[发明专利]一种分层错角式底流消能工

说明书

本发明公开了一种分层错角式底流消能工，包括消力池和消力池上游的溢洪道，所述溢洪道并排设置，并通过边墙分别隔离开来，每个溢洪道均由上游直段和下游反弧段光滑衔接而成，溢洪道根据反弧段弧度不同而挑角不同，分为大挑角溢洪道和小挑角溢洪道，各大挑角溢洪道的挑角相同，各小挑角溢洪道的挑角相同，且大挑角溢洪道和小挑角溢洪道间隔排列布置。本发明所述分层错角式底流消能工，能够改善消力池消能特性，提高消能率，避免消力池底板冲刷破坏，节约成本。

技术领域

本发明属于水利水电工程中高坝泄洪消能技术领域，具体涉及一种分层错角式底流消能工。

背景技术

泄水消能建筑物是水利水电工程的必备设施，是保障工程及河道岸坡安全的关键，泄洪消能是水力学中最重要的问题之一。高坝的泄水建筑物如溢流坝、泄洪陡槽、泄水底孔、泄洪隧洞等因上、下游水位差大，泄水流速一般可达25m/s以上，有的则高达50m/s以上。高速水流携带的巨大能量不仅会威胁泄水建筑物甚至坝体的安全，还会造成下游河床冲刷、水面波动等问题，严重影响工程的安全运行。因此，设置合适的消能建筑物使下泄水流在下游较短范围内消耗所含的大部分动能，并使其与下游水流妥善衔接。

底流消能作为一种常用的泄洪消能设施，通过水跃发生的表面旋滚和强烈紊动来达到消能的目的。在水跃区内，水流运动要素急剧变化，水流紊动、混渗强烈，上部旋滚和主流之间质量不断交换，导致水跃区域内有较大的能量损耗。水跃消能的临底流速较大，且易对消力池底板产生严重的冲刷破坏，脉动压力问题也比较突出。国内外有很多底流消能建筑物发生破坏的情况，如俄罗斯的萨扬舒申斯克水电站、美国的德沃夏克及利贝水电站，国内的安康、景洪、泸定水电站等，都发生过消力池底板冲刷破坏的情况。目前研究中，所提出的跌坎型消力池，虽然可一定程度上降低消力池的临底流速，但这需要非常大的跌坎高度，这使得消力池的开挖和建设成本大大增加。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种分层错角式底流消能工，以改善消力池消能特性，提高消能率，避免消力池底板冲刷破坏，节约成本。

本发明提供的分层错角式底流消能工，包括消力池和消力池上游的溢洪道，所述溢洪道并排设置，并通过边墙分别隔离开来，每个溢洪道均由上游直段和下游反弧段光滑衔接而成，溢洪道根据反弧段弧度不同而挑角不同，分为大挑角溢洪道和小挑角溢洪道，各大挑角溢洪道的挑角相同，各小挑角溢洪道的挑角相同，且大挑角溢洪道和小挑角溢洪道间隔排列布置。

进一步地，所述大挑角溢洪道和小挑角溢洪道的反弧段的末端高程，均与消力池底板高程具有一定的高差，且高差范围1～3米。

进一步地，所述大挑角溢洪道反弧段末端挑角为10～20°。

进一步地，所述小挑角溢洪道反弧段末端挑角为1～5°。

进一步地，各溢洪道直线段的坡度相同。

进一步地，所述溢洪道的数量，根据泄洪流量和实际工程条件设置3-5道，优选为3道。

本发明所述分层错角式底流消能工在泄洪过程中（以3道溢洪道为例），中间溢洪道和两侧溢洪道末端具有一定的挑角，挑角大小不同且间错布置，并且中间溢洪道和两侧溢洪道末端具有一定的高差，上游水流通过两侧和中间三个溢洪道进入下游消力池，形成中间低，两侧高，中间近，两侧远的水跃。在顺水流方向，由于中间溢洪道具有较大的向上挑角，中间水流形成一较短长度（较近）的水跃，而两侧溢洪道具有较小的向上挑角，两侧水流形成一较长长度（较远）的水跃。水跃长度远近不同，使水流分散进入消力池，且使水跃内部的水流流线方向不同。并且，由于中间溢洪道形成水跃较短，水深最先达到最大值，而两侧溢洪道形成水跃较长，中间溢洪道水跃末端水流会向两侧扩散（水深高的流向水深低的扩散），并与两侧水跃发生交汇，局部剪切，增加能量消耗，这些都使得消力池临底流速会大大降低，大大减小了消力池冲刷破坏的风险。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：