一种阶梯消能结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及大坝泄洪消能技术领域，特别涉及一种阶梯消能结构。
【背景技术】
[0002]近年来，随着国家西部大开发和西电东送战略的实施，西部高山峡谷地区将兴建一批200?300m级的高坝。这些工程一般均有高水头、大流量的泄洪特点，增加了泄水建筑物布置的难度，存在泄洪功率过大与下游消能空间甚小的矛盾。为了消杀库区下泄水流的巨大动能，实现库区和下游河道上下游水流的衔接，泄水建筑物需要采取有效的消能工。传统的消能方式有底流消能、挑流消能和面流(或戽流)消能等，这些消能方式在水利水电工程的建设和运行中发挥了巨大的作用。但是随着工程建设规模的发展，传统形式的消能工在工程运用中存在很大的缺点和局限性，如底流消能在下游需要有较长的护坦，土石方开挖和混凝土方量较大，工程造价较高；单一的挑流消能常常会产生强烈的雾化，影响工程安全和下游环境；面流(或戽流)消能在下游较长距离范围内引起河道水流的不平稳，影响电站运行和下游航运。
[0003]相对于传统泄洪消能方式，近年发展起来的阶梯(台阶)式消能工造价便宜、施工方便、易于检修，特别是随着碾压混凝土坝(RCC)技术的兴起，阶梯消能工得到了更广泛的应用。然而，阶梯消能工多适用于单宽流量较小(q<60m2/s)的状况。当单宽流量增加，阶梯面上的水深增加时，掺气发生点将大大地向下游移动，在阶梯起始段的一定范围内，导致消能效率减弱，并引发结构严重的空蚀破坏。因此，阶梯消能工仍有待进行体型优化，增加其对大流量的适用性，提高消能效率。
【实用新型内容】
[0004]发明目的:
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种阶梯消能结构，克服现有阶梯消能工的技术不足，使其在单宽流量较大的情况能够保持较高的消能效率，满足水利工程在消能和安全方面的需要。
[0006]技术方案:
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的一种阶梯消能结构，主体包括溢流坝、两个侧壁和若干个阶梯结构单元。
[0008]所述溢流坝由弧形段、直线段、反弧段三部分组成，弧形段、直线段、反弧段依次从溢流坝的进水端到出水端连接为一个整体。
[0009]所述阶梯结构单元都布置在溢流坝的直线段上。
[0010]所述侧壁位于溢流坝的左、右两侧，侧壁的下端与溢流坝连接固定。
[0011]所述阶梯结构单元由阶梯曲面和阶梯竖面组成，阶梯曲面上布置着若干个墩结构。
[0012]所述墩结构为不规则柱体。
[0013]在本实用新型中，阶梯结构单元的阶梯曲面和阶梯竖面交替布置在溢流坝的直线段上，每个阶梯曲面与溢流坝、相邻的阶梯竖面连接固定，每个阶梯竖面也与溢流坝连接固定。墩结构的侧面由一个矩形面和两个对称曲面组成，墩结构的上底面为平面，下底面为与阶梯曲面曲率相同的曲面，墩结构在同一个阶梯结构单元上按相同间距排列，在相邻的两个阶梯结构单元上彼此交错布置。
[0014]作为优选，所述阶梯结构单元的阶梯曲面为外缘上翘的凹形曲面，能够增大阶梯结构单元的摩阻系数，同时，具有对水流挑射的附加功能，能够增加底部水流与表面水流之间碰撞和对冲的机率。
[0015]有益效果:本实用新型的一种阶梯消能结构，具有以下有益效果:
[0016](1)本实用新型中的阶梯曲面采用外缘上翘的凹形曲面，不仅能够增大阶梯结构单元的摩阻系数，而且能够增强溢流坝直线段底部水流的挑射功能，使得溢流坝直线段的底部水流与表面水流之间相互碰撞和对冲的机率大大增加。
[0017](2)本实用新型中的阶梯曲面上布设着若干个墩结构，墩结构为不规则柱体，墩结构的侧面由一个矩形面和两个对称曲面组成，墩结构的矩形面靠近相邻的阶梯竖面，矩形面增加了墩结构的拖曳阻力，增加了水流的局部损失，从而增强了阶梯结构单元的消能效果Ο
[0018](3)本实用新型中墩结构的两个对称曲面使得水流在同一个墩结构尖端发生绕流对冲、在同一阶梯结构单元相邻的墩结构之间扩散，水流的紊动性增强，从而提高了阶梯单元结构的消能效果。墩结构在相邻的两个阶梯结构单元上彼此交错布置，交错布置方式使得水流不断折弯，增加了水流的沿程损失，进一步增强了阶梯单元结构的消能效果。
[0019](4)本实用新型中的一种阶梯消能结构在传统溢流坝上设计了若干个阶梯结构单元，改善了溢流坝的消能方式，对提高泄洪消能效率、减轻坝下冲刷破坏程度等具有显著成效，具有更高的消能防冲效率和突出的工程实用价值。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型一种阶梯消能结构示意图；
[0021]图2是图1中的阶梯结构单元示意图；
[0022]图3是图1中的墩结构示意图。
