專(zhuān)利名稱(chēng)：自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水利水電工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于保障水利工程在洪水期間安全運(yùn)行的泄洪構(gòu)筑物，特別是一種設(shè)置于豎井溢洪道井口引渠處的溢流堰。
背景技術(shù)：
在水利水電工程建設(shè)中，泄洪構(gòu)筑物是其重要組成部分之一，它的作用是保障大壩等水利工程在洪水期間的運(yùn)行安全，而泄洪構(gòu)筑物設(shè)計(jì)合理與否，不僅與其體型有關(guān)，而且要滿(mǎn)足水力學(xué)的有關(guān)要求。井式溢洪道又稱(chēng)豎井溢洪道，是河岸式溢洪道的一種重要形式，在峽谷中筑壩而岸坡較陡的情況下或當(dāng)導(dǎo)流隧洞可以被改建為退水洞的一部分時(shí)，該溢洪道形式較為有利，因而得到較為廣泛的應(yīng)用。豎井溢洪道通常由井口引渠、導(dǎo)流防渦設(shè)施、溢流喇叭口、漸變段及豎井(消力井)或彎道、泄水隧洞和出口消能構(gòu)筑物等部分組成，其中的溢流喇叭口通常設(shè)計(jì)為一種環(huán)狀的溢流堰，故簡(jiǎn)稱(chēng)為環(huán)狀堰或環(huán)形堰。實(shí)際工程中，環(huán)狀堰設(shè)計(jì)合理與否直接影響到溢洪道的結(jié)構(gòu)尺寸、泄流能力、進(jìn)口流態(tài)、水流特性和溢洪道自身的經(jīng)濟(jì)性及安全性，因此說(shuō)環(huán)狀堰的體型設(shè)計(jì)是豎井溢洪道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，關(guān)系到豎井溢洪道溢流方案的成敗。在傳統(tǒng)環(huán)狀堰的多種形式中，最常用的是堰頂同高的實(shí)用堰型式和寬頂堰型式， 但這類(lèi)型式的環(huán)狀堰在實(shí)際應(yīng)用中存在有下述的不足之處①、必須通過(guò)設(shè)置閘門(mén)方可實(shí)現(xiàn)對(duì)某一水位的下泄流量進(jìn)行控制，尤其不適應(yīng)大變幅水頭的流量控制；②、堰流堰頂水頭較小，堰頂水頭較大時(shí)，進(jìn)口水流流態(tài)不好，泄流能力不足；③、井口需特別的導(dǎo)流防渦設(shè)施，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；④、引渠開(kāi)挖形式要求較高，開(kāi)挖范圍較大；⑤、工程投資較大，經(jīng)濟(jì)性能不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決，進(jìn)而提供一種設(shè)計(jì)思路明確、建筑物體型簡(jiǎn)潔、進(jìn)口水流流態(tài)良好、能適應(yīng)大變幅水頭的流量控制并具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而采用的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰具有一個(gè)環(huán)形喇叭狀堰體，其特征在于溢流堰的堰體為一座由兩個(gè)或三個(gè)底面半徑同為Rm、頂面半徑分別為札、R2或禮、&、R3、高分別為H^ H2或H1. H2、H3的下小上大的弧面體相互對(duì)合圍成的具有多層級(jí)高的整體環(huán)形喇叭狀堰體，其中隊(duì)彡&彡R3, H1 < H2 < H3。本實(shí)用新型是在一級(jí)環(huán)形堰堰頂高程已定而要求對(duì)某一個(gè)或多個(gè)水位的下泄流量進(jìn)行控制的情況下實(shí)施的，如果只對(duì)一個(gè)水位的下泄流量進(jìn)行控制，則只需要設(shè)計(jì)兩級(jí)環(huán)狀溢流堰，即溢流堰的堰體由一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為R1、高為H1、弧面角θ =45° 120°的扇形喇叭狀一級(jí)堰弧面體和一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為&、高為 H^AH1、弧面角α = 360° -θ的扇形喇叭狀二級(jí)堰弧面體相互對(duì)合組成，一級(jí)堰弧面體位于水流的進(jìn)口方向。在這種環(huán)狀溢流堰的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，二級(jí)堰弧面體的頂面半徑&大于一級(jí)堰弧面體的頂面半徑R1。本實(shí)用新型所述自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰的設(shè)計(jì)技術(shù)是利用水位控制和調(diào)整溢流堰溢流長(zhǎng)度的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)某特征水位的自由下泄流量進(jìn)行控制，實(shí)際應(yīng)用中，一般可按照需要調(diào)控的水位和相應(yīng)下泄流量的個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)置不同高度和長(zhǎng)度的溢流堰級(jí)數(shù)。例如，某工程豎井溢洪道需要對(duì)設(shè)計(jì)水位的下泄流量進(jìn)行控制(流量較小)，同時(shí)又要保證校核水位時(shí)有足夠的泄量(流量較大)，要求進(jìn)口流態(tài)基本為堰流流態(tài)，根據(jù)此例的技術(shù)要求，操作中按照自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)置兩級(jí)環(huán)狀溢流堰即可。本實(shí)用新型所述的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰是在實(shí)用堰型式的基礎(chǔ)上研制而成的一種新型實(shí)用環(huán)狀堰型式，它突破傳統(tǒng)環(huán)形堰堰頂同高結(jié)構(gòu)的理念，采用間斷或連續(xù)的方式將環(huán)形堰不同部位做成高低不等的形式，以適應(yīng)在不同水位情況時(shí)下泄不同流量的要求。該技術(shù)同樣適用于寬頂堰型式的環(huán)形堰。與傳統(tǒng)環(huán)形堰相比，本實(shí)用新型的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)如下所述①、無(wú)需閘門(mén)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)某一水位的下泄流量進(jìn)行控制；②、堰體型式簡(jiǎn)單，對(duì)水流無(wú)擾動(dòng)，進(jìn)口水流流態(tài)較好；③、 井口無(wú)需特別的導(dǎo)流防渦設(shè)施(傳統(tǒng)環(huán)形堰多數(shù)有之)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便；④、引渠開(kāi)挖形式無(wú)特別要求，開(kāi)挖范圍較??；⑤、和傳統(tǒng)環(huán)形堰相比，可在較大水頭范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)進(jìn)口堰流流態(tài) (環(huán)形堰的最佳流態(tài))；⑥、和傳統(tǒng)環(huán)形堰相比，工程投資較小，經(jīng)濟(jì)性較好，應(yīng)用前景廣闊。

