一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型制造技术

本发明专利技术涉及一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，属于水工建筑物中掺气消能领域。本发明专利技术所述溢流坝包括WES实用堰、Y型宽尾墩、前置掺气坎、阶梯溢流坝、反弧段、消力池底板；Y型宽尾墩均匀安置在WES实用堰上，阶梯溢流坝通过前置掺气坎与WES实用堰连接，反弧段连接在阶梯溢流坝下部，消力池底板连接在反弧段下部，所述阶梯溢流坝包括首级阶梯、均匀阶梯；首级阶梯位于阶梯溢流坝的第一个台阶，均匀阶梯安置在首级阶梯下部。本发明专利技术能降低首级阶梯及阶梯溢流坝上负压的产生和大小，对阶梯有很大保护作用，提高阶梯使用寿命；可以与不同角度的前置掺气坎组合使用，能进一步增大掺气效果，提高消能率；首级阶梯的改变设计结构简单、易于组装、应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型
本专利技术涉及一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，属于水工建筑物中掺气消能领域。
技术介绍
阶梯溢流坝与WES曲面的衔接过渡形式的改善对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的一体化消能方式中防止空化空蚀破坏有利。众多学者如张挺发现了宽尾墩墩后溢流面与第一阶梯交界处存在负压，若负压过大，可能对阶梯会造成空蚀破坏。彭勇提出水流对溢洪道的冲刷破坏主要分布在阶梯溢流坝上的前几级阶梯，对于后面的阶梯，只要掺气充分，阶梯面一般是不会发生冲刷破坏。王强数值模拟得出过渡阶梯的首级台阶对阶梯溢流坝的消能效果影响最大。首级阶梯对阶梯溢流坝是否产生空蚀空化及存在负压大小和消能效果有着重大影响作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，以解决现有溢流坝实验装置人工调节费时费力，且调节精度低，易出现负压大，造成空蚀空化破坏等问题。本专利技术按以下技术方案实现：一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，所述溢流坝包括WES实用堰1、Y型宽尾墩2、前置掺气坎3、阶梯溢流坝4、反弧段5、消力池底板6；Y型宽尾墩2均匀安置在WES实用堰1上，阶梯溢流坝4通过前置掺气坎3与WES实用堰1连接，反弧段5连接在阶梯溢流坝4下部，消力池底板6连接在反弧段5下部，消力池底板6尾部设有消力坎9，所述阶梯溢流坝4包括首级阶梯7、均匀阶梯8；首级阶梯7位于阶梯溢流坝4的第一个台阶，均匀阶梯8安置在首级阶梯7下部，首级阶梯7高度H1的高度相比均匀阶梯8高度H2增加一倍，即H1=2H2，首级阶梯7的宽度不变，宽度方向的角度抬高θ3=15°。所述前置掺气坎3的角度θ1为8°～11.3°，有利于提高掺气效果。所述阶梯溢流坝4的均匀阶梯8的坡度为θ2≈53°。一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型的工作原理为：以阿海水电站溢流表孔试验模型为研究对象，溢流坝采用的是WES实用堰1，采用对称Y型宽尾墩2，Y型宽尾墩2后接阶梯溢流坝4，宽尾墩下部挑坎与堰面以1：0.75斜坡段连接，后接反弧段5，下接消力池底板6。模型共有2个溢流表孔遵循重力相似准则，材料采用有机玻璃，模型比尺采用1∶60。通过首级台阶台面角分别取上抬5°、10°、15°和下跌5°、10°、15°，与阶梯台面水平0°总共七种方案，试验得出上抬15°为最优方案。水流通过WES实用堰1上的Y型宽尾墩2，在墩后的横向收缩作用下，形成两股窄而高的射流，两股水流在空中激烈碰撞，前几级阶梯水流与壁面产生分离，使得水舌和阶梯坝面形成强迫掺气空腔。