流槽或高位泄流孔(1)和低位泄流槽或低位泄流孔(2)之间的中隔墩墩尾(7)为悬臂式流线型墩尾。
2、 根据权利要求1所述的差动分列式进口消能工，其特征在于贴脚(5)的坡度i 为1:1 1:15，长度d4《L-d3，所述d3为水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的跌坎高度，d4为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度。
3、 根据权利要求1或2所述的差动分列式进口消能工，其特征在于形成差动式尾 坎顶面的组合面单元I (8)依次由斜面-平面-斜面-平面组成，其靠近消力池的平面高 于靠近护坦的平面；形成差动式尾坎顶面的组合面单元II (9)依次由平面-斜面-平面组 成，其靠近消力池的平面高于靠近护坦的平面。
4、 根据权利要求3所述的差动分列式进口消能工，其特征在于所述组合面单元I(8) 的长度b,与组合面单元II (9)的长度b2之比b！: b2=i : 1~1 : 3。
5、 根据权利要求1或2所述的差动分列式进口消能工，其特征在于所述中隔墩墩 尾(7)的长度L4为中隔墩厚度的1.5 2倍，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与与 消力池底板的距离d4=d6< d3，所述d3为水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的 跌坎高度，d4为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度。
6、 根据权利要求3所述的差动分列式进口消能工，其特征在于所述中隔墩墩尾(7) 的长度U为中隔墩厚度的1.5~2倍，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与与消力池 底板的距离d4=d6<d3,所述d3为水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的跌坎高度，dt为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度。
7、根据权利要求4所述的差动分列式进口消能工，其特征在于所述中隔墩墩尾(7) 的长度U为中隔墩厚度的1.5~2倍，其顶端与与中隔墩顶端齐平，其底端与与消力池 底板的距离d4=d6< d3，所述d3为水流进口段高位泄流槽或高位泄流孔出口端部的跌坎高度，d4为水流进口段低位泄流槽或低位泄流孔出口端部的跌坎高度。
全文摘要
一种差动分列式进口消能工，包括水流进口段、与水流进口段相接的消力池、与消力池相接的护坦；水流进口段由相间排列的高位泄流槽(或泄流孔)和低位泄流槽(或泄流孔)构成，水流进口段高位泄流槽和低位泄流槽出口端部的跌坎与消力池底板的接壤处设置有贴脚，所述贴脚为直角楔形，直角楔形的底面位于消力池底板上，直角楔形中垂直于底面的侧面与水流进口段高位泄流槽和低位泄流槽出口端部的跌坎相贴；消力池尾坎为差动式尾坎，所述差动式尾坎，其顶面由两种结构不同的组合面单元I和组合面单元II相间排列形成；高位泄流槽和低位泄流槽之间的中隔墩墩尾为悬臂式流线型墩尾。此种消能工可提高使用寿命，减小水流对下游河道的冲刷破坏。
文档编号E02B8/00GK101624818SQ20091006012
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者冯树荣, 刘善均, 张建民, 张永涛, 张金婉, 曲景学, 潘江洋, 韦 王, 忠 田, 许唯临, 军 邓, 伟 陈, 陈剑刚 申请人:四川大学