一种设置于泄槽的消能工结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种设置于泄槽的消能工结构，该系统由泄槽、消力池、透空齿坎及通气孔组成。透空齿坎设置于泄槽末端的消力池最高水位以上位置，由长齿坎和短齿坎组成并呈横向相间设置。透空齿坎将泄槽底流转变为波状挑流进入消力池，使得齿坎前连续均匀底流水体经过透空齿坎后形成横向分布的“～”状水股入水，此消能工将传统的消力池内底流水跃消能方式转变为“挑流消能+面流消能”、“挑流消能+淹没水跃消能”的混合消能方式。改善了消力池流态，增加了消力池消能率，减小了水跃消能流态对下游水位的依赖性，可有效缩短消力池长度。此外，透空齿坎后形成的掺气空腔，不仅可以减小消能工本身发生空化空蚀破坏的可能性，还可以进一步为泄槽底板及消力池通气提供气源，对安全和消能均有利。

A type of energy dissipation structure set in slots

The utility model provides an energy dissipator structure which is arranged in a drain slot. The system is composed of a drain slot, a stilling basin, a transparent toothpick and an air vent. The perforated cannons are positioned at the top of the stilling basin at the end of the draining trough, and are composed of a long toothed ridge and a short toothed ridge, and are arranged horizontally. The transventing bottom flow is transformed into the wave like flow to enter the stilling pool, which makes the continuous and uniform bottom flow before the tooth sill passes through the perforated tooth sill to form the horizontal distribution of \~\ water strands into the water. The energy dissipator transforms the traditional energy dissipation mode of the inner bottom flow into the \pick flow energy dissipation + surface flow energy dissipation\, \the bucket flow energy dissipation + inundation\ A hybrid energy dissipation method for water jump energy dissipation. The flow pattern of stilling basin is improved, the energy dissipation rate of stilling basin is increased, and the dependence of water jump energy dissipation on downstream water level is reduced, and the length of stilling basin can be shortened effectively. In addition, the aerated cavity formed after the perforated tooth sill can not only reduce the possibility of cavitation erosion damage to the energy dissipator itself, but also provide the gas source for the slots floor and the stilling pool, which are beneficial to the safety and energy dissipation.