水流大量掺气，紊动剧烈，落到阶梯溢流坝4形成泄流，在前置掺气坎3和首级阶梯7的挑射作用下，空腔长度增大，负压减小，有效避免首级阶梯的空蚀空化，可保护台阶。而后流经反弧段5，最后流入消力池底板6内进行消能。在消力池尾坎9处，水流受尾坎的雍水作用，先涨后跌,消能效果明显。本专利技术具有以下有益效果：1、这种改变首级阶梯高度及角度的方案通过水工模型试验的验证，且为优选方案，比传统水平均匀阶梯增大掺气空腔长度和面积，降低阶梯上产生空蚀空化的可能性，提高消能率；2、能降低首级阶梯及阶梯溢流坝上负压的产生和大小，对阶梯有很大保护作用，提高阶梯使用寿命；3、可以与不同角度的前置掺气坎组合使用，能进一步增大掺气效果，提高消能率；4、首级阶梯的改变设计结构简单、易于组装、应用广泛。附图说明图1为本专利技术联合消能工结构主视示意图；图2为本专利技术联合消能工局部放大结构示意图；图3为本专利技术阶梯溢流坝首级阶梯设置结构示意图。图中各标号为：1：WES实用堰、2：Y型宽尾墩、3：前置掺气坎、4：阶梯溢流坝、5：反弧段、6：消力池底板、7：首级阶梯、8：均匀阶梯、9：消力坎。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的内容并不限于所述范围。实施例1：如图1-3所示，一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，溢流坝包括WES实用堰1、Y型宽尾墩2、前置掺气坎3、阶梯溢流坝4、反弧段5、消力池底板6；Y型宽尾墩2均匀安置在WES实用堰1上，阶梯溢流坝4通过前置掺气坎3与WES实用堰1连接，反弧段5连接在阶梯溢流坝4下部，消力池底板6连接在反弧段5下部，消力池底板6尾部设有消力坎9，所述阶梯溢流坝4包括首级阶梯7、均匀阶梯8；首级阶梯7位于阶梯溢流坝4的第一个台阶，均匀阶梯8安置在首级阶梯7下部，首级阶梯7高度H1的高度相比均匀阶梯8高度H2增加一倍，即H1=2H2，首级阶梯7的宽度不变，宽度方向的角度抬高θ3=15°。前置掺气坎3的角度θ1为8°～11.3°，有利于提高掺气效果。阶梯溢流坝4的均匀阶梯8的坡度为θ2≈53°。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，其特征在于：所述溢流坝包括WES实用堰（1）、Y型宽尾墩（2）、前置掺气坎（3）、阶梯溢流坝（4）、反弧段（5）、消力池底板（6）；Y型宽尾墩（2）均匀安置在WES实用堰（1）上，阶梯溢流坝（4）通过前置掺气坎（3）与WES实用堰（1）连接，反弧段（5）连接在阶梯溢流坝（4）下部，消力池底板（6）连接在反弧段（5）下部，消力池底板（6）尾部设有消力坎（9），所述阶梯溢流坝（4）包括首级阶梯（7）、均匀阶梯（8）；首级阶梯（7）位于阶梯溢流坝（4）的第一个台阶，均匀阶梯（8）安置在首级阶梯（7）下部，首级阶梯（7）高度H1的高度相比均匀阶梯（8）高度H2增加一倍，即H1=2 H2，首级阶梯（7）的宽度不变，宽度方向的角度抬高θ3=15°。

【技术特征摘要】
1.一种阶梯溢流坝上的首级阶梯体型，其特征在于：所述溢流坝包括WES实用堰（1）、Y型宽尾墩（2）、前置掺气坎（3）、阶梯溢流坝（4）、反弧段（5）、消力池底板（6）；Y型宽尾墩（2）均匀安置在WES实用堰（1）上，阶梯溢流坝（4）通过前置掺气坎（3）与WES实用堰（1）连接，反弧段（5）连接在阶梯溢流坝（4）下部，消力池底板（6）连接在反弧段（5）下部，消力池底板（6）尾部设有消力坎（9），所述阶梯溢流坝（4）包括首级阶梯（7）、均匀阶梯（8）；首级阶梯（7）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨具瑞，张勤，谭永发，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53