專利名稱：水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水利水電工程泄洪消能結(jié)構(gòu)，尤其是一種寬尾墩結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
水利水電樞紐工程攔截了河流，為宣泄洪水，一般都設(shè)有泄洪消能建筑物。泄水建筑物下泄水流能量較高，流速一般較大，如果不采取工程措施消除下泄水流的動(dòng)能，將會(huì)沖刷下游河床，危及泄水建筑物的安全。目前，工程中常用的泄洪消能形式有挑流消能、底流消能等。寬尾墩加底流泄洪消
能形式在國(guó)內(nèi)多個(gè)工程中得到成功的運(yùn)用，取得了較為豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，包含閘墩、兩閘墩之間的溢流面、消力池，在閘墩尾部設(shè)置對(duì)稱寬尾墩。加設(shè)寬尾墩的泄洪消能的工作原理是，通過設(shè)置在閘墩中后部的寬尾墩縮窄水流、使下泄水流豎向拉開、空中擴(kuò)散，使水流充分摻氣，改變水流入消力池的方式，使下泄水流在消力池內(nèi)消能更加充分，從而減輕對(duì)消力池底板的脈動(dòng)壓力，降低臨底流速，提高泄洪消能效果，確保泄流設(shè)施的安全?，F(xiàn)有寬尾墩結(jié)構(gòu)均為對(duì)稱寬尾墩，受河道地形條件、地質(zhì)條件、河流來流條件等因素的影響，以及各工程下游河道抗沖刷、抗霧化的要求不同，在運(yùn)用對(duì)稱寬尾墩的過程中發(fā)現(xiàn)了如下常見的問題(I)河道來流條件基本對(duì)稱，需要調(diào)整出流為不對(duì)稱對(duì)閘前水庫(kù)水面較寬闊的情況，基本上可視進(jìn)入閘墩的水流條件呈對(duì)稱狀態(tài)。為充分利用寬尾墩“縮窄水流、使下泄水流豎向拉開、空中擴(kuò)散，使水流充分摻氣”等特點(diǎn)，按照常規(guī)的對(duì)稱寬尾墩設(shè)計(jì)，若進(jìn)流條件基本對(duì)稱，可能帶來如下問題①下泄水流豎向拉開，局部水流可能沖刷溢流面邊墻，甚至越過溢流面邊墻，造成溢流面邊墻加高，增加工程量及設(shè)計(jì)難度；②下泄水流空中均勻擴(kuò)散，對(duì)下游岸邊霧化的影響較大，若下游岸邊邊坡對(duì)防霧化有要求時(shí)，需適當(dāng)調(diào)整寬尾下泄水流泄流方向，然而對(duì)稱寬尾墩無法做到這一點(diǎn)若下游岸坡抗沖刷能力較低，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整寬尾挑射水流出流方向，減輕水流直接沖刷下游岸邊邊坡，然而對(duì)稱寬尾墩也無法做到這一點(diǎn)。(2)閘墩進(jìn)流條件不對(duì)稱，需調(diào)整出流為基本對(duì)稱按照常規(guī)的對(duì)稱寬尾墩設(shè)計(jì)，若進(jìn)流條件不對(duì)稱，可能帶來如下問題①常規(guī)寬尾下泄水流局部范圍可能沖刷溢流面邊墻，甚至越過溢流面邊墻，造成溢流面邊墻加高，增加工程量；②對(duì)于多泄流通道，由于下泄水流橫向不對(duì)稱，加劇了溢流面流態(tài)的混亂、脈動(dòng)壓強(qiáng)增大，影響流態(tài)的穩(wěn)定性；③下泄水流不均勻，造成消力池局部區(qū)域脈動(dòng)壓力增大，局部臨底流速增高，難以保障相對(duì)良好而穩(wěn)定的泄洪消能效果，增加消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有對(duì)稱寬尾墩應(yīng)用時(shí)無法全面滿足具體工況要求的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有不對(duì)稱寬尾墩結(jié)構(gòu)、可適應(yīng)工程差異化需要的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，所述泄洪消能系統(tǒng)包含左、右閘墩，兩閘墩之間的溢流面，消力池，在左、右閘墩的尾部或中后部設(shè)置有不對(duì)稱的寬尾墩。所述寬尾墩的上游高度不對(duì)稱。所述寬尾墩的頂部設(shè)不對(duì)稱的斜坡貼角。所述斜坡貼角與閘墩的交線與水平 線的夾角不對(duì)稱。所述斜坡貼角與寬尾墩豎直面之間的交線與水平線的夾角不對(duì)稱。所述左、右閘墩的上游墩頭的倒圓半徑不同。所述寬尾墩的出口段區(qū)域溢流面設(shè)置有小挑坎。本實(shí)用新型的有益效果是改造對(duì)稱寬尾墩體型為不對(duì)稱寬尾墩體型，使不對(duì)稱來流或?qū)ΨQ來流通過寬尾墩后，下泄水流形態(tài)、分布得以重新調(diào)整，從而適應(yīng)不同工程的差異化需要，避免局部水流沖刷邊墻，確保溢流面上流態(tài)穩(wěn)定，確保水流均勻進(jìn)入消力池，保障相對(duì)穩(wěn)定的泄洪消能效果，減輕對(duì)下游岸坡的霧化影響和沖刷等。

