专利名称：宽尾墩跌坎底流消能结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种底流消能结构，特别是一种宽尾墩跌坎底流消能结构，主要
用于水利水电工程泄洪消能建筑物。
背景技术：
宽尾墩加底流消能形式，目前在我国已经应用较为广泛，并取得了良好的消能效 果，有效地降低了消力池的规模，节约了工程投资。但宽尾墩收縮挑起的水流对消力池底板 的冲击及沿坝面的高流速水流对池底板的安全均造成不利影响。跌坎式底流消能，在消力 池中保持一定的水体，利用坝末与下游消力池底板有一定高差，水流以射流的方式进入消 能水体中间，使得下泄水流的主流在消力池中部流动、扩散、消能。既要保证不让主流潜底， 以免会使底板的脉动压力和临底流速增大；又要保证不让主流上漂，形成面流。如何利用宽 尾墩与跌坎式底流的各自优点，达到消能充分，节约工程投资，又提高泄洪消能建筑物的安 全性，是宽尾墩_底流式消能建筑物设计的一个关键技术。 消力池尾坎型式是影响坎后二次消能，河道防护的一个重要部位，因此合理的设 计尾坎形式也是底流消力池消能的一个重要技术。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种结构简单、投资 省、消能效果好的宽尾墩跌坎底流消能结构，旨在充分利用宽尾墩良好的消能效果，又避免 或减小宽尾墩收縮水流及坝面高流速水流对底板的冲击，降低坝面水流进入消力池的临底 流速，提高消力池底板的安全性，同时利用差动式尾坎解决出池水流的二次消能问题，同时 兼顾消力池内的排沙。 本实用新型所采用的技术方案是宽尾墩跌坎底流消能结构，具有闸墩，且相邻两 个闸墩之间设堰面，堰面下游通过溢流坝面反弧段连接至消力池，其特征在于所述闸墩中 部或尾部布置宽尾墩，溢流坝面反弧段末端与斜坡段平滑连接，斜坡段末端与消力池底板 之间形成具有高度差的跌坎。 所述斜坡段的长度为2-30m，坡度为3_30度，跌坎的高程差为2_18m。 所述消力池下游端布置尾坎。 所述尾坎为差动式，由一组相互间隔的高坎和低坎组成，其中高坎迎水面垂直于 消力池底板，背水面坡度为20-60度，高度为6-20m ;低坎迎水面坡度为15-50度，高度为 3-15m，不仅能够消除二次消能问题，而且能够解决消力池内的排沙问题。 所述堰面为WES曲线形。 本实用新型的有益效果是本实用新型在闸墩中部或尾部布置宽尾墩，同时在溢 流坝面末端与消力池之间设置跌坎，不仅利用了宽尾墩良好的消能效果，而且利用了跌坎 式底流的特性，避免或减小了宽尾墩收縮水流及坝面高流速水流对底板的冲击，降低了坝 面水流进入消力池的临底流速，提高了消力池底板的安全性；此外，消力池尾坎采用差动
3式，不仅消除了二次消能问题，而且解决了消力池内的排沙问题。
图1是本实用新型的平面布置图。 图2是本实用新型的剖面图。 图3是本实用新型中水流流态示意图。
具体实施方式如图1、图2所示，本实施例具有闸墩9，且相邻两个闸墩9之间设WES曲线形堰面 7，堰面7下游通过溢流坝面反弧段8连接至消力池5，消力池5下游端布置差动式尾坎，本 例中，尾坎由一组相互间隔的高坎10和低坎11组成，其中高坎10迎水面垂直于消力池底 板4，低坎11迎水面与消力池底板4成钝角。所述闸墩9中部或尾部布置宽尾墩l，将堰面 7出口处收紧，水流经宽尾墩1后分为两部分， 一部分沿坝面下泄，另一部分受宽尾墩1收縮 挤压挑起后下泄。溢流坝面反弧段8末端与斜坡段2平滑连接，斜坡段2末端与消力池底 板4之间形成具有高度差的跌坎3。在消力池5中保持一定的水体，利用坝末与下游消力池 底板4之间存在的高度差，水流以射流的方式进入消能水体中间，使得下泄水流的主流在 消力池5中部流动、扩散、消能，既要保证不让主流潜底，以免会使消力池底板4的脉动压力 和临底流速增大；又要保证不让主流上漂，形成面流。 坝末斜坡段2及跌坎3是影响水流B、C进入消力池5的入射角、底部漩涡区G、冲 击区H范围及大小的主要因素，直接关系到消能效果。尾坎的高坎10及低坎11型式、尺寸 是过坎水流壅高及坎后二次消能的关键因素。