梯形收缩出口x型宽尾墩的制作方法
【专利摘要】本发明所述梯形收缩出口X型宽尾墩，由形状和结构相同的两个墩体组成，两墩体对称安装在泄流闸孔内，两墩体之间形成由顶部闸孔、竖直收缩段和底部闸孔组成的过流通道，所述竖直收缩段的断面为等腰梯形，该等腰梯形的顶部宽度b1小于底部宽度b2。所述X型宽尾墩能减小顶上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池处反弧段底板形成的动水压强和脉动值，提高消力池底板，尤其是入池处反弧段底板的安全性。
【专利说明】梯形收缩出口 X型宽尾墩
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程泄洪消能设施领域，特别涉及一种X型宽尾墩。
【背景技术】
[0002]X型宽尾墩是水利水电工程中常用到的与消力池联合运行的泄洪消能设施。传统的X型宽尾墩中间竖直收缩段采用上下统一的收缩比，其收缩段顶部宽度与底部宽度相等。这种宽尾墩泄洪时，顶上水冠流量加大，水冠水流经过空中跌落到消力池后，在消力池底板，尤其是入池反弧段底板处形成的动水压强较大，脉动剧烈；随着库区水头的增加，宽尾墩顶上水冠流量相对于溢流坝面上的流量进一步增大，消力池反弧段底板处形成的动水压强和脉动值剧烈增大，因而极易造成消力池反弧段底板冲刷失稳破坏，给工程造成巨大损失。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对传统X型宽尾墩存在的不足，提供一种梯形收缩出口 X型宽尾墩，以减小顶上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池处反弧段底板形成的动水压强和脉动值，提高消力池底板，尤其是入池处反弧段底板的安全性。
[0004]本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩，由形状和结构相同的两个墩体组成，两墩体对称安装在泄流闸孔内，两墩体之间形成由顶部闸孔、竖直收缩段和底部闸孔组成的过流通道，所述竖直收缩段的断面为等腰梯形，该等腰梯形的顶部宽度匕小于底部宽度b2。
[0005]本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩，所述顶部闸孔的断面为等腰梯形，该等腰梯形的底部宽度等于竖直收缩段断面的顶部宽度K、顶部宽度等于泄流闸孔宽度B(大于底部宽度)；所述底部闸孔的断面为等腰梯形与矩形的组合，等腰梯形位于矩形之上，所述等腰梯形的顶部宽度等于竖直收缩段断面的底部宽度b2、底部宽度等于泄流闸孔宽度B (大于顶部宽度)，所述矩形的长度等于泄流闸孔宽度B、宽度等于底部闸孔的底部开口距溢流坝面的高度h2。
[0006]本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩，其竖直收缩段等腰梯形断面的顶部宽度K与底部宽度b2之比优选^/^ = 0.67~0.8，底部闸孔的收缩比ε2优选ε 2 = b2/B =
0.35~0.55，ε i = b/B，式中，B为泄流闸孔宽度。根据ε 2 = b2/B = 0.35~0.55可以确定竖直收缩段断面的底部宽度b2，再根据bi/b2 = 0.67~0.8，可确定竖直收缩段断面的顶部览度h。
[0007]本发明所述梯形收缩 出口 X型宽尾墩，其过流通道断面的总高度(di+4+hi+tg =(1.0~1.2)Hmax，式中，Hmax为堰上最大水头，Cl1为顶部闸孔高度(墩体顶面高度)，d2为中间竖直收缩段的高度，h为墩体底流面的高度，h2为底部闸孔的底部开口距溢流坝面的高度；底流面距溢流坝面的最大高度O^h2) = 3.0m~3.5m, h2 = 1.5m~1.8m ；X型宽尾墩
尾端折角€ = ai'etan^^控制在16°~24°，式中，L为X型宽尾墩收缩起点距X型宽尾墩墩尾的水平距离，b2为竖直收缩段等腰梯形断面的底部宽度，B为泄流闸孔宽度。
[0008]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0009]1、由于本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩竖直收缩段断面的顶部宽度小于底部宽度，呈上小、下大的等腰梯形，因而在保证其泄流能力、溢流堰面及宽尾墩壁面压力不受影响的基础上，使闸后出流纵向扩散增加，水舌落点分散，入水面积大大增大，减小了顶上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池处反弧段底板形成的动水压强和脉动值，模型试验表明，在相同闸门运行方式下，消力池入池处反弧段底板的动水压强和脉动均方根值较传统的X型宽尾墩能够分别减小15%?30%，显著改善了消力池底板，尤其是入池处反弧段底板的压力、脉动压力及水流流态等水力特性，提高了工程泄洪消能的安全性和消力池的使用寿命。
[0010]2、本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩在泄洪消能时，跌落至消力池中的水流临底流速横向扩散角较大，水流横向扩散较充分，相邻下泄水流之间的碰撞、剪切和水流内部混惨消能增加，提闻了消能率。
