一种用于消力池的底坎结构

摘要

本发明公开了一种用于消力池的底坎结构，包括设置在消力池底板上的且与溢流槽尾部相接的前部底坎，以及设置在消力池底板尾部的且与护坦相接的尾部底坎；所述前部底坎的迎水流方向包括第一爬坡段以及与第一爬坡段相衔接的第一内凹圆弧段，所述前部底坎的背水流方向包括具有下坡段，所述下坡段包括第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段和第一下凹弧形段。所述尾部底坎包括沿消力池宽度方向间隔设置的缓冲回旋部和缓流部，所述缓冲回旋部包括第二爬坡段以及与第二爬坡段相衔接的第二内凹圆弧段，所述缓流部包括第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段。本发明的消力池的底坎结构消能效果好且使得水流流入护坦更加顺畅。

权利要求

1.一种用于消力池的底坎结构，其特征在于：包括设置在消力池底板上的且与溢流槽尾部相接的前部底坎，以及设置在消力池底板尾部的且与护坦相接的尾部底坎；所述前部底坎沿水流方向设置有至少两排，每一排设置有多个前部底坎且两排前部底坎相错排列；

所述前部底坎的迎水流方向包括由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第一爬坡段以及与第一爬坡段相衔接的第一内凹圆弧段，所述第一内凹圆弧段的开口朝向为迎水流方向，所述第一内凹圆弧段使得由溢流槽流下的水流在此处形成漩流；且在所述前部底坎的背水流方向形成由第一内凹圆弧段顶部向下游延伸至消力池底板的下坡段，所述下坡段的上部为第一上凸弧形段，所述下坡段的下部为第一下凹弧形段，所述第一上凸弧形段与第一下凹弧形段之间为连续的第一凹凸弧形段；且所述前部底坎的第一爬坡段和第一内凹圆弧段平滑过渡、所述前部底坎的第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段以及第一下凹弧形段平滑过渡；

所述尾部底坎包括沿消力池宽度方向间隔设置的缓冲回旋部和缓流部，所述缓冲回旋部具有由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第二爬坡段以及与第二爬坡段相衔接的第二内凹圆弧段，所述第二内凹圆弧段的开口朝向为迎水流方向，水流沿第二爬坡段缓慢爬至第二内凹圆弧段并在此形成漩流；所述缓流部为由所述消力池底板沿下游方向逐渐升高的第三爬坡段，所述第三爬坡段包括沿下游方向依次设置的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段；且所述缓冲回旋部的第二爬坡段与第二内凹圆弧段平滑过渡，所述缓流部的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段平滑过渡；所述缓冲回旋部的高度高于所述缓流部的高度。

2.如权利要求1所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：所述缓流部的高点位于所述第二内凹圆弧段的中部。

3.如权利要求2所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：所述缓流部侧壁高出所述缓冲回旋部的侧壁的部分形成与缓冲回旋部相接的斜壁。

4.如权利要求3所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：所述缓冲回旋部的宽度L等于2～3倍缓流部的宽度l。

5.如权利要求4所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：所述尾部底坎的两端部均设置缓冲回旋部。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：第一排前部底坎的前端部距溢流槽尾部1～5m。

7.如权利要求6所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：第二排前部底坎的前端部位于第一排前部底坎的第一内凹圆弧段的结束位置处。

8.如权利要求7所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：第一排前部底坎数量比第二排前部底坎的数量多1个。

9.如权利要求8所述的用于消力池的底坎结构，其特征在于：相邻的第一排前部底坎和第二排前部底坎之间的宽度为2～10mm。

说明书

一种用于消力池的底坎结构

技术领域

[0001] 本发明涉及水利工程中的消能设备，尤其涉及消力池以及其底坎结构。

背景技术

[0002] 消力池是用于水利水电工程中，促使在泄水建筑物下游产生底流式水跃的消能设施。消力池能使下泄急流迅速变为缓流，一般可将下泄水流的动能部分消除，并可缩短护坦长度，是一种有效而经济的消能设施。消力池一般包括与溢流槽相接的消力池底板，设置在消力池底板两侧的消力池边板，以及设置在消力池尾部的消力池尾坎，消力池的尾坎后设置护坦。而为了达到更好的消能效果，通常会在消力池的底板上设置有底坎，用于进一步消除水流的动能。

[0003] 在中国专利CN204174588U中公开了一种用于消力池的底坎结构，并具体公开了沿水流方向设置在所述消力池末端的底坎本体，所述底坎本体至少具有一个坎顶面和一个与下游河床连接的下游坎侧面，所述下游坎侧面为向上游方向倾斜，向上游方向倾斜的所述下游坎侧面与所述坎顶面在转角处的连接为曲线平滑过渡连接。该专利的作用是使得水流平稳流入下游河道。但是该专利中的底坎存在的问题是对水流消能不足，使得水流容易冲击底板以及尾坎，造成底板或者尾坎的空蚀或撞击破坏。