综上合理的设计斜坡段2、跌坎3及尾坎是本 例消能成功与否的关键，一般情况下，斜坡段2的长度范围为2-30m、坡度范围为3-30度， 跌坎3的高程差为2-18m，高坎10的高度范围为6-20m、坡度为20-60度，低坎11的高度范 围为3-15m、坡度为15-50度，但仍需要采用试验研究加以确认，通过试验研究也可以突破 上述尺寸范围。本例中，所述斜坡段2的长度为2. 25m，坡度为3. 81度，跌坎3的高程差为 6m，高坎10的高度为18. 5m、坡度为26. 33度，低坎11的高度为12. 76m、坡度为40. 22度。 如图3所示，本实例的水流泄洪流态描述如下 1)水流A经堰面7下泄至宽尾墩1处，经宽尾墩1后的水流主要分两部分， 一部分 为受宽尾墩收縮挤压挑起的水流B，另一部分为沿坝面下泄的水流C。 2)沿坝面下泄水流C，在坝面末端按斜坡2的坡度进入消力池5。由于跌坎3作 用，使坝面水流C以淹没射流进入流态进入消力池5，D为淹没射流区。坝面水流C、宽尾墩 1收縮挑起水流B进入消力池5，受坝面斜坡段2、跌坎3、下游水位的共同作用下形成底部 漩涡区G、上部漩涡区F、冲击区H、附壁射流区I， E为底部漩涡中心。 3)坝面下泄水流C，因跌坎3及下游水位的作用，经水垫的缓冲消能等作用，水流 到达冲击区H，要比淹没射流区D的流速明显降低。宽尾墩1挑起的水流B，进入消力池5， 由跌坎3及下游水位共同形成水垫的缓冲及消能等作用下，水流对底板4的冲击明显降低。 4)水流经宽尾墩1 、跌坎3及消力池5联合消能，在消力池5的后半部，水流趋于稳 定，以流态J的形式通过尾坎。水流通过尾坎时，水面略有抬升，尾坎后水面略有跌落。采 用的差动式尾坎分为高坎10与低坎11，高坎10有利于增加消力池水深提高消力池消能效果，低坎11对于降低过坎水流的壅高及坎后的水面跌落作用明显，另外低坎11也有助排出消力池5内的泥沙。
权利要求一种宽尾墩跌坎底流消能结构，具有闸墩(9)，且相邻两个闸墩(9)之间设堰面(7)，堰面(7)下游通过溢流坝面反弧段(8)连接至消力池(5)，其特征在于所述闸墩(9)中部或尾部布置宽尾墩(1)，溢流坝面反弧段(8)末端与斜坡段(2)平滑连接，斜坡段(2)末端与消力池底板(4)之间形成具有高度差的跌坎(3)。
2. 根据权利要求1所述的宽尾墩跌坎底流消能结构，其特征在于所述斜坡段(2)的 长度为2-30m，坡度为3-30度，跌坎(3)的高程差为2_18m。
3. 根据权利要求1或2所述的宽尾墩跌坎底流消能结构，其特征在于所述消力池下 游端布置尾坎。
4. 根据权利要求3所述的宽尾墩跌坎底流消能结构，其特征在于所述尾坎为差动式， 由一组相互间隔的高坎(10)和低坎(11)组成，其中高坎(10)背水面坡度为20-60度，高 度为6-20m，低坎(11)迎水面坡度为15-50度，高度为3-15m。
5. 根据权利要求1或2所述的宽尾墩跌坎底流消能结构，其特征在于所述堰面(7)为 WES曲线形。
6. 根据权利要求3所述的宽尾墩跌坎底流消能结构，其特征在于所述堰面(7)为WES 曲线形。
专利摘要本实用新型涉及一种宽尾墩跌坎底流消能结构。本实用新型要解决的技术问题是提供一种宽尾墩跌坎底流消能结构，利用宽尾墩良好的消能效果，避免或减小宽尾墩收缩水流及坝面高流速水流对底板的冲击，降低坝面水流进入消力池的临底流速，提高消力池底板的安全性，并利用差动式尾坎解决出池水流的二次消能问题，兼顾消力池内的排沙。解决该问题的技术方案是宽尾墩跌坎底流消能结构，具有闸墩，且相邻两个闸墩之间设堰面，堰面下游通过溢流坝面反弧段连接至消力池，其特征在于所述闸墩中部或尾部布置宽尾墩，溢流坝面反弧段末端与斜坡段平滑连接，斜坡段末端与消力池底板之间形成具有高度差的跌坎。本实用新型用于水利水电工程泄洪消能建筑物。
文档编号E02B8/06GK201526037SQ20092019859
公开日2010年7月14日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者何世海, 汪振, 熊燕梅, 黄维 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院