基于挑坎的辅助消能砌块制造技术

本实用新型专利技术公开了基于挑坎的辅助消能砌块，包括泄洪段和挑坎，泄洪段右端固定连接挑坎左端，泄洪段上表面和挑坎上表面开设弧形面，弧形面上开设多个将泄洪段上的水流引入的入口段、多个引导水流碰撞的碰撞段和多个将碰撞段上的水流引出的出口段，多个入口段位于碰撞段左侧，多个入口段右端连通碰撞段左端，多个出口段左端连通碰撞段右端，多个入口段和多个出口段以碰撞段为圆心呈环状分布。利用水体的相互碰撞，增加水流内部的紊动扩散和摩擦，促使水体部分动能转化为热能，降低水体动能，消耗水体机械能。

Auxiliary energy dissipation block based on flip bucket

【技术实现步骤摘要】
基于挑坎的辅助消能砌块
本技术涉及一种基于挑坎的辅助消能砌块，属于水力学大坝消能

技术介绍
随着高水头水电资源的开发趋于饱和，中低水头水利枢纽的开发成为了新的水利资源开发的重要方向。中低水头水利枢纽的泄水建筑物具有水头低、流速大、水深较深的特点，容易出现水流单宽流量大、弗劳德数低的问题，致使闸下消能设施的消能率普遍较低，泄洪过程中的消能与防冲问题更加突出。设置泄水消能结构，旨在利用工程设施，防止或减轻水流对水工建筑物及其下游河床的冲刷破坏，其原理主要是消耗、分散水流的能量，促进水流的动能最终转变成热量而耗损水体机械能，或使水流的动能分散以减弱对河床的破坏。目前广泛使用的低水头消能方式有挑流消能、底流消能和设置辅助消能工。挑流消能具有结构简单、施工方便、节省工程费用和对尾水变幅适应性强等优点，缺点是下游局部冲刷问题严重，尾水波动及雾化范围大。在低水头水利枢纽中，挑流消能的消能率偏低。将底流消能与辅助消能工结合，如在消力池内设置淹没式冲击墩，水流在消力池中发生淹没式水跃，并在通过冲击墩时，可以实现分流、转向、冲击挑流。该方法的消能率较高，但辅助消能工容易产生空蚀空化问题，破坏枢纽结构，需要定期更换。因此，仍有待于对挑流消能、底流消能和设置辅助消能工的综合消能结构进行优化。降低水流对辅助消能工的冲击破坏程度的同时，提高整体消能率，降低工程量和工程造价。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于挑坎的辅助消能砌块，使下泄水流能量快速消耗，减少对下游河床冲刷的挑流坎。为达到上述目的，本技术提供基于挑坎的辅助消能砌块，包括泄洪段和挑坎，泄洪段右端固定连接挑坎左端，泄洪段上表面和挑坎上表面开设弧形面，弧形面上开设多个将泄洪段上的水流引入的入口段、多个引导水流碰撞的碰撞段和多个将碰撞段上的水流引出的出口段，多个入口段位于碰撞段左侧，多个入口段右端连通碰撞段左端，多个出口段左端连通碰撞段右端，多个入口段和多个出口段以碰撞段为圆心呈环状分布。优先地，挑坎上的弧形面左端高度低于挑坎上的弧形面右端高度。优先地，每两个入口段、一个碰撞段和每两个出口段相互连通组合形成X形的交叉引流槽道，两个入口段之间的夹角为60°-64°，相邻的入口段和出口段之间夹角为108°-115°，两个出口段之间的夹角为70°-80°。优先地，多个入口段和多个出口段均为开设在弧形面上的引流槽道，引流槽道横截面为倒梯形，引流槽道斜面与水平面的夹角为55°-60°；碰撞段为开设在弧形面上的圆柱形凹槽。优先地，挑坎的挑角为20°-25°。优先地，出口段的轴线与水平线的角度为50°-55°。优先地，碰撞段的直径为引流槽道宽度的3.0-3.5倍。本技术所达到的有益效果：(1)下泄水流部分进入X形槽道入口段，由槽道引流、分流，改变运动迹线，这部分水流在X形槽道中部的类圆柱体碰撞区发生碰撞。利用水体的相互碰撞，增加水流内部的紊动扩散和摩擦，促使水体部分动能转化为热能，降低水体动能，消耗水体机械能；(2)部分水流由X形槽道出口段引流，改变运动迹线，在出流处形成一定角度的斜射，与相邻X型槽道的斜射水流碰撞，再次利用水体碰撞，消耗水体机械能；(3)下泄水流在挑坎出流后，由于斜射和相互碰撞，使其在空间中占有更大的体积，水流在扩散过程中卷吸更多的空气，提高掺气率，实现水体动能向热能的转换，消耗部分水体机械能；并且分散了水流动能，减弱对河床的破坏；(4)本技术的特点是减少机械设置引起水体紊动的结构，通过改变部分水流迹线，利用水流交错的运动轨迹增强水流的紊动和扩散，从而达到快速消耗水体机械能的目的。在满足泄水要求的基础上，提高消能效果。附图说明图1是本技术的结构图；图2是本技术的剖面图；图3是本技术中挑坎的俯视图；图4是本技术中挑坎的主视图；图5是本技术工作时的俯视图；图6是本技术工作时的剖视图。附图中标记含义，1-泄流段；2-挑坎；3-入口段；4-碰撞段；5-出口段。