一种集中消能的流道的制作方法

本发明具体涉及水利水电工程中流道泄洪消能技术领域，尤其涉及一种集中消能的流道。

背景技术：

作为水利水电工程中所设置的流道，除应满足泄洪能力以外，还应保证在运行期间泄洪建筑物的安全，与原河道水流良好衔接以及能充分发挥应有的消能效果，以避免下泄水流对下游河床和岸坡造成冲刷破坏。阶梯流道是将光滑溢流面设计为台阶状，一方面可增加过水壁面的粗糙程度，另一方面因形成的跌坎可对水流进行大量的掺气，以使水流下泄过程中沿程能力损失增大，减小下游消能压力，同时还对流道壁面进行掺气减蚀保护，减免空蚀破坏，保证泄水建筑物的安全运行。目前阶梯流道已被广泛应用于水利水电工程中，现有的消能流道的设计思路一般为，水流流经缓流段，经过陡槽段段加速后，通过消能工消能，这种传统的消能方式，水流加速过程较长，可能引起空蚀破话的部分较长，对工程安全不利，同时泄槽底板为光面，无消能措施，下泄水流能量较大，仅靠消能工消能，对消能工相关设施的设计施工要求高，结构材料力学性能要求高，工程投资大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种集中消能的流道。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种集中消能的流道，包括设置有流道面的流道体，所述流道体相对高程高的一端作为流道入口，所述流道体相对高程低的一端作为流道出口，以所述流道入口为起点，以所述流道出口为终点，所述流道面在所述流道体纵向截面上的投影依次分为缓坡段、陡槽段和圆弧段，所述陡槽段由至少2级结构相同的台阶自上而下相接构成。

所述流道面在所述流道体横向截面上的投影是非封闭曲线或折线、封闭的曲线或折线中的一种。

所述流道面在所述流道体横向截面上的投影是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。

所述流道面在所述流道体纵向截面上的投影还包括过渡段，过渡段连接于所述缓坡段与陡槽段之间。

所述台阶是连续设置或间断设置的。

所述台阶中部还设置有凸台a，凸台a在所述流道体俯视投影中是梯形、三角形或舌形。

所述台阶两侧还设置有凸台b，凸台b与所述台阶围绕形成凹槽，凹槽在所述流道体俯视投影中是梯形、三角形或舌形。

所述台阶在所述流道体纵向截面上的投影是由竖线段与横线段彼此交错地首尾相连构成，任意相邻两条竖线段与横线段之间的夹角为0°至180°。

所述任意相邻两条竖线段与横线段连接处还设置有倒圆角。

本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，通过在流道体重设置多级台阶，并且这些台阶具有不同的外形轮廓以及布置方式，使流入流道体内部的水流加剧了紊动，增加了水流掺气，减缓水流流速，改善陡槽段内水流的水力条件，使水流中的大部分能量被消耗掉，减少了对陡槽段下游的设施的冲击，提高了系统运行的安全性和稳定性，此外，本发明具有结构简单，施工建设方便，工程造价低等优点，由于缓坡段斜率较小，适当延长缓坡段的长度，使水流加速区域集中在陡槽段以内，便于对水流中的能量进行集中处理和消耗，降低了产生空蚀破坏的概率。

附图说明

图1是本发明流道体纵向截面结构示意图；

图2是本发明流道体横向截面结构示意图；

图3是本发明第一实施例的结构示意图；

图4是本发明第二实施例的结构示意图；

图5是本发明第三实施例的结构示意图；

图6是本发明第四实施例的结构示意图；

图7是本发明第五实施例的结构示意图；

图8是本发明第六实施例的结构示意图；

图9是本发明第七实施例的结构示意图；

图10是本发明第八实施例的结构示意图；

图11是本发明第九实施例的结构示意图；

图12是本发明第十实施例的结构示意图；

图13是本发明第十一实施例的结构示意图；

图14是本发明第十二实施例的结构示意图；

图中：1-流道体，10-流道面，101-流道入口，102-流道出口，103-缓坡段，104-陡槽段，105-圆弧段，106-过渡段，107-连接段，1041-台阶，1042-凸台a，1043-凸台b，1044-竖线段，1045-横线段，1046-倒圆角。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

