含反弧面的阶梯消能工制造技术

一种含反弧面的阶梯消能工，包括紧接进水口的顺直段、与顺直段相接的异形阶梯段，所述异形阶梯段的各级阶梯均由顺坡式斜面、与顺坡式斜面相接的反弧面、与反弧面相接的水平过渡面组成，异形阶梯段的底坡坡度与顺直段的底坡坡度相同，顺直段的长度∶异形阶梯段的长度=1∶1~10，异形阶梯段的各级阶梯长度和高度相同，各级阶梯的长度L1为0.4~18m，各级阶梯的高度h1为0.5~3m。可在顺直段增设前置掺气坎，以进一步提高抗空蚀破坏能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内流泄洪消能设施，特别涉及一种用于溢洪道(洞)或坝面溢流的阶梯消能エ。
技术介绍
阶梯的消能方式属内流消能，因其结构特殊性导致水流结构改变，加之边界糙率的影响，水流自身紊动增強，易形成旋滚，带动产生能量耗散涡，极易实现势能向紊动能及热能的转化，消能效果好；并且其实用性强，所需经济成本低、施工方便、便于检修，因此，发展前景十分广阔。传统均匀连续“一”形阶梯(简称传统阶梯)在实际工程应用中受到普遍好评，但是随着我国水利工程的发展，传统阶梯的适应性变差，其弊端逐渐显现。分析原因，近10年来，我国的大型水利工程均呈现高坝大库的特征，与之对应在泄洪消能环节的要求及难度越来越大，据统计表明，传统阶梯用于下泄单宽流量在50m3/s-m以上的水流吋，存在以下不足1、消能率明显下降，沿程消除大部分势能的优势明显弱化；2、下泄流量増大，阶梯面上水流经过时流速迅速増大，由能量守恒便知，压强锐减，这ー趋势使空蚀破坏发生的可能性陡增。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含反弧面的阶梯消能エ，以改善水流结构，增强消能效果，减小或避免空蚀破坏。本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ，包括紧接进水口的顺直段、与顺直段相接的异形阶梯段，所述异形阶梯段的各级阶梯均由顺坡式斜面、与顺坡式斜面相接的反弧面、与反弧面相接的水平过渡面组成，异形阶梯段的底坡坡度与顺直段的底坡坡度相同，顺直段的长度异形阶梯段的长度=I Γιο.,本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ，可在顺直段增设前置掺气坎，以进一步提高抗空蚀破坏能力。上述含反弧面的阶梯消能エ，其异形阶梯段的各级阶梯长度和高度相同，各级阶梯的长度L1为O. 4 m 18m，各级阶梯的高度Ii1为O. 5 m 3m。上述含反弧面的阶梯消能エ，其异形阶梯段的各级阶梯的顺坡式斜面与铅垂面的夹角相同，反弧面半径相同，水平过渡面长度相同，各级阶梯的顺坡式斜面与铅垂面的夹角β为5°飞0°，各级阶梯的反弧面半径R为O. 5m飞m，各级阶梯的水平过渡面长度L2为 O. 2m 2m。试验表明，上述倒坡式阶梯消能エ的倒坡式阶梯段和顺直段的底坡倾角θ=8° 65°。本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ中的反弧面可为水流提供向心力，利于漩涡、形成，主漩涡尺寸増大，并带动周围水体形成次生漩涡，因而单级阶梯上内部水流紊动耗散加剧，消能率提高，再经过沿程逐级累加，整体消能率有效提升，与传统阶梯消能エ相比，消能率至少提高5°/Γ20%。2、本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ中的顺坡式斜面，可减小或避免空蚀破坏，其坡度适应于不同实际工程。3、本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ中的水平过渡面能钝化阶梯的凸角，提高阶梯的使用寿命。4、本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ，体型易优化，施工可操作性强，可广泛用于各种水利工程。 5、本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ，在来流较小的情况下，仅该结构本身就能满足工程需求；随着来流的増加，配合前置掺气坎可保护前几级易发生空蚀破坏的阶梯，使其适用范围増大。附图说明图I是本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ的第一种结构示意图；图2是图I的俯视图；图3是本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ的第二种结构示意图，顺直段上设置有前置掺气坎；图4是图3的俯视图；图5是本专利技术所述含反弧面的阶梯消能エ的消能机理示意图。