[0004] 在中国专利CN108316256A中公开了一种折板式尾坎消力池，并具体公开了底板、消力池末端尾坎及设置与尾坎顶部向上游延伸的折板，所述底板、尾坎、折板形成抽屉型。该专利中的消力池结构能够提高尾坎的消能效果。但是，该结构中在尾坎处设置了折板，那么就需增加消力池的深度。而且水流需越过尾坎才能达到护坦，使得尾坎处的水流入到护坦时不够顺畅，并且会造成尾坎处的撞击破坏或空蚀。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种消能效果好且水流顺畅的用于消力池的底坎结构。

[0006] 为了实现上述目的，本发明是这样实现的：一种用于消力池的底坎结构，包括设置在消力池底板上的且与溢流槽尾部相接的前部底坎，以及设置在消力池底板尾部的且与护坦相接的尾部底坎；所述前部底坎沿水流方向设置有至少两排，每一排设置有多个前部底坎且两排前部底坎相错排列；所述前部底坎的迎水流方向由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第一爬坡段以及与第一爬坡段相衔接的第一内凹圆弧段构成，所述第一内凹圆弧段的开口朝向迎水流方向，所述第一内凹圆弧段使得由溢流槽流下的水流在此处形成漩流；且在所述前部底坎的背水流方向形成由第一内凹圆弧段顶部向下游延伸至消力池底板的下坡段，所述下坡段的上部为第一上凸弧形段，所述下坡段的下部为第一下凹弧形段，所述第一上凸弧形段与第一下凹弧形段之间为连续的第一凹凸弧形段；且所述前部底坎的第一爬坡段和第一内凹圆弧段平滑过渡、所述前部底坎的第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段以及第一下凹弧形段平滑过渡；所述尾部底坎包括沿消力池宽度方向间隔设置的缓冲回旋部和缓流部，所述缓冲回旋部具有由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第二爬坡段以及与第二爬坡段相衔接的第二内凹圆弧段，所述第二内凹圆弧段的开口朝向迎水流方向，水流沿第二爬坡段缓慢爬至第二内凹圆弧段并在此形成漩流；所述缓流部为由所述消力池底板沿下游方向逐渐升高的第三爬坡段，所述第三爬坡段包括沿下游方向依次设置的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段；且所述缓冲回旋部的第二爬坡段与第二内凹圆弧段平滑过渡，所述缓流部的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段平滑过渡。

[0007] 进一步的，所述缓冲回旋部的高度高于所述缓流部的高度。

[0008] 进一步的，所述缓流部的高点位于所述第二内凹圆弧段的的中部。

[0009] 优选的，所述缓流部侧壁高出所述缓冲回旋部的侧壁的部分形成与缓冲回旋部相接的斜壁。

[0010] 优选的，所述缓冲回旋部的宽度L等于2～3倍缓流部的宽度l。

[0011] 优选的，所述尾部底坎的两端部均为缓冲回旋部。

[0012] 优选的，第一排前部底坎的前端部距溢流槽尾部1～5m。

[0013] 优选的，第二排前部底坎的前端部位于第一排前部底坎的第一内凹圆弧段的结束位置处。

[0014] 优选的，第一排前部底坎数量比第二排前部底坎的数量多1个。

[0015] 优选的，相邻的第一排前部底坎和第二排前部底坎之间的宽度为2～10m。

[0016] 有益效果：

[0017] 本发明的消力池的底坎结构，当水流由溢流槽冲下时，具有较大动能的水流会被前部底坎拦截，水流将冲上第一爬坡段并在第一内凹圆弧段处被拦截，水流撞击第一内凹圆弧段并在第一内凹圆弧段的内表面的引导下形成漩涡、混流等，消除水流的部分动能，此为第一次消能。而越过所述前部底坎的迎水面的水流，将从所述前部底坎的背水面的下坡段向下流动，而下坡段的第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段以及第一下凹弧形段将使得水流在下降的过程中被消耗掉部分动能，此为第二次消能。并且第一排前部底坎和第二排前部底坎相互错开设置，使得由溢流槽冲下的水流在被两排前部底坎拦截时有时间差，第一是能够通过时间差使得在第一排前部底坎处形成的混流和在第二排前部底坎处形成的混流出现错位，更好地消除水流动能且减小水跃高度；第二是避免相邻两个前部底坎相隔太近其之间出现激流。

