用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构，是采用表孔宽尾墩与深孔窄缝坎联合泄洪消能。所述高效消能工结构在高拱坝的坝顶设有多个表孔宽尾墩，相邻宽尾墩之间为表孔溢流通道，以便形成表孔纵向扩散水流；在高拱坝的坝身高度的１／２～２／３处设有多个深孔窄缝坎；深孔窄缝坎的射流出口与表孔射流交错；宽尾墩的墩头与墩尾之间有顺直段、扩散段，扩散段相对于顺直段的扩散角θ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ↓［０］－ｂ）／２ｌ；顺直段与扩散段的交线与溢流通道的溢流堰面的交点Ａ与溢流堰面定型设计水头Ｈ↓［ｄ］之间的相关位置坐标为ξ↓［ｘ］＝ｘ↓［０］／Ｈ↓［ｄ］，ξ↓［ｙ］＝ｙ↓［０］／Ｈ↓［ｄ］。窄缝坎的水流进口与水流出口之间有顺直段、收缩段；收缩段相对于顺直段的收缩角β为１２～１５度，水流出口的宽度ｄ与水流进口的宽度Ｄ之比应当满足０．３～０．７。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构， 是一种应用于坝髙为200~300m、高水头、大流速30 50m/s、大流量10000~ 50000mVs 、河谷狭窄、单宽流量大100 300mVs 'm的高拱坝的泄洪消能中。技术背景在峡谷区高拱坝泄洪消能方面遇到的主要难题是河道狭窄、水头高、泄量大、 射流水舌集中，给坝下消能防冲设计造成相当大的难度。为了有效地减轻下泄水舌对 水垫塘底板的动水冲击压力，须尽量扩散坝身下泄水流，减小入水射流单位面积上的 集中强度。因此坝身采用了分层多孔布置，出流水股在空中形成分层大差动，上下水 股碰撞分散与消能，坝下游设水垫塘，泄洪时安全可靠。但上下水股碰撞时造成的雾 化问题是却十分突出。另外，由于地形的限制，水舌横向扩散困难，传统的使下泄水流沿横向扩散以减 小其单宽流量的做法受到限制，因此，应寻求一种高效消能工使水流在竖向和纵向扩 散，以适应峡谷地形。发表在"水利水电技术"、第34巻、2003年第9期出版的关于《高拱坝表孔宽 尾墩跌流水舌运动特性研究》 一文中，作者探索了高拱坝坝身表孔溢流采用宽尾墩堰 顶收缩射流技术的可能性，在对水舌分散机理进行理论分析和实验观测表明，宽尾墩 堰顶收缩射流技术应用于高拱坝表孔溢流时，由于溢流的作用水头较小，相应的出口 流速及出口佛劳德数较小，而出口断面到下游水面的高差较大，因而采用挑流出口时 水舌的纵向分散效果并不好。 专利技术 内 容为了减轻在峡谷区进行泄洪时由于水舌碰撞引起的雾化问题，以及解决峡谷区拱 坝泄洪横向扩散受到严重限制的问题，本专利技术提供一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的 分层多股非碰撞高效消能工结构。该高效消能工结构结合表孔宽尾墩和深孔窄缝坎技 术，形成分层多股非碰撞射流。本专利技术公开了一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结 构，所述高效消能工结构采用宽尾墩与窄缝坎联合泄洪消能。所述消能工结构在高拱 坝的坝顶设有多个表孔宽尾墩，相邻宽尾墩之间为表孔溢流通道，以便形成表孔纵向 扩散水流；在高拱坝的坝身高度的1/2 2/3处设有多个深孔窄缝坎；深孔窄缝坎 的射流出口与表孔射流交错；宽尾墩的墩头与墩尾之间有顺直段、扩散段，扩散段相对于顺直段的扩散角P = arctan60-6 2/;顺直段与扩散段的交线与溢流通道的溢流堰面的交点^与溢流堰面定型设计水头/^之间的相关位置坐标为(=1。//^ ， 6=7。//^。窄缝坎的水流进口与水流出口之间有顺直段、收缩段；收缩段相对于顺 直段的收缩角-为12 15度，水流出口的宽度J与水流进口的宽度D之比应当满足 0.3 0.7。本专利技术设计适用于坝高200~300m,大流速30 50m/s、大流量10000~ 50000m3/s 、大单宽流量100~300m3/(s . m)的狭窄河谷的高拱坝。 附图说明图1是本专利技术高拱坝结构。图1A是图1的后视图。图2是本专利技术宽尾墩的立体图。图3是本专利技术窄缝坎的形貌图。图3A是图3的俯视图。图4是溢流通道的剖视图。图5是宽尾墩、溢流通道的俯视图。图中 22.B边墩 231.墩尾 3.窄缝坎l.高拱坝 23.A宽尾墩 232.墩头 31冰流进口41.A表孔溢流通道 43.C表孔溢流通道ll.上游坝面 24.B宽尾墩 233.扩散段 32.