具体实施方式以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。基于挑坎的辅助消能砌块，包括泄洪段1和挑坎2，泄洪段1右端固定连接挑坎2左端，泄洪段1上表面和挑坎2上表面开设弧形面，弧形面上开设多个将泄洪段1上的水流引入的入口段3、多个引导水流碰撞的碰撞段4和多个将碰撞段4上的水流引出的出口段5，多个入口段3位于碰撞段4左侧，多个入口段3右端连通碰撞段4左端，多个出口段5左端连通碰撞段4右端，多个入口段3和多个出口段5以碰撞段4为圆心呈环状分布。进一步地，挑坎2上的弧形面左端高度低于挑坎2上的弧形面右端高度。进一步地，每两个入口段3、一个碰撞段4和每两个出口段5相互连通组合形成X形的交叉引流槽道，两个入口段3之间的夹角为60°-64°，相邻的入口段3和出口段5之间夹角为108°-115°，两个出口段5之间的夹角为70°-80°相邻两个交叉引流槽道中的出口段5中的水路相互撞击快速消耗水体机械能。进一步地，多个入口段3和多个出口段5均为开设在弧形面上的引流槽道，引流槽道横截面为倒梯形，引流槽道斜面与水平面的夹角为55°-60°；碰撞段4为开设在弧形面上的圆柱形凹槽。进一步地，挑坎2的挑角为20°-25°。进一步地，出口段5的轴线与水平线的角度为50°-55°。进一步地，碰撞段4的直径为引流槽道宽度的3.0-3.5倍。水流下泄时，平稳的由泄流段1流经挑坎2，挑坎2上的弧形面逐渐上翘，上翘角度为20-25°，入口段3相对于挑坎2向下开挖，入口段3的下底面与挑坎2的弧形面平行。在挑坎2的中间位置，在入口段3和出口段5的交叉点设置有碰撞段4。碰撞段4直径为入口段3宽度的3.0-3.5倍。出口段5与入口段3通过碰撞段4相连接，出口段5的下底面与挑坎2弧形面平行。如图4所示，X形引流槽道截面为倒梯形。槽道上、下底边沿槽道方向等宽，倒梯形的较长边的宽度为1.2-1.5米。如图5-6所示，泄水流A、泄水流B流经挑坎2、进入入口段3时，分为两股水流，泄水流A、泄水流B分别沿入口段3进入碰撞段4。两股运动迹线斜交的泄水流A、泄水流B在碰撞段4发生水体碰撞，增加水流内部的紊动扩散和摩擦，促使水体部分动能转化为热能，降低水体动能，消耗水体机械能。如图5所示，在碰撞段4发生第一次水体碰撞后，水流B继续向前运动，经出口段5引流、挑流、出流。相邻单元的挑坎2上的水流C，经过出口段5改变运动轨迹，在经过挑坎2出流时，与挑坎2末端断面呈斜向出流。在刚刚离开挑坎2的位置，水流B、C的运动迹线斜交，水流B、C发生水体碰撞，快速消耗水体机械能。由于水体斜交的碰撞运动，水流在扩散过程中卷吸更多的空气，水流与空气的强烈掺混，提高掺气率，实现水体动能向热能的转换，消耗部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于挑坎的辅助消能砌块，其特征在于，包括泄洪段（1）和挑坎（2），泄洪段（1）右端固定连接挑坎（2）左端，泄洪段（1）上表面和挑坎（2）上表面开设弧形面，弧形面上开设多个将泄洪段（1）上的水流引入的入口段（3）、多个引导水流碰撞的碰撞段（4）和多个将碰撞段（4）上的水流引出的出口段（5），多个入口段（3）位于碰撞段（4）左侧，多个入口段（3）右端连通碰撞段（4）左端，多个出口段（5）左端连通碰撞段（4）右端，多个入口段（3）和多个出口段（5）以碰撞段（4）为圆心呈环状分布。/n

【技术特征摘要】
1.基于挑坎的辅助消能砌块，其特征在于，包括泄洪段（1）和挑坎（2），泄洪段（1）右端固定连接挑坎（2）左端，泄洪段（1）上表面和挑坎（2）上表面开设弧形面，弧形面上开设多个将泄洪段（1）上的水流引入的入口段（3）、多个引导水流碰撞的碰撞段（4）和多个将碰撞段（4）上的水流引出的出口段（5），多个入口段（3）位于碰撞段（4）左侧，多个入口段（3）右端连通碰撞段（4）左端，多个出口段（5）左端连通碰撞段（4）右端，多个入口段（3）和多个出口段（5）以碰撞段（4）为圆心呈环状分布。


2.根据权利要求1所述的基于挑坎的辅助消能砌块，其特征在于，挑坎（2）上的弧形面左端高度低于挑坎（2）上的弧形面右端高度。


3.根据权利要求1所述的基于挑坎的辅助消能砌块，其特征在于，每两个入口段（3）、一个碰撞段（4）和每两个出口段（5）相互连通组合形成X形的交叉引流槽道，两个入口段（3）之间的夹角为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘馨馨，王亚琳，朱海，鲍萧戈，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32