全断面阶梯消能工制造技术

一种全断面阶梯消能工，由设置在溢洪道或泄洪洞底板上的阶梯消能工和设置在溢洪道或泄洪洞两边墙上的阶梯消能工组成，即在溢洪道或泄洪洞的底板和两边墙上均设置有阶梯消能工，其消能机理：水流在通过底板上的阶梯时，发生水流的跌落、回旋、剪切作用，水面上的空气被卷入水体中；边墙的阶梯加剧了水流的紊动，提高了消能效果，并使水流沿程不断收缩和扩大，在侧面形成空腔，气流从空腔中进入底部阶梯面上，使得整个断面的水流充分掺气，避免了空蚀破坏等不利影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于大单宽流量溢洪道或泄洪洞的阶梯消能工。
技术介绍
溢洪道(泄洪洞) 一般具有落差大，泄流量大等特点，对于下游河道宽敞，地质条 件好的工程往往采用挑流消能，而对于山区河道，由于河道狭窄，采用挑流消能出口流 速很大，对下游不利。随着碾压混凝土技术的发展，阶梯施工更加方便，而且阶梯易于 检修、易于恢复,因此，阶梯消能工在溢洪道的应用得到了推广，但现有溢洪道使用的 阶梯消能工均将阶梯设置在溢洪道的底板上。研究表明，在溢洪道底板上设置消能工， 消能率随着阶梯高度的增加有所增大，随着溢洪道单宽流量增大而减小，在大单宽流量 下就不能保证足够的消能率，因此，在单宽流量大于50 m"s.m的工程中，很少使用阶 梯消能工。国内外的工程实例中，大单宽流量溢洪道(泄洪洞)设置的阶梯消能工是一 种辅助消能工，必须与其它消能工(如宽尾墩，掺气分流墩等消能工)配合使用，由其 它消能工先消耗大部分能量，再由阶梯消能工消耗小部分能量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全断面阶梯消能工，此种消能工 能有效地提高消能率，适合于不同坡度和不同单宽流量的溢洪道或泄洪洞。本专利技术所述的全断面阶梯消能工，由设置在溢洪道或泄洪洞底板上的阶梯消能工和 设置在溢洪道或泄洪洞两边墙上的阶梯消能工组成，即在溢洪道或泄洪洞的底板和两边墙上均设置有阶梯消能工，其消能机理水流在通过底板上的阶梯时，发生水流的跌落、 回旋、剪切作用，水面上的空气被巻入水体中；边墙的阶梯加剧了水流的紊动，提高了消能效果，并使水流沿程不断收縮和扩大，在侧面形成空腔，气流从空腔中进入底部阶 梯面上，使得整个断面的水流充分掺气，避免了空蚀破坏等不利影响。为了更好地实现专利技术目的，本专利技术所述全断面阶梯消能工的有关几何参数如下 设置在溢洪道或泄洪洞底板上的阶梯消能工的阶梯长度Ll是设置在溢洪道或泄洪 洞两边墙上的阶梯消能工的阶梯长度L2的1 3倍。设置在溢洪道或泄洪洞两边墙上的 阶梯消能工的阶梯底面在溢洪道或泄洪洞底板上的投影宽度A ,为0. 1 0. 5m,阶梯高度 h2大于水的深度、小于溢洪道或泄洪洞边墙的高度H。设置在溢洪道或泄洪洞两边墙上的阶梯消能工，其阶梯可以有多种形状，本专利技术优 选三棱柱状或三棱锥状或三棱锥台状。若阶梯为三棱柱状，所述三棱柱的底面为水平面， 其顶面与溢洪道或泄洪洞的底板平行；若阶梯为三棱锥状，所述三棱锥的底面为水平面; 若阶梯为三棱锥台状，所述三棱锥台的底面为水平面，其顶面与溢洪道或泄洪洞的底板 平行。本专利技术具有以下有益效果1、 相对于现有阶梯消能工，本专利技术所述全断面阶梯消能工的消能率大幅度提高， 可作为主要的消能工使用在大单宽流量的溢洪道或泄洪洞中并符合消能要求，为大单宽 流量的溢洪道或泄洪洞提供了一种新型的消能设施。2、 本专利技术所述全断面阶梯消能工结构简单，体型优化容易，可广泛使用在不同流 量和不同坡度的溢洪道或泄洪洞中。3、 边墙阶梯可有效对不同水深处水流进行掺气，使水流掺气浓度分布均匀，因而 可减轻或避免阶梯台阶发生空蚀破坏。附图说明图l是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第一种结构示意图，用于溢洪道；图2是图1的俯视图3是图1的I一I剖面图4是图1中溢洪道两边墙上的阶梯消能工的阶梯形状图； 图5是图1中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图； 图6是图5的II一II剖视图； 图7是图5的I一I剖面图8是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第二种结构示意图，用于溢洪道；图9是图8的俯视图10是图8的I — I剖面图11是图8中溢洪道两边墙上的阶梯消能工的阶梯形状图； 图12是图8中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图13是图12的n — n剖视图14是图12的I一I剖面图15是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第三种结构示意图，用于溢洪道；图16是图15的俯视屈； 图17是图15的I一I剖面图18是图15中溢洪道两边墙上的阶梯消能工的阶梯形状图； 图19是图15中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图2o是图19的n —n剖视图21是图19的I一I剖面图22是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第四种结构示意图，用于溢洪道；图23是图22的俯视图24是图22中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图； 图25是图24的II一II剖视图26是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第五种结构示意图，用于溢洪道； 图27是图26的俯视图28是图26中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图； 图29是图28的II一II剖视图30是本专利技术所述全断面阶梯消能工的第六种结构示意图，用于溢洪道； 图31是图30的俯视图32是图30中的全断面阶梯消能工用于泄洪洞的示意图； 图33是图32的II一n剖视图。图中，l一溢洪道或泄洪洞的边墙、2—溢洪道或泄洪洞的底板、3—设置在底板上 的阶梯消能工的阶梯、4一设置在两边墙上的阶梯消能工的阶梯、"一设置在底板上的 阶梯消能工的阶梯长度、h,—设置在底板上的阶梯消能工的阶梯高度、B—溢洪道或泄 洪洞的宽度、H—溢洪道或泄洪洞的边墙高度、L2—设置在溢洪道或泄洪洞边墙上的阶 梯长度、h2—设置在溢洪道或泄洪洞边墙上的阶梯高度、A !—设置在溢洪道或泄洪洞边 墙上的阶梯底面在溢洪道或泄洪洞底板上的投影宽度、A2—设置在溢洪道或泄洪洞边 墙上的阶梯顶面在溢洪道或泄洪洞底板上的投影宽度、6^溢洪道或泄洪洞的底板坡度。具体实施例方式实施例l本实施例中的全断面阶梯消能工用于电站工程枢纽，电站溢洪道最大工作水头 140m，最大下泄流量Q=1000m3/s，最大单宽流量q=100m3/s.m，溢洪道宽度B=10m、 边墙高度H^8m ，底板坡度0为15。。本实施例中的全断面阶梯消能工，其结构如图1、图2、图3所示，由设置在溢洪 道底板2上的阶梯消能工和设置在溢洪道两边墙1上的阶梯消能工组成。设置在溢洪道 底板2上的阶梯消能工的阶梯为水平阶梯，阶梯的断面为三角形，阶梯长度L产7.5m、 阶梯高度h产2m。设置在溢洪道两边墙1上的阶梯消能工的阶梯形状如图4所示，为三 棱柱状，所述三棱柱的底面为水平面，其顶面与溢洪道的底板平行，阶梯长度L^7.5m、 阶梯高度h产6m、阶梯底面在溢洪道底板上的投影宽度A 1=0.2m。试验测试表明，本实施例中的全断面消能工的消能率约为80%，能保护阶梯台阶表 面，避免发生空蚀破坏。实施例2本实施例中的全断面阶梯消能工用于某水电站泄洪洞，泄洪洞最大工作水头150m， 最大下泄流量(^1500m3/3，最大单宽流量q-150mVs.m，泄洪洞宽度B40m、边墙高度 H=10m ，底板坡度0为25° 。本实施例中的全断面阶梯消能工，其结构如图5、图6、图7所示，由设置在泄洪 洞底板2上的阶梯消能工和设置在泄洪洞两边墙1上的阶梯消能工组成。设置在泄洪洞 底板2上的阶梯消能工的阶梯为水平阶梯，阶梯的断面为三角形，阶梯长度L产4.3m、 阶梯高度h产2.0m。设置在泄洪洞两边墙1上的阶梯消能工的阶梯形状如图4所示，为 三棱柱状，所述三棱柱的底面为水平面，其顶面与泄洪洞的底板平行，阶梯长度Lf4.3m、 阶梯高度h2=8.0m、阶梯底面在泄洪洞底板上的投影宽度A产0.15m。试验测试表明，本实施例中的全断面消能工的消能率约为80%，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全断面阶梯消能工，包括设置在溢洪道或泄洪洞底板上的阶梯消能工，其特征是还包括设置在溢洪道或泄洪洞两边墙上的阶梯消能工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许唯临，张建民，王韦，刘善均，曲景学，邓军，田忠，张法星，李贵吉，王曾恩，陈剑刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]