专利名称：高效能底流式消能设施的制作方法
技术领域：
本实用新型内容属于水利水电过程设施技术领域，涉及一种用于保障大坝、水闸等水利水电工程枢纽建筑物安全的高效能底流式消能设施。
背景技术：
在水利水电工程建设中，泄洪消能始终是其主要关键技术或重大技术难题之一， 这不仅是由于泄洪消能建筑物的造价约占工程土建造价的三分之一左右，同时也由于妥善处理泄洪消能问题是防止携带巨大能量的下泄水流刷深河槽，冲毁河提甚至使泄水建筑物受到冲刷破坏，从而危及大坝、水间等枢纽建筑物的安全的重要方式。泄水建筑物下游水力设计的主要任务之一就在于选择及计算适当的消能措施，使之能在下游较短距离内消除余能，并使下泄的高速集中水流安全地转变为下游的正常缓流，以保证建筑物的安全。现有技术中，传统的消能措施主要有底流式消能、挑流式消能和面流式消能的三种基本消能方式。其中，底流式消能是借助于一定的工程措施控制水跃的位置，通过水跃发生的表面漩滚和强烈紊动来消除余能。实践表明，底流式消能不仅具有流态比较清楚、尾水比较平稳、雾化程度较小、下游冲刷较轻等特点，而且水跃的消能效果是十分显著的。因此，目前本领域为数众多的水间、中小型溢流坝、高水头泄水建筑物及地质条件较差的各类泄水建筑物多采用底流式消能设施，也取得了较为显著的社会经济效益。利用底流式消能时，为取得较理想的经济效益和较好的消能效果，采取的控制水跃位置的工程措施主要有两种1)降低护坦高程，使在下游形成消力池；幻在护坦末端修建消能坎来壅高水位，使坎前形成消力池；另外，将上述两种措施相结合或在消力池中设置辅助消能工也能起到控制水跃位置、提高消能率的作用，在实践中也得了到较为广泛地应用。在以往关于底流消能设施水力设计的教科书及有关设计手册中，主要介绍消力池深度及长度的计算方法，由于在水力计算中并未考虑消力池边墙长短对水跃位置的影响， 因而，也从未提到消力池边墙长度如何确定以及消力池出口与下游渠道(底板)的衔接方式。在实际工程中，设计人员一般是单纯按消力池长度(即消力池进口端至尾坎的间距) 来确定其边墙长度，而当消力池与下游退水渠衔接时，尾坎后渠道底板则被设计为水平或近似水平的顺坡。上述设计形式看似符合常理，往往存在以下不足或缺陷1)消力池体型很难满足所有运行工况的要求；幻在流量较大时常造成消力池深度或长度不足的假象；3) 从水跃形成原理上没有最大限度地体现下游水深的作用；4)往往因其体型不佳，而造成工程成本增大力)消力池后水面二次跌落相对较大，造成下游河道或渠道水面波动较大，从而增加下游河道防护或渠提加高的投资。
实用新型内容本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种设计结构合理、工程成本低、容易实施、能有效提高消力池跃后水深并使水流过渡平缓的高效能底流式
3消能设施。用于实现上述发明目的的技术解决方案是这样的所提供的高效能底流式消能设施包括一个衔接于泄水建筑物出口和下游河道之间的由两侧长边墙和底板组成消力池，在消力池尾部出口段处横设有一道顶面高凸于消力池底板的尾坎，尾坎距消力池进口端的距离为Lk，消力池长边墙的长度为L = Lk+(0. 5 1. 2)hT，式中hT为消力池跃后水深或消力池尾坎前水深，hT= σ jh"。，其中％.为淹没系数，其取值范围为1.05 1.10，h〃。为消力池收缩断面水深h。的共轭水深，h〃。彡hT。本实用新型的技术解决方案还包括在消力池尾坎至消力池出口端之间设有坡比为1 m的逆坡段渠道底板，m = 8 10。本实用新型提出的高效能底流式消能设施是在传统消力池出口体型基础上，以最大限度体现水力学原理为理念，针对消力池出口与下游河道不同衔接方式而提出的，其创新点有两个方面一是消力池边墙末端相对尾坎位置方面，由于其边墙相对传统消力池较长，故称为消力池长边墙体型，利用延长消力池边墙的方法可以消除或减轻消力池跃后水流水面跌落对消力池水深hT的影响；二是消力池出口下游泄水道底板体型方面，由于其尾坎下游有一个底板逆坡段，故称为消力池出口逆坡体型，它通过消力池尾坎下游一定长度内的过水断面面积的变化，实现该段内水流流速及流态的变化，从而达到消力池水流与下游河道或退水渠水流的平稳过渡，消除或减轻消力池后水面二次跌落所造成的水面波动。 