本发明的一种集中消能的流道，如图1、图2所示，包括设置有流道面10的流道体1，流道体1相对高程高的一端作为流道入口101，流道体1相对高程低的一端作为流道出口102，以流道入口101为起点，以流道出口102为终点，流道面10在流道体1纵向截面上的投影依次分为缓坡段103、陡槽段104和圆弧段105，陡槽段104由至少2级结构相同的台阶1041自上而下相接构成。

进一步地，陡槽段104的坡度可根据消力池位置、地质地形条件、水流消能条件进行调整，优选台阶1041采用抗空蚀性能较好的混凝土浇筑而成，台阶宽度和高度可根据工程溢洪道水流特性进行试验调整。这是因为当泄流流量逐渐增大时，流速逐渐增大，由于台阶1041作用，下泄水流在逐级台阶1041之间发生旋滚，并与陡槽段以内的主水流发生掺混，水流紊动不断加剧，迫使大量空气掺入水体之中，减缓了水流流速，消耗了部分水流能量，随着泄流流量逐渐增大，当水流流速增大到极限值时，台阶1041加大了该段水流的下泄阻力，该处容易发生空蚀破坏，因此对台阶1041段混凝土的抗空蚀性能要求较高。

采用本发明的技术方案，通过在流道体设置多级台阶，并且这些台阶具有不同的外形轮廓以及布置方式，使流入流道体内部的水流加剧了紊动，增加了水流掺气，减缓水流流速，改善陡槽段内水流的水力条件，使水流中的大部分能量被消耗掉，减少了对陡槽段下游的设施的冲击，提高了系统运行的安全性和稳定性，此外，本发明具有结构简单，施工建设方便，工程造价低等优点，由于缓坡段斜率较小，适当延长缓坡段的长度，使水流加速区域集中在陡槽段以内，便于对水流中的能量进行集中处理和消耗，降低了产生空蚀破坏的概率。

进一步地如图2所示，流道面10在流道体1横向截面上的投影是非封闭曲线或折线、封闭的曲线或折线中的一种。流道面10在流道体1横向截面上的投影是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。需要注意的是，若流道面10在流道体1横向截面上的投影为封闭的环形曲线或封闭的环形折线时，应修筑相应的交通洞，以便于进行检修作业。

进一步地，如图3、图4、图5所示，流道面10在流道体1纵向截面上的投影还包括过渡段106，过渡段106连接于缓坡段103与陡槽段104之间。采用该技术方案，加剧了流入流道体内水流的紊动，从而提升了集中消能的效果，此外，有利于降低工程造价。

进一步地，如图6所示，台阶1041是连续设置或间断设置的。采用该技术方案，加剧了流入流道体内水流的紊动，从而提升了集中消能的效果，此外，有利于降低工程造价。

进一步地，如图7、图8、图9所示，台阶1041中部还设置有凸台a1042，凸台a1042在流道体1俯视投影中是梯形、三角形或舌形。采用该技术方案，加剧了流入流道体内水流的紊动，从而提升了集中消能的效果。

进一步地，如图10所示，台阶1041两侧还设置有凸台b1043，凸台b1043与台阶1041围绕形成凹槽，凹槽在流道体1俯视投影中是梯形、三角形或舌形。采用该技术方案，加剧了流入流道体内水流的紊动，从而提升了集中消能的效果。

进一步地，如图11、图12、图13、图14所示，台阶1041在流道体1纵向截面上的投影是由竖线段1044与横线段1045彼此交错地首尾相连构成，任意相邻两条竖线段1044与横线段1045之间的夹角为0°至180°。此外，任意相邻两条竖线段1044与横线段1045连接处还设置有倒圆角1046。采用该技术方案，加剧了流入流道体内水流的紊动，从而提升了集中消能的效果。

进一步地，陡槽段可以布置在流道出口边坡，也可以布置在洞内地质条件适宜的部位，若为洞内布置应考虑通风和交通措施，并且陡槽段的坡度可根据消力池位置、地质地形条件、水流消能条件进行调整。

本申请的技术方案由中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司投入实施应用，在实施中，受华能科技项目hnkj15-h12的资助、贵州省科技支撑计划科技项目黔科合支撑[2019]201970966703x20907的资助，在实施后，取得了上述有益的技术效果，同时社会效益良好。