水流出口 42.B表孔溢流通道 44.D表孔溢流通道12.下游坝面 25.C宽尾墩 234.顺直段 33.收缩段21.A边墩 26.D宽尾墩 235.交线 34.顺直段具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构,该 消能工结构在高拱坝的坝顶设有多个表孔宽尾墩,在高拱坝的坝身设有多个深孔窄缝 坎。此种设计有表孔宽尾墩、深孔窄缝坎的高拱坝坝身泄洪方式有利于水舌在竖向和纵向方向上充分扩散，以适应狭窄河谷地形；相邻两个表孔宽尾墩之间形成表孔溢流 通道，下泄水流受到表孔溢流通道的横向收缩，使得表孔水舌形成窄薄片状射流；下 泄水流从深孔窄缝坎的水流进口 3l进入后，受到窄缝坎的横向收縮，使得深孔水舌形成窄薄片状射流。表孔水舌与深孔水舌交错射入下游水垫塘，避免了表、深孔水舌 在空中碰撞，不仅可以消除碰撞溅水产生的雾化问题，同时可以提高水垫塘的消能效 率，大大降低了水垫塘底板的动水冲击压力。参见图l所示，高拱坝1的坝顶面设有多个宽尾墩，相邻宽尾墩之间为表孔溢 流通道。即A边墩21与A宽尾墩23之间为A表孔溢流通道41 ， A宽尾墩23与B 宽尾墩24之间为B表孔溢流通道42， D宽尾墩26与C宽尾墩25之间为C表孔 溢流通道43， C宽尾墩25与B边墩22之间为D表孔溢流通道44。在高拱坝1 的坝身高度的l/2~2/3处设有多个深孔窄缝坎；深孔窄缝坎的射流出口与表孔射 流交错。窄缝坎的水流进口设在上游坝面11上，水流出口延伸出下游坝面12。即 窄缝坎3的水流进口 31设在上游坝面ll上，水流出口32延伸出下游坝面12,水 流出口 32的延伸段为10 15m。参见图2所示，A宽尾墩23的墩头232与墩尾231之间有顺直段234、扩散 段233，扩散段233相对于顺直段234的扩散角^为11.05 21.8度(图5所示)。 参见图4所示，顺直段234与扩散段233的交线235与A溢流通道41的溢流堰 面411的交点^即为A溢流通道41的收縮点。x。表示溢流堰顶点o到收缩点^水 平距离，^表示溢流堰顶点o到收缩点^的垂直距离。收缩点^与溢流堰面定型设计 水头A之间的相关位置坐标为^ = V A ,参见图3、图3A所示，窄缝坎3的水流进口 31与水流出口 32之间有顺直段 34、收縮段33。针对窄缝坎3的构形，收縮段33相对于顺直段34的收缩角/ 为 12 15度，收缩段33的长度s不应小于10m,水流出口 32的宽度"与水流进口 31的宽度"之比(收縮比5 = ^///))应当满足0.3 0.7。参见图5所示，A宽尾墩23的顺直段234的宽度记为6 ，墩尾231的宽度记 为6。 ， A溢流通道42在相邻宽尾墩的顺直段的宽度记为5 ， A溢流通道42在相邻 宽尾墩的扩散段末端的宽度记为A ,扩散段233相对于顺直段234的扩散角记为0 ， 扩散段233的长度记为/。在本专利技术中，宽尾墩的扩散角满足e-arctan^。溢流通道出口宽度5。与顺直段宽度^满足s = S = 1 。本专利技术设计的高效消能工结构适用于坝高200 300m,大流速30~50m/s、 大流量10000~50000m3/s 、大单宽流量100~300m3/(s 'm)的狭窄河谷的高 拱坝。将本专利技术的用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构，分别 对l.O、 0.3、 0.4、 0.5等4种收缩比的宽尾墩构形在各种来流条件下的流态进行了实验观测。结果表明，与平尾墩条件下(收缩比为1.0)急流跌水不同，随着收缩比 的减小和堰前水位的提高，在宽尾墩收缩式闸室内会出现急流冲击波、水跃壅水、缓 流等流态。当宽尾墩始扩点位置参数^>0.85和^>0.37时，急流冲击波、水跃壅水 两种流态由于堰流仍有小于临界水深的断面出现，不会影响过堰流量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于峡谷区高拱坝坝身泄洪的分层多股非碰撞高效消能工结构，其特征在于：所述消能工结构在高拱坝的坝顶设有多个表孔宽尾墩，相邻宽尾墩之间为表孔溢流通道，以便形成表孔纵向扩散水流；在高拱坝的坝身高度的１／２～２／３处设有多个深孔窄缝坎；深孔窄缝坎的射流出口与表孔射流交错。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沛清，焦爱萍，原平新，钮本良，张春满，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]