对消力池与下游河道的两种衔接方式而言，本专利的两个创新点既可单独采用，也可联合运用；即消力池长边墙体型既适用于消力池出口通过海漫等过渡段与河道相联接的“河道式衔接”，又适用于消力池通过退水明渠与下游河道相联接的“渠道式衔接”；而消力池出口逆坡体型则主要适用于“渠道式衔接”。在实际应用时，消力池长边墙体型和消力池出口逆坡体型二者既可分开单独采用，也可联合运用，依具体工程而定。与现有技术相比，本实用新型的主要优点是(1)该消能设施采用的消力池长边墙体型能有效提高消力池跃后水深，有利于理想水跃的形成，提高底流消能的消能效果； (2)采用的消力池长边墙体型可使传统消力池的长度或深度减小，节约工程成本；C3)采用的消力池出口逆坡体型能降低消力池出口流速，减缓出池水流水面的二次跌落，使水流过渡平稳；(4)采用的消力池出口逆坡体型能减小其下游水流的水面波动，从而减小下游渠道或河道的防洪投资。(5)本实用新型的设计结构简单，容易实施，可显著提高水利水电工程的社会经济效益。
图1为本实用新型一个具体实施例的侧向结构示意图。图2为图1的俯向平面结构示意图。图3为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的具体实施形式并不仅限于下述的实施例。参见附图，本实用新型所述的高效能底流式消能设施包括一个由两侧长边墙1和底板组成消力池，在消力池尾部出口段处横设有一道顶面高凸于消力池底板的尾坎2，消力池长边墙的长度L=尾坎距消力池进口端的距离为Lk+(0.5 1.2)hT，其中hT= σ jh" c, 为消力池跃后水深或消力池尾坎前水深，淹没系数0」的取值范围为1.05 1.10丄"。为消力池收缩断面水深(h。)的共轭水深，h〃。< hT ；在消力池尾坎2至消力池出口端之间设有坡比为1 m的逆坡段渠道底板(m = 8 10)，形成能使跃后水流与下游河道尤其是与退水渠水流平稳过渡的消力池出口逆坡体型。
权利要求1.一种高效能底流式消能设施，包括一个衔接于泄水建筑物出口和下游河道之间的由两侧长边墙(1)和底板组成消力池，其特征是在消力池尾部出口段处横设有一道顶面高凸于消力池底板的尾坎O)，尾坎⑵距消力池进口端的距离为Lk，消力池长边墙的长度为L = Lk+ (0. 5 1. 2)hT,式中hT为消力池跃后水深或消力池尾坎前水深，hT= ojh"。，其中为淹没系数， 其取值范围为1.05 1.10，h〃。为消力池收缩断面水深h。的共轭水深，h〃。彡hT。
2.根据权利要求1所述的高效能底流式消能设施，其特征是在消力池尾坎( 至消力池出口端之间设有坡比为1 m的逆坡段渠道底板，m = 8 10。
专利摘要本实用新型涉及一种用于保障大坝、水闸等水利水电工程枢纽建筑物安全的高效能底流式消能设施，包括一个衔接于泄水建筑物出口和下游河道之间的由两侧长边墙和底板组成消力池，在消力池尾部出口段处横设有一道顶面高凸于消力池底板的尾坎，消力池长边墙的长度L＝尾坎距消力池进口端的距离为Lk+(0.5～1.2)hT，其中hT为消力池跃后水深或消力池尾坎前水深，在消力池尾坎至消力池出口端之间设有坡比为1∶8～10的逆坡段渠道底板。本实用新型的设计结构合理、容易实施、能有效提高消力池跃后水深并使水流过渡平缓，降低工程成本和下游河道防洪工程的资金投入，提高水利水电工程的社会经济效益。
文档编号E02B8/06GK202247817SQ201120371738
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者安梦雄, 徐根海 申请人:西北农林科技大学