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型的具體實(shí)施形式并不僅限于下述的實(shí)施例。附圖為只對(duì)一個(gè)水位的下泄流量進(jìn)行控制的二級(jí)環(huán)狀溢流堰的結(jié)構(gòu)示意圖。該溢流堰的堰體由一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為R1、高為H1、弧面角θ =45° 120°的扇環(huán)形喇叭狀一級(jí)堰弧面體和一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為R2O^2 > R1)、高為H2 (H2 = H1+ΔH》、弧面角α = 360° -θ的扇環(huán)形喇叭狀二級(jí)堰弧面體相互對(duì)合組成，一級(jí)堰弧面體位于水流的進(jìn)口方向。對(duì)上述二級(jí)自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先是一級(jí)環(huán)狀堰的設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容有1)確定一級(jí)環(huán)狀堰半徑R1 ；2)確定一級(jí)環(huán)狀堰剖面形狀；幻確定一級(jí)環(huán)狀堰溢流長(zhǎng)度LJ圓心角θ對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng))。對(duì)于一級(jí)環(huán)狀堰半徑R1的選擇而言，由于影響因素較多，理論計(jì)算較為困難，因此R1的確定是最為關(guān)鍵，也是自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰設(shè)計(jì)的核心， 其取值過(guò)大將影響工程的經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)的合理性，其取值過(guò)小將難以滿(mǎn)足工程的水力學(xué)要求。環(huán)狀堰剖面的繪制方法主要有三種，即計(jì)算水舌中心流束軌跡法、按橢圓參數(shù)方程繪制法和按通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的銳緣薄壁環(huán)形堰的水舌下緣的座標(biāo)法；一級(jí)環(huán)狀堰溢流長(zhǎng)度L1可參照有關(guān)流量公式進(jìn)行計(jì)算確定。在一級(jí)環(huán)狀堰體型確定后，二級(jí)環(huán)狀堰體型相對(duì)較為簡(jiǎn)單。 在實(shí)際工程中，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，二級(jí)環(huán)狀堰剖面常與一級(jí)環(huán)狀堰剖面為同一計(jì)算剖面，一般一級(jí)環(huán)狀堰剖面往往是二級(jí)環(huán)狀堰剖面的一部分(計(jì)算剖面范圍一般較大)，二級(jí)環(huán)狀堰的頂部高程為一級(jí)環(huán)狀堰控制水頭H1相應(yīng)的庫(kù)水位，即要求的控制水位。二級(jí)環(huán)狀堰上口半徑可通過(guò)滿(mǎn)足最大流量(如校核泄量)的方法確定。圖2中標(biāo)號(hào)1為引渠邊坡。
權(quán)利要求1.一種自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰，具有一個(gè)環(huán)形喇叭狀堰體，其特征在于溢流堰的堰體為一座由兩個(gè)或三個(gè)底面半徑同為Rrn、頂面半徑分別為隊(duì)、R2或禮、R2, R3、高分別為&、H2或 H1, H2, H3的下小上大的弧面體相互對(duì)合圍成的具有多層級(jí)高的整體環(huán)形喇叭狀堰體，其中 R1《R2《R3, H1 < H2 < H30
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰，其特征在于溢流堰的堰體由一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為R1、高為H1、弧面角θ =45° 120°的扇形喇叭狀一級(jí)堰弧面體和一個(gè)底面半徑為Rm、頂面半徑為&、高為H^AH1、弧面角α = 360° -θ的扇形喇叭狀二級(jí)堰弧面體相互對(duì)合組成，一級(jí)堰弧面體位于水流的進(jìn)口方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰，其特征在于二級(jí)堰弧面體的頂面半徑 R2大于一級(jí)堰弧面體的頂面半徑隊(duì)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種設(shè)置于豎井溢洪道井口引渠處的自調(diào)節(jié)環(huán)狀溢流堰，溢流堰的堰體為一座由兩個(gè)或三個(gè)底面半徑同為Rm、頂面半徑分別為R1、R2或R1、R2、R3、高分別為H1、H2或H1、H2、H3的下小上大的弧面體相互對(duì)合圍成的具有多層級(jí)高的整體環(huán)形喇叭狀堰體，其中R1≤R2≤R3，H1＜H2＜H3。本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)環(huán)形堰堰頂同高結(jié)構(gòu)的理念，采用間斷或連續(xù)的方式將環(huán)形堰不同部位做成高低不等的形式，以適應(yīng)在不同水位情況時(shí)下泄不同流量的要求，具有設(shè)計(jì)思路明確、建筑物體型簡(jiǎn)潔、進(jìn)口水流流態(tài)良好、能適應(yīng)大變幅水頭的流量控制、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和安全性好、應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02B7/16GK201943051SQ20112001574
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者吳寶琴, 徐根海 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)