圖I是本實(shí)用新型的總體平面布置圖。圖2是本實(shí)用新型的總體剖面布置圖。圖3是本實(shí)用新型的局部放大平面布置圖。圖4是本實(shí)用新型的邊墩立面圖。圖5是本實(shí)用新型的中墩立面圖。圖中標(biāo)記為，I -寬尾墩，2-寬尾墩，3-小挑坎，4-溢流面，5-左邊墩，6-中閘墩，7-左溢流面邊墻，8-墩頭，9-墩頭，10-消力池，11-水流，12-斜坡貼角，13-斜坡貼角。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖I、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本實(shí)用新型的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，所述泄洪消能系統(tǒng)包含左、右閘墩，兩閘墩之間的溢流面4，和消力池10，在左、右閘墩的尾部或中后部設(shè)置有不對(duì)稱的寬尾墩1、2。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)的關(guān)鍵區(qū)別在于創(chuàng)新性地使用了不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的寬尾墩1、2，寬尾墩1、2的體型可結(jié)合模型試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)不同來流條件下的需要，從而達(dá)到既能保持寬尾墩的良好消能效果，又可合理調(diào)整下泄水流分布形態(tài)的目的。如圖I、圖4和圖5所示，所述寬尾墩I、2的上游高度H不對(duì)稱，上游高度H根據(jù)工程規(guī)模、泄洪水流等實(shí)際情況可適當(dāng)選用，把基本對(duì)稱的河道來流調(diào)整為不對(duì)稱下泄的水流，避免下泄水流沖刷溢流面邊墻，甚至越過溢流面邊墻，以減少邊墻工程量及設(shè)計(jì)難度。如圖I、圖4和圖5所示，所述寬尾墩1、2的頂部設(shè)不對(duì)稱的斜坡貼角12、13，以調(diào)整泄流方向，減少對(duì)下游岸坡的泄洪霧化影響范圍，減輕出流對(duì)下游岸坡的沖刷。若是進(jìn)流條件不對(duì)稱情況，不對(duì)稱的上游高度及斜坡貼角可調(diào)整出流為基本對(duì)稱，使不對(duì)稱來流通過寬尾墩后，下泄水流沿程分布均勻，發(fā)揮寬尾墩調(diào)整水流形態(tài)、增強(qiáng)消能效果的同時(shí)，避免局部水流可能沖刷邊墻的問題，確保溢流面上流態(tài)穩(wěn)定，確保水流均勻進(jìn)入消力池，保障相對(duì)穩(wěn)定的泄洪消能效果。如圖I、圖4和圖5所示，所述不對(duì)稱的斜坡貼角12、13可以是斜坡貼角12、13與閘墩的交線與水平線的夾角不對(duì)稱和/或斜坡貼角12、13與寬尾墩豎直面之間的交線與水平線的夾角不對(duì)稱。如圖I所示，所述左、右閘墩5、6的上游墩頭8、9的倒圓半徑不同，以進(jìn)一步適應(yīng)進(jìn)流條件不對(duì)稱的情況。上游端倒圓半徑也可以取一樣，完全通 過不對(duì)稱寬尾墩來實(shí)現(xiàn)改變水流的目的。如圖I、圖2、圖3、圖4和圖5所示，所述寬尾墩1、2的出口段區(qū)域溢流面設(shè)置有小挑坎3，以增強(qiáng)下泄水流摻氣效果，消減高速過流面可能產(chǎn)生的空蝕破壞作用。在無摻氣減蝕設(shè)施要求時(shí)，也可不設(shè)小挑坎3。實(shí)施例以“河道來流條件基本對(duì)稱，需要調(diào)整出流為不對(duì)稱”為例說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如圖I 圖5所示，兩閘墩分別為左邊墩5和中閘墩6，左溢流面邊墻7、閘墩下游側(cè)寬尾墩I和寬尾墩2、閘墩之間的溢流面4和小挑坎3、消力池10組成了水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)。左邊墩5的上游墩頭8和右閘墩6的上游墩頭9的倒圓半徑不同。