图中，Iー顺直段、2—异形阶梯段、3—阶梯的顺坡式斜面、4一阶梯的反弧面、5—阶梯的水平过渡面、6—边墙、7—前置掺气坎、Θ—异形阶梯段和顺直段的底坡倾角、L1 一单级阶梯的长度、Ii1 ー单级阶梯的高度、β 一顺坡式斜面与铅垂面的夹角、R—反弧面的半径、L2—水平过渡面长度、i一前置掺气坎坡比、h2—前置掺气坎高度、B—溢洪道或坝面溢流宽度(阶梯宽度)。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术所述含反弧面的阶梯消能工作进ー步说明。下述各实施例根据某水电站枢纽工程设计，所述电站集水面积为5800km2，厂址控制集水面积为6350km2。电站溢洪道最大工作水头150m，最大下泄流量980m3/s，设计溢洪道或坝面溢流宽度B=IOm,最大单宽流量98m3/s.m。实施例I本实施例中，含反弧面的阶梯消能エ的结构如图I、图2所示，包括紧接进水口的顺直段1，与顺直段相接的异形阶梯段2，所述顺直段I桩号间距离17m，所述异形阶梯段2桩号间距离108m，异形阶梯段和顺直段的底坡坡度相同，其底坡的倾角Θ为18. 4°，单宽流量80m3/s. m,设置有边墙6。所述异形阶梯段2的各级阶梯均由顺坡式斜面3、与顺坡式斜面相接的反弧面4、与反弧面相接的水平过渡面5组成，各级阶梯长度和高度相同，顺坡式斜面与铅垂面的夹角相同，反弧面半径相同，水平过渡面长度相同，阶梯长度L1=7. 5m,阶梯高度1^=2.5111，顺坡式斜面与铅垂面的夹角β=45°，反弧面半径R=5m，水平过渡面长度L2=2m0试验测试表明与同等体型的“一”字形传统阶梯相比(下泄单宽流量为80m3/s.m)，本实施例中的含反弧面的阶梯消能エ整体流态稳定，单级阶梯上的紊动及旋滚更强烈，消能率提高10%，约为84%。实施例2本实施例中，含反弧面的阶梯消能エ的结构如图3、图4所示。与实施例I不同之处是在顺直段I上设置有前置掺气坎7。所述前置掺气坎设置在距离第I级异形阶梯起点7m处，其坡比为i=l:3，其侧面垂直于顺直段，高度h2 =0. 5m。试验测试表明与同等体型的“一”字形传统阶梯相比(下泄单宽流量为80m3/ s.m)，本实施例中的含反弧面的阶梯消能エ的整体流态稳定，单级阶梯上的紊动及旋滚更強烈，消能率提高12%，约为86%，前3飞级阶梯空蚀破坏情况明显改善，负压值减小35%。实施例3本实施例中，含反弧面的阶梯消能エ的结构如图I、图2所示，包括紧接进水口的顺直段1，与顺直段相接的异形阶梯段2，所述顺直段I桩号间距离4m，所述异形阶梯段2桩号间距离20m，异形阶梯段和顺直段的底坡坡度相同，其底坡的倾角Θ为60°，单宽流量80m3/s. m,设置有边墙6。所述异形阶梯段2的各级阶梯均由顺坡式斜面3、与顺坡式斜面相接的反弧面4、与反弧面相接的水平过渡面5组成，各级阶梯长度和高度相同，顺坡式斜面与铅垂面的夹角相同，反弧面半径相同，水平过渡面长度相同，阶梯长度L1=L 75m,阶梯高度1^=3111，顺坡式斜面与铅垂面的夹角β=30°，反弧面半径R=2m，水平过渡面长度L2=O. 2m。试验测试表明与同等体型的“一”字形传统阶梯相比(下泄单宽流量为80m3/s.m)，本实施例中的含反弧面的阶梯消能エ整体流态稳定，单级阶梯上的紊动及旋滚更强烈，消能率提高10%，约为84%。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含反弧面的阶梯消能工，包括紧接进水口的顺直段(I)，其特征在于还包括与顺直段相接的异形阶梯段(2)，所述异形阶梯段(2)的各级阶梯均由顺坡式斜面(3)、与顺坡式斜面相接的反弧面(4)、与反弧面相接的水平过渡面(5)组成，异形阶梯段(2)的底坡坡度与顺直段(I)的底坡坡度相同，顺直段的长度异形阶梯段的长度=1 Γ Οο2.根据权利要求I所述含反弧面的阶梯消能工，其特征在于所述异形阶梯段的各级阶梯长度和高度相同，各级阶梯的长度L1为O. 4m 18m，各级阶梯的高度Ii1为O. 5 m 3m。3.根据权利要求I所述含反弧面的阶梯消能工，其特征在于所述异形阶梯段的各级阶梯的顺坡式斜面与铅垂面的夹角相同，反弧面半径相同，水平过渡面长度相同，各级阶梯的顺坡式斜面与铅垂面的夹角β为5°飞0°...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建民，许唯临，刘善均，王韦，邓军，曲景学，田忠，张法星，周茂林，聂境，余飞，崔瑞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：