[0018] 而经过第一排和第二排前部底坎消能的水流流至尾部底坎时，部分水流会冲向尾部底坎的缓冲回旋部，并被缓冲回旋部的第二内凹圆弧段所拦截。所述第二内凹圆弧段引导水流在此处形成漩涡和混流实现对水流的消能，被消能的水流通过斜壁达到尾部底坎的缓流部顶面，并通过顶面流入到护坦之中。而部分水流在尾部底坎处会冲向缓流部，并经过缓流部的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段进行消能，消能后的水流由缓流部的顶部流入到护坦之中。本发明中之所以将尾部底坎设计成缓冲回旋部和缓流部相互间隔且缓冲回旋部高于缓流部的模式，是因为通过缓冲回旋部可对动能较大的水流进行第三次消能，且消能后的水流会由斜壁从缓流部流出，避免了对缓冲回旋部的空蚀。并且在所述缓冲回旋部的第二内凹圆弧段处形成的混流会由斜壁爬到所述缓流部的第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段上，此时可进行第四次消能，充分达到对水流动能的消除，保护下游河岸。

[0019] 并且，本发明中的缓流部高度较低，与下游护坦高度想近，可保证水流更加顺畅地由消力池流入到护坦之中。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例中消力池的俯视图；

[0021] 图2为图1的A-A剖视图；

[0022] 图3为图1的B-B剖视图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

[0024] 实施例：如图1-3所示，一种消力池100，包括消力池底板101和消力池边板102。所述消力池的上游部分与溢流槽200相衔接，所述消力池的下游部分与护坦300相衔接，且所述消力池的深度大于护坦的深度。在所述消力池的底板上设置有位于上游部分的前部底坎110和为与下游部分的尾部底坎120。所述前部底坎与溢流槽相对，用于消减有溢流槽流下的水流的动能。所述尾部底坎设置在消力池与护坦之间，用于对消力池下游的水流进一步消能并使其顺畅地流入护坦，减小护坦的长度。

[0025] 在本实施例中，所述前部底坎110沿水流方向分为两排且每一排设置有多个前部底坎，两排前部底坎之间相互错开设置。所述前部底坎的迎水流方向包括由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第一爬坡段111以及与第一爬坡段相衔接的第一内凹圆弧段112。且所述前部底坎的第一爬坡段和第一内凹圆弧段平滑过渡，所述第一内凹圆弧段的开口朝向所述溢流槽。其中，所述第一爬坡段与消力池底板的夹角不超过30°，本实施例中取第一爬坡段与所述消力池底板的夹角为30°。所述第一内凹圆弧段的内圆弧面与所述第一爬坡段的坡面相切设置，且所述第一内凹圆弧段具有朝向迎水流方向的开口。在所述前部底坎的背水流方向形成由第一内凹圆弧段顶部向下游延伸至消力池底板的下坡段，所述下坡段的上部为第一上凸弧形段113，所述下坡段的下部为第一下凹弧形段114，所述第一上凸弧形段与第一下凹弧形段之间为连续的第一凹凸弧形段115，所述前部底坎的第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段以及第一下凹弧形段平滑过渡。所述下坡段与消力池底板的夹角不超过45°，本实施例中取下坡段与所述消力池底板的夹角为45°。

[0026] 其中，所述第一排前部底坎前端部距溢流槽尾端的距离L1可选择但不限于1m、2m、3m、4m或5m，本实施例中选择所述第一排前部底坎前端部距溢流槽尾端5m。第二排前部底坎的前端部位于第一排前部底坎的第一内凹圆弧段的结束位置处。并且，所述第一排前部底坎数量比第二排前部底坎的数量多1个。也就是说，第二排前部底坎插入到第一排相邻的两个前部底坎之间。并且，相邻的第一排前部底坎和第二排前部底坎之间的宽度M1为2～10m，可选择但不限于2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m或10m。本实施例中将相邻的第一排前部底坎和第二排前部底坎之间的宽度设置为8m。第一爬坡段的高度占前部底坎总高度的1/3以下。

[0027] 而在消力池底板的尾部设置有尾部底坎120，所述尾部底坎将消力池与护坦分隔开来，且消力池的深度大于护坦的深度。所述尾部底坎沿消力池宽度方向也就是切断水流的方向间隔设置有缓冲回旋部130和缓流部140。所述缓冲回旋部具有由消力池底板沿下游方向逐渐升高的第二爬坡段131以及与第二爬坡段相衔接的第二内凹圆弧段132，且所述第二爬坡段与所述第二内凹圆弧段平滑过去。其中，所述第二爬坡段与消力池底板的夹角不超过30°，本实施例中取第二爬坡段与所述消力池底板的夹角为30°。所述第二内凹圆弧段的内圆弧面与所述第二爬坡段的坡面相切，所述第二内凹圆弧段的开口朝向所述溢流槽，水流沿第二爬坡段缓慢爬至第二内凹圆弧段并在此形成漩流。所述缓流部为由所述消力池底板沿下游方向逐渐升高的第三爬坡段，所述第三爬坡段包括沿下游方向依次设置的第二下凹弧形段141、第二凹凸弧形段142和第二上凸弧形段143，且所述缓流部的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段平滑过渡。所述第三爬坡段与消力池底板的夹角不超过30°，本实施例中取下坡段与所述消力池底板的夹角为30°。