水流11通過閘墩之間的溢流面4，受不對(duì)稱的寬尾墩I和2的擠壓縮窄，改變了下泄水流流態(tài)及分布，使靠左邊墩5及左溢流面邊墻7側(cè)水面線高度較低，同時(shí)使下泄水流主流偏離左溢流面邊墻7，減少了泄洪霧化對(duì)下游岸坡的影響，減輕水流下游岸邊的沖刷。上述寬尾墩收縮比即寬尾墩尾部閘孔寬度和閘孔凈寬之比為0. 533。寬尾墩I的上游高度H = 5m,頂部具有斜坡貼角12，斜坡貼角12與左邊墩5的交線與水平線的夾角0 =30°，斜坡貼角12與寬尾墩I豎直面之間的交線與水平線夾角0=0° ;寬尾墩2的上游高度H = 0m，頂部具有斜坡貼角13，斜坡貼角13與右閘墩6的交線與水平線的夾角a =16°，斜坡貼角13與寬尾墩豎直面之間的交線與水平線夾角Y =13。。下泄水流受小挑坎3的頂托，使下泄水流摻氣更加充分，有利于在順?biāo)鞣较蛏侠_水流挑射范圍，減小對(duì)溢流面4及消力池10的沖擊；墩頭8和墩頭9不對(duì)稱，對(duì)來流不對(duì)稱的問題也能起到調(diào)整作用。對(duì)重要工程，上述寬尾墩體型、小挑坎體型、墩頭體型可結(jié)合模型試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化。
權(quán)利要求1.水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，所述泄洪消能系統(tǒng)包含左、右閘墩，兩閘墩之間的溢流面(4)，和消力池(10)，其特征是在左、右閘墩的尾部或中后部設(shè)置有不對(duì)稱的寬尾墩(1、2)。
2.如權(quán)利要求I所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述寬尾墩(I、2)的上游高度(H)不對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求I所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述寬尾墩(1、2)的頂部設(shè)不對(duì)稱的斜坡貼角(12、13)。
4.如權(quán)利要求3所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述斜坡貼角(12、13)與閘墩的交線與水平線的夾角(α、β)不對(duì)稱。
5.如權(quán)利要求3所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述斜坡貼角(12、13)與寬尾墩豎直面之間的交線與水平線的夾角(Y、Θ)不對(duì)稱。
6.如權(quán)利要求I所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述左、右閘墩的上游墩頭(8、9)的倒圓半徑不同。
7.如權(quán)利要求I 6中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，其特征是所述寬尾墩(1、2)的出口段區(qū)域溢流面設(shè)置有小挑坎(3)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有不對(duì)稱寬尾墩結(jié)構(gòu)、可適應(yīng)工程差異化需要的水利水電工程泄洪消能系統(tǒng)中的寬尾墩結(jié)構(gòu)，所述泄洪消能系統(tǒng)包含左、右閘墩，兩閘墩之間的溢流面，消力池，在左、右閘墩的尾部或中后部設(shè)置有不對(duì)稱的寬尾墩，寬尾墩的上游高度、頂部斜坡貼角均不對(duì)稱，根據(jù)需要，還可設(shè)計(jì)閘墩的上游墩頭的倒圓半徑不同，在寬尾墩的出口段區(qū)域溢流面設(shè)置有小挑坎。不對(duì)稱寬尾墩體型使不對(duì)稱來流或?qū)ΨQ來流通過寬尾墩后，下泄水流形態(tài)、分布得以重新調(diào)整，從而適應(yīng)不同工程的差異化需要，避免局部水流沖刷邊墻，確保溢流面上流態(tài)穩(wěn)定，確保水流均勻進(jìn)入消力池，保障相對(duì)穩(wěn)定的泄洪消能效果，減輕對(duì)下游岸坡的霧化影響和沖刷等。
文檔編號(hào)E02B8/06GK202530433SQ201220116888
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者余明智, 劉俠, 葉發(fā)明, 張連明, 彭文明, 胡小紅, 袁瓊, 趙永剛, 閆勇, 陳強(qiáng), 高曉梅 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院