【技术实现步骤摘要】
一种设置于泄槽的消能工结构
本技术属于水利水电工程泄洪消能领域，具体的涉及一种设置于泄槽的透空齿坎消能工结构。
技术介绍
泄洪消能是水利水电工程枢纽设计中至关重要的环节，尤其是高水头、大单宽流量的泄水建筑物，泄洪功率高、能量集中，为保证建筑物安全和减轻对下游河道冲刷，通常在泄水建筑物中设置消能工来衔接上下游水流并进行集中消能。因此，消能工同时具有整流和消能的作用。中、高坝泄洪消能多采用挑流消能和底流消能两种方式。第一种消能模式泄洪水流在空中经历较长距离，调整扩散，最终落入水垫塘，挑流水舌主要通过在空中摩擦、扩散或碰撞及在水垫塘(或消力池)中进行集中消能。消能工一般设置于水舌出口，通过收缩、扩散或镂空等方式达到整流消能的目的，在水垫塘或消力池中易形成淹没漩滚流态，消能效率高。第二种底流消能模式以消力池内水跃消能为主，多采用泄槽与消力池结合的方式，为了增加消能效果，多在流道进口或消力池内设置消能工。例如，在闸墩处的宽尾墩、小挑坎等，消力池内设置跌坎、分流墩、反台阶、齿坎、反向碰撞等方式(消能工一般为淹没于消力池水位以下)，使得在消力池内更容易形成三维漩滚水跃流态或增加沿程能耗，最终达到整流消能的目的。然而，不同方式均存在着一定的适用条件和弊端。第一种消能模式容易引起泄洪雾化问题，一般不得已条件下采用。第二种消能模式应用较为广泛，然而，当地形条件及建筑物布置限制，溢洪道进口与消力池入口的水平距离较远时，连接二者的泄槽段较长，坡度先缓后陡，此时宣泄水流需要经过一段距离的泄槽段调整才能进入消力池内。这种情况下，设置于闸墩的宽尾墩体型不再适用，若下游水位较低可能导致消力池内水跃流态不稳定，甚至形成远驱水跃，消能不充分，需要以较长的消力池长度为代价，即使在消力池内增加消能措施也很难达到较高的消能效果。此时，急需一种新型消能工解决泄槽与消力池的衔接与消能问题。
技术实现思路
本技术提供一种设置于泄槽的消能工结构，透空齿坎为由长齿坎和短齿坎横向相间设置组成。设置于泄槽末端的消力池进口最高水面以上的位置，“透空”意为齿坎末端水流下缘面与大气相通。通过透空齿坎将宣泄水流前后撕开，形成多股三维“～”状水流。通过调整入射角度，增加消力池入射水体面积，改变消力池入水条件，分散水体在消力池内的水流结构，减轻对消力池的集中冲击，有助于消力池内稳定淹没水跃流态的形成和三维漩滚的效果，最终达到高效整流消能、稳定流态和减小消力池长的目的。此外，水流经透空齿坎后下缘面脱离泄槽底板，在长齿坎和短齿坎末端(消力池水位以上)形成贯通空腔，此空腔两侧通过侧墙通气孔与大气相通，可为透空齿坎及泄槽表面掺气提供掺气源，避免高速水流引起空化空蚀破坏。本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种设置于泄槽的消能工结构，包括设置于泄槽末端的透空齿坎、与透空齿坎下端连接的底板，透空齿坎挑射的水舌与下游水面形成贯通空腔，底板两侧设有边墙，边墙开设有连通空腔与大气的通气孔。通过采用上述技术方案，下泄水流流经透空齿坎时，水流遇到长齿坎挑起形成较远的挑射水舌，水流经过短齿坎先于长齿坎挑射，水舌落点也较长齿坎近，故将原来“一”字型均匀流下的水体前后撕开，形成“～”型水股。水舌入射角度多样化，增加消力池入射水体面积，改变入射水体在消力池内的扩散水流结构，减轻消力池的集中能量的冲击，有助于消力池内稳定淹没水跃流态的形成和三维漩滚的效果。水舌经过透空齿坎后下缘面脱离泄槽底板，在齿坎后、消力池水位之上及水舌之下形成贯通空腔，此空腔通过两侧边墙通气孔或水舌表面与大气相通，通气可以减小齿坎表面因高速水流发生空化空蚀的可能性，保证消能工本身不被高速水流破坏，还可以进一步为泄槽底板通气及消力池内掺气提供掺气通道。在透空齿坎下缘形成与大气相通的通气空腔，起到掺气减蚀的作用，还可以为泄槽底板的掺气提供掺气源。具体的，在小流量时长齿坎和短齿坎水舌较薄，水舌完全撕开，此时空腔亦可通过水舌的撕开面与大气相通；在大流量时，长齿坎与短齿坎水舌连成一片，此时水舌未形成撕开的缺口，只能通过水流携气或卷气或两侧通气孔供气。因此，避免了消能工本身因高速水流而空化空蚀破坏的可能性，同时为泄槽及消力池掺气提供气源。优选的，所述透空齿坎包括间隔设置的长齿坎与短齿坎，所述长齿坎与短齿坎两者的上端邻水面置于同一凹形曲面，且凹形曲面起始端与泄槽底板末端相切连接。