[0011]3、本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩竖直收缩段上窄下宽的新体型，通过X型宽尾墩上顶面和底流面竖向渐变收缩，可将出闸水流以更优的分流比进行下泄，使得出闸水流分配更合理，将更好的发挥X型宽尾墩各部分的作用，综合改善水流在溢流堰面和消力池内的水力特性，为X型宽尾墩体型优化提供了一种新的技术方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩的结构示意图。
[0013]图2为图1的俯视图。
[0014]图3为图1的A-A向视图。
[0015]图4为本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩与消力池联合泄洪消能结构布置图。
[0016]图5为本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾墩在泄流闸孔中的位置图。
[0017]图中，I一第一墩体、2—第二墩体、3—顶部闸孔、4一竖直收缩段、5—底部闸孔、6—墩体上顶面、7—墩体底流面、8—底部开口、9一溢流坝面、10—堰顶、11一弧形闸门、12—消力池、屯一顶部闸孔高度(等腰梯形断面的高)、d2—竖直收缩段高度(等腰梯形断面的高)、h—墩体底流面高度、h2—底部闸孔的底部开口距溢流坝面的高度、L一X型宽尾墩收缩起点距X型宽尾墩墩尾的水平距离、h—竖直收缩段等腰梯形断面的顶部宽度、b2—竖直收缩段等腰梯形断面的底部宽度，B—泄流闸孔宽度。
【具体实施方式】
[0018]下面通过实施例对本发明所述梯形收缩出口 X型宽尾作进一步说明。以下实施例是梯形收缩出口 X型宽尾墩的模拟实验。
[0019]实施例1
[0020]本实施例中，梯形收缩出口 X型宽尾墩的运行条件:堰上最大水头Hniax = 28.4m，下泄流量为2017.00m3/s，下游消力池尾水位555.60m。
[0021]本实施例所述梯形收缩出口 X型宽尾墩如图1?3所示，由形状和结构相同的第一墩体I和第二墩体2组成，两墩体对称安装在泄流闸孔内，宽尾墩收缩起点距墩尾的水平距离L= 13.0m(见图5),宽尾墩起始折点位置参数:x = 22.0m, y = 8.0m(见图4)。两墩体之间形成由顶部闸孔3、竖直收缩段4和底部闸孔5组成的过流通道。
[0022]所述竖直收缩段的断面为等腰梯形，该等腰梯形的顶部宽度Id1 = 4.0m，底部宽度b2 = 6.0m, Id1A2 = 0.67,高d2 = 15.57m ;所述顶部闸孔的断面为等腰梯形,该等腰梯形的底部宽度=竖直收缩段断面的顶部宽度匕=4.0m、顶部宽度=泄流闸孔宽度B = 15.0m,高(I1 = 10.07m,顶部闸孔收缩比ε工=b^B = 4.0/15.0 = 0.27 ;所述底部闸孔的断面为等腰梯形与矩形的组合，等腰梯形位于矩形之上，所述等腰梯形的顶部宽度=竖直收缩段断面的底部览度b2 = 6.0m>底部览度=泄流间孔览度B = 15.0m,闻=壤体底流面的闻度Ii1 =1.5m，所述矩形的长度=泄流闸孔宽度B = 15.0m、宽度(高度)=底部闸孔的底部开口距溢流坝面的高度匕=1.5m。X型宽尾墩过流通道断面总高度CUdfhJh2 = 28.64m，尾端折角 Θ = 19.09°。
[0023]设置了本实施例所述结构和尺寸的梯形收缩出口 X型宽尾墩，其泄流闸孔和消力池内的水流特性都有所改善:溢流堰面和宽尾墩壁面压力变化不大，但其泄流闸孔水流沿上顶面横向扩展程度增大，水流下泄过程中掺气更充分，纵向扩散水舌落点明显向下游移动，有力地减弱了下泄水流对坝面反弧段造成的影响，模型试验表明，其反弧段底板的动水压强和脉动均方根值较传统的X型宽尾墩减小了 20%~30%，显著改善了消力池底板，尤其是入池处反弧段底板的压力、脉动压力及水流流态等水力特性。同时，跌落至消力池中的水流临底流速横向扩散角较大，水流横向扩散较充分，可增加相邻下泄水流之间的碰撞、剪切消能，提高消能率。此外，上窄下宽的竖直收缩段可将出闸水流以更优的分流比进行下泄，综合改善了水 流在溢流堰面和消力池内的水力特性。
[0024]实施例2
[0025]本实施例中，梯形收缩出口 X型宽尾墩的运行条件与实施例1相同。
[0026]本实施例所述梯形收缩出口 X型宽尾墩的结构如图1~3所示，与实施例1的不同之处在于竖直收缩段等腰梯形断面的顶部宽度h = 4.8m、底部宽度b2 = 6.0m, Id1A2 =
0.8。
[0027]与实施例1相比，本实施例中的梯形收缩出口 X型宽尾墩竖直收缩段顶部收缩程度略小，因而纵向扩散程度与实施例1相比略弱，但也减弱了下泄水流对坝面反弧段的破坏，其反弧段底板的动水压强和脉动均方根值较传统的X型宽尾墩减小了 15%~20%。
【权利要求】
1.一种梯形收缩出口 X型宽尾墩，由形状和结构相同的两个墩体组成，两墩体对称安装在泄流闸孔内，两墩体之间形成由顶部闸孔(3)、竖直收缩段(4)和底部闸孔(5)组成的过流通道，由其特征在于所述竖直收缩段(4)的断面为等腰梯形，该等腰梯形的顶部宽度Id1小于底部览度b2。
2.根据权利要求1所述梯形收缩出口X型宽尾墩，其特征在于所述竖直收缩段(4)等腰梯形断面的顶部宽度K与底部宽度b2之比b/b2 = 0.67?0.8，底部闸孔(5)的收缩比ε 2 = b2/B = 0.35?0.55，式中B为泄流闸孔宽度。
【文档编号】E02B8/06GK103981842SQ201410217482
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】刁明军, 赵静, 王磊, 袁晓龙, 代尚逸 申请人:四川大学