[0023]图中:1-阶梯曲面；2_阶梯竖面；12_阶梯结构单元；3_墩结构；4_矩形面；5_对称曲面；6-溢流坝；7-侧壁。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0025]实施例:
[0026]如图1-图3所示，本实用新型的一种阶梯消能结构，主体包括若干个阶梯结构单元12、溢流坝6、两个侧壁7，侧壁7位于溢流坝6的左、右两侧，侧壁7的下端与溢流坝6连接固定。
[0027]如图1所示，溢流坝6由弧形段、直线段、反弧段三部分组成，弧形段、直线段、反弧段依次从溢流坝6的进水端到出水端连接为一个整体。
[0028]如图1、图2和图3所示，阶梯消能结构由六个阶梯结构单元12构成，阶梯结构单元12固定在溢流坝6的直线段，每个阶梯结构单元12由阶梯曲面1、阶梯竖面2组成，阶梯曲面1上布置着若干个墩结构3，每个阶梯曲面1与溢流坝6、相邻的阶梯竖面2连接固定，每个阶梯竖面2也与溢流坝6连接固定，阶梯曲面1为外缘上翘的凹形曲面。墩结构3固定于阶梯曲面1上，墩结构3在同一个阶梯曲面1上按相同间距排列，在相邻的两个阶梯曲面1上彼此交错布置。墩结构3外形为不规则柱体，柱体的侧面为一个矩形面4和两个对称曲面5，上底面为平面，下底面为与阶梯曲面1曲率相同的曲面。矩形面4靠近阶梯竖面2，并且平行于阶梯竖面2，矩形面4增加墩结构3的拖曳阻力，增加水流的局部能量损失。两个对称曲面5增强水流的紊动性，使得水流在同一个墩结构3尖端发生强烈绕流对冲，在同一阶梯结构单元12相邻的墩结构3之间发生显著扩散。
[0029]在本实施例中，当上游库区的水位上涨超过溢流坝6的坝顶后，洪水急速漫过溢流坝6开始下泄，依次通过溢流坝6的弧形段、直线段、反弧段。当高速水流流过溢流坝6的直线段时，受到六个阶梯结构单元12强烈摩阻，六个外缘上翘的阶梯曲面1将水流向外挑射，溢流坝6的直线段底部水流与表面水流之间发生强烈地相互碰撞和对冲，同时受到二十七个墩结构3的阻碍和分流，水流经历一系列挑射、绕流、碰撞和飞溅的过程，实现阶梯式消能。
[0030]在本实施例中，水流流过溢流坝6的反弧段末端时，在惯性作用下发生挑射，水流与空气混掺，而后落入下游消力池或河道中，在消力池或河道中形成紊动剧烈的翻滚水流，实现掺气消能和消力池消能。
[0031]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，除上述实施例外，还可以有其他实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种阶梯消能结构，主体包括溢流坝￠)、两个侧壁(7)和若干个阶梯结构单元(12)，其特征在于: 所述溢流坝￠)由弧形段、直线段、反弧段三部分组成，弧形段、直线段、反弧段依次从溢流坝￠)的进水端到出水端连接为一个整体； 所述侧壁(7)位于溢流坝(6)的左、右两侧，侧壁(7)的下端与溢流坝(6)连接固定； 所述阶梯结构单元(12)都布置在溢流坝(6)的直线段上，阶梯结构单元(2)由阶梯曲面(1)和阶梯竖面(2)组成，阶梯曲面(1)上布置着若干个墩结构(3); 所述墩结构(3)为不规则柱体。2.根据权利要求1所述的一种阶梯消能结构，其特征在于:阶梯结构单元(12)的阶梯曲面(1)和阶梯竖面(2)交替布置在溢流坝￠)的直线段上；每个阶梯曲面(1)与溢流坝(6)、相邻的阶梯竖面(2)连接固定，每个阶梯竖面(2)也与溢流坝(6)连接固定。3.根据权利要求1所述的一种阶梯消能结构，其特征在于:所述墩结构(3)的侧面由一个矩形面(4)和两个对称曲面(5)组成，墩结构(3)的上底面为平面，下底面为与阶梯曲面⑴曲率相同的曲面。4.根据权利要求1所述的一种阶梯消能结构，其特征在于:所述墩结构(3)在同一个阶梯结构单元(12)上按相同间距排列，在相邻的两个阶梯结构单元(12)上彼此交错布置。
【专利摘要】本实用新型涉及一种阶梯消能结构，属于大坝泄洪消能技术领域。本阶梯消能结构主体包括阶梯结构单元、溢流坝、侧壁。阶梯结构单元由阶梯曲面和阶梯竖面组成，且布置在溢流坝的直线段上，阶梯曲面增大了阶梯结构的摩阻系数，同时具有对水流挑射的附加功能，能够增加底部水流与表面水流之间碰撞和对冲的机率。阶梯曲面上布置着若干个墩结构，墩结构的侧面由一个矩形面和两个对称曲面围合而成，墩结构的上底面为平面，下底面为与阶梯曲面曲率相同的曲面。本实用新型在溢流坝上装设阶梯消能结构，改善了溢流坝的消能方式，具有更高的消能防冲效率和突出的工程实用价值，应用前景广泛。
【IPC分类】E02B8/06
【公开号】CN204959706
【申请号】CN201520759657
【发明人】袁岳, 沈齐婷, 于艳荣, 孙洪波, 查兴, 车文博, 戎贵文, 李晶晶
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月28日