[发明专利]一种消除水翅的复合式尾墩

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程的引流设施，特别涉及一种用于消除溢洪道、泄洪洞闸墩后或河道闸坝墩后水翅现象的尾墩。

背景技术

大多数水利水电工程中，当设计流量较大时，常在溢洪道进口段加设闸墩，将进水口分隔成数孔，以减小闸门尺寸，防止闸门跨度过大。但在泄洪时，闸墩尾部却极易发生水翅(水冠)现象，所谓水翅现象是指从闸室下泄的水流在中墩尾部交汇时，激起一股形状类似鱼类背鳍的水体，这种现象往往会给水工建筑物带来诸多不利影响甚至危害。若下泄水流稍有波动或闸墩两侧闸门未对称开启，都会导致水翅在泄槽内摆动、冲击甚至翻越边墙，势必增加溢洪道边墙的设计高度，从而提高工程造价。而强水翅形成的水雾所引起的雾化问题也会影响附近电站的电气设备正常运行，还会影响周围的建筑物和地质环境。若水翅发生在泄洪洞中，激起的水流容易冲击泄洪洞顶，其引起的波动还会造成泄洪洞内水流流态不稳，严重威胁到泄洪洞的安全运行。此外，河道闸坝墩后的水翅还会形成菱形波等不良流态，干扰正常的泄洪消能。

降低水翅高度的传统方法是在闸墩后加设类似图1所示的四棱台型尾墩，该类尾墩虽然能在一定程度上减弱水翅现象，但仍然无法有效避免水翅的发生，尤其当下泄流量为大、中流量时，尾墩后形成的水翅依然会影响下泄水流流态的平稳，因此该类尾墩在实际工程应用中还存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种消除水翅的复合式尾墩，以有效消除闸墩后的水翅现象，改善溢洪道、泄洪洞或下游河道内的流态，提高泄水建筑物运行的安全性。

本发明提供的消除水翅的复合式尾墩，由位于上部的隔水墩和位于下部的托流墩座组成，且隔水墩和托流墩座为一体化结构；

所述隔水墩为五面体，具有第一后端面、第一左侧面、第一右侧面、第一顶面和第一底面；第一后端面为铅垂面且形状为矩形，该矩形第一后端面的上边和下边的边长b与闸墩的宽度相同；第一底面的形状为等腰三角形，该等腰三角形第一底面以第一后端面的下边为底边，该底边上的高在水平面的投影长度L为L_c的1.3～1.5倍，所述L_c＝0.5b·k·Fr_m，式中，k＝1.5～2.0，Fr_m为闸墩墩尾处泄流的最大弗汝德数；第一左侧面和第一右侧面为形状及尺寸相同的梯形面，第一左侧面、第一右侧面分别以矩形第一后端面的左边和右边为下底，均以通过等腰三角形第一底面顶点的铅垂线为上底，所述上底的长度小于下底的长度；第一顶面的形状为等腰三角形，该等腰三角形第一顶面以第一后端面的上边为底边，以第一左侧面或第一右侧面的上底上端点为顶点；

所述托流墩座为曲面体，具有第二前端面、第二后端面、第二左侧面、第二右侧面、第二顶面和第二底面；第二前端面为半椭圆锥面，该半椭圆锥面以通过隔水墩中的等腰三角形第一底面顶点的铅垂线为中心线，所述半椭圆锥面的高度h₂为所在位置处最大泄流水深的0.30～0.40倍，该半椭圆锥面在水平面的投影宽度与第一后端面的下边边长相等，在水平面的投影长度为第一后端面下边边长的1～1.5倍；第二后端面为铅垂面且形状为矩形，该矩形第二后端面的上边和下边的边长与第一后端面上边和下边的边长相等，该矩形第二后端面左边和右边的边长h₃与所述半椭圆锥面的高度h₂相等；第二顶面与隔水墩中的第一底面为同一等腰三角形面，第二顶面为托流墩座与隔水墩的结合面；第二左侧面和第二右侧面均为扭面且互为镜像对称，第二左侧面的前端与形成第二前端面的半椭圆锥面左侧衔接，第二左侧面以第二后端面的左边为后端，第二右侧面的前端与形成第二前端面的半椭圆锥面右侧衔接，第二右侧面以第二后端面的右边为后端；第二底面的形状与闸墩之后溢洪道、泄洪洞或消力池底板的坡度相匹配，第二底面的水平投影宽度与第二后端面的下边边长相等。

上述消除水翅的复合式尾墩的技术方案中，所述隔水墩的第一左侧面和第一右侧面上底的长度h₁为所在位置处最大水深的0.45～0.50倍。

上述消除水翅的复合式尾墩的技术方案中，隔水墩中第一后端面的左边边长与托流墩座中第二后端面的左边边长之和h＝隔水墩中第一后端面的右边边长与托流墩座中第二后端面的右边边长之和h＝闸墩墩尾处泄流的最大水深的1.05～1.1倍。

上述消除水翅的复合式尾墩的技术方案中，隔水墩中的第一顶面与第一左侧面、第一右侧面通过圆弧面过渡。