通过采用上述技术方案，其作用一方面在于适应水流流线，避免水流与壁面分离而形成负压区或压力突变区；另一方面调节水舌抛射角度及长短水舌的撕开角度。凹形曲面的曲率和长短齿坎的尺寸对水舌运动轨迹及撕开效果影响比较大，需要根据具体水流及边界条件估算并经过试验确定。凹形曲面为弧形面或高次曲面。优选的，长齿坎沿流向长度大于短齿坎沿流向长度。通过采用上述技术方案，在齿坎凹形曲面确定情况下，齿坎长度直接决定了坎顶水舌抛射角度和入池点位置，长齿坎抛射距离远，短齿坎抛射距离近，长短齿坎相间设置，使得“一”字形落点呈“～”型分布；一定范围内，齿坎长度相差越大，高低水舌流向撕开角度越大，入池水流面积越大、三维效果越强，但是亦应该考虑水舌落点的均匀程度和消能工与消力池的能量分配，齿坎长度相差不宜太大。此外，水舌分散入水改变了消力池内水跃的来流条件，有利于消力池内三元稳定水跃的形成。使得与泄槽等宽的一条均匀水股转变为相间入水的多股水舌，从根本上解决了消力池内水跃不稳定，对下游水位敏感的难题。流态上：小流量时多股水舌比较明晰，消力池内基本为面流消能方式；大流量时多股水舌连成一片，呈波状入水，形成淹没式水跃，且跃头位置向上游靠近，大大缩减了消力池长度。优选的，短齿坎沿流向长度为长齿坎沿流向长度的1/4～1/1.5。通过采用上述技术方案，长短齿坎尺寸受到泄槽坡度、消力池位置、来流条件及消力池内水垫深度等众多因素影响。一般的，通过试验得出1/4～1/1.5的长度范围水体撕开效果较佳。优选的，长齿坎末端与水平面夹角α大于短齿坎末端与水平面的夹角β。通过采用上述技术方案，齿坎末端角度对抛射水舌的方向起决定作用，可改变水舌空中轨迹和入池点位置。在齿坎凹形曲面曲率确定下，调节齿坎长度可改变齿坎末端临水面与水平面的夹角；在齿坎长度确定情况下，可改变齿坎凹形面的曲率或设置坡度来改变齿坎末端临水面与水平面夹角。因此，通过调整齿坎位置、齿坎上表面凹形曲面曲率及齿坎长度来改变长、短齿坎末端临水面与水平面的夹角，从而调整水舌入水角度，使得泄槽水流与消力池平顺衔接，改善消力池流态，提高消能率。优选的，所述的30°＞α＞-30°，0°＞β＞-60°，泄槽段与消力池段衔接的底板与水平面夹角范围-30°至-90°之间。通过采用上述技术方案，当泄槽底板末端与消力池连接的夹角在-30°至-90°之间时，30°＞α＞-30°，0°＞β＞-60°区间内可保证水舌流向撕开，且多股水舌基本落在消力池前端，短齿坎水舌基本与底板平行入水，落点与消力池衔接好，落点均匀，此时流态较佳，消能率高，不会集中冲击底板或边墙。泄槽底板末端与消力池连接的夹角可选为-30度或-45度或-60度或-90度。底板与水平面夹角在水平面之上为正、之下为负。α可以为-25°，-20°,-15°,-10°,-5°，-3°,-2°,-1°,1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设置于泄槽的消能工结构，其特征是，包括设置于泄槽(1)末端的透空齿坎(2)、与透空齿坎(2)下端连接的底板(41)，透空齿坎(2)挑射的水舌与下游水面形成贯通的空腔(43)，底板(41)两侧设有边墙(44)，边墙(44)开设有连通空腔(43)与大气的通气孔(42)。

【技术特征摘要】
1.一种设置于泄槽的消能工结构，其特征是，包括设置于泄槽(1)末端的透空齿坎(2)、与透空齿坎(2)下端连接的底板(41)，透空齿坎(2)挑射的水舌与下游水面形成贯通的空腔(43)，底板(41)两侧设有边墙(44)，边墙(44)开设有连通空腔(43)与大气的通气孔(42)。2.根据权利要求1所述的一种设置于泄槽的消能工结构，其特征是：所述透空齿坎(2)包括间隔设置的长齿坎(21)与短齿坎(22)，所述长齿坎(21)与短齿坎(22)两者的上端邻水面置于同一凹形曲面(23)，且凹形曲面(23)起始端与泄槽(1)底板末端相切连接。3.根据权利要求2所述的一种设置于泄槽的消能工结构，其特征是：长齿坎(21)沿流向长度大于短齿坎(22)沿流向长度。4.根据权利要求3所述的一种设置于泄槽的消能工结构，其特征是：短齿坎(22)沿流向长度为长齿坎(21)沿流向长度的1/4～1/1.5。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴时强，邓毅国，周辉，何永胜，吴修锋，陈晴，王芳芳，龙文，高昂，李向阳，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32