[0028] 并且，本实施例中的所述缓冲回旋部的高度H2高于所述缓流部的高度H3。所述缓流部的高点位于所述第二内凹圆弧段的的中部。也就是说，与所述第二爬坡段紧邻的第三爬坡段的前端部分，两者的侧壁高度基本一致，但由于所述第二爬坡段连接着所述第二内凹圆弧段，那么与第二内凹圆弧段紧邻第三爬坡段的侧壁高度则比第二内凹圆弧段要高，而所述缓流部侧壁高出所述缓冲回旋部的侧壁的部分形成与缓冲回旋部相接的斜壁。本实施例中，所述缓冲回旋部的宽度M2等于2～3倍缓流部的宽度M3，且所述缓冲回旋部的数量比所述缓流部多1，也就是说，所述尾部底坎的两端部均为缓冲回旋部，而缓流部插设在两个缓冲回旋部之间。

[0029] 作为本实施例中一个具体的实施方式，本实施例中的消力池长度L为250m，所述消力池的宽度M为110m。所述前部底坎的宽度M5为8m，且第一排最外侧的前部底坎距消力池的边板M4为8m，相邻的第一排前部底坎和第二排前部底坎之间的宽度设置M1为8m。所述前部底坎的总高度H1为8m，第一爬坡段的高度为2m。所述尾部底坎的缓冲回旋部的总高度H2为20m，所述第二爬坡段高度为5m；所述缓流部的高度H3为10m。所述缓冲回旋部与消力池边板相接且宽度M2为20m，所述缓流部宽度M3为10m。

[0030] 作为本实施例中的另一实施方式，所述第一凹凸弧形段和第二凹凸弧形段可为台阶结构。

[0031] 采用本实施例的底坎结构的消力池，当水流由溢流槽冲下时，具有较大动能的水流会被前部底坎拦截，水流将冲上第一爬坡段并在第一内凹圆弧段处被拦截，水流撞击第一内凹圆弧段并在第一内凹圆弧段的内表面的引导下形成漩涡、混流等，消除水流的部分动能，此为第一次消能。而越过所述前部底坎的迎水面的水流，将从所述前部底坎的背水面的下坡段向下流动，而下坡段的第一上凸弧形段、第一凹凸弧形段以及第一下凹弧形段将使得水流在下降的过程中被消耗掉部分动能，此为第二次消能。并且第一排前部底坎和第二排前部底坎相互错开设置，使得由溢流槽冲下的水流在被两排前部底坎拦截时有时间差，第一是能够通过时间差使得在第一排前部底坎形成的混流和在第二排前部底坎形成的混流出现错位，更好地消除水流动能且减小水跃高度；第二是避免相邻两个前部底坎相隔太近其之间出现激流。

[0032] 而经过第一排和第二排前部底坎消能的水流流至尾部底坎时，部分水流会冲向尾部底坎的缓冲回旋部，并被缓冲回旋部的第二内凹圆弧段所拦截。所述第二内凹圆弧段引导水流在此处形成漩涡和混流实现对水流的消能，被消能地水流通过斜壁达到尾部底坎的缓流部顶面，并通过顶面流入到护坦之中。而部分水流在尾部底坎处会冲向缓流部，并经过缓流部的第二下凹弧形段、第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段进行消能，消能后的水流由缓流部的顶部流入到护坦之中。本实施例中之所以将尾部底坎设计成缓冲回旋部和缓流部相互间隔且缓冲回旋部高于缓流部的模式，是因为通过缓冲回旋部可对动能较大的水流进行第三次消能，且消能后的水流会由斜壁从缓流部流出，避免了对缓冲回旋部的空蚀。并且在所述缓冲回旋部的第二内凹圆弧段处形成的混流会由斜壁爬到所述缓流部的第二凹凸弧形段和第二上凸弧形段上，可进行第四次消能，充分达到对水流动能的消除，保护下游河岸。并且，本实施例中的缓流部高度较低，与下游护坦高度想近，可保证水流更加顺畅地由消力池流入到护坦之中。