梯形收縮出口x型寬尾墩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所述梯形收縮出口X型寬尾墩，由形狀和結構相同的兩個墩體組成，兩墩體對稱安裝在泄流閘孔內(nèi)，兩墩體之間形成由頂部閘孔、豎直收縮段和底部閘孔組成的過流通道，所述豎直收縮段的斷面為等腰梯形，該等腰梯形的頂部寬度b1小于底部寬度b2。所述X型寬尾墩能減小頂上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池處反弧段底板形成的動水壓強和脈動值，提高消力池底板，尤其是入池處反弧段底板的安全性。
【專利說明】梯形收縮出口 X型寬尾墩
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程泄洪消能設施領域，特別涉及一種X型寬尾墩。
【背景技術】
[0002]X型寬尾墩是水利水電工程中常用到的與消力池聯(lián)合運行的泄洪消能設施。傳統(tǒng)的X型寬尾墩中間豎直收縮段采用上下統(tǒng)一的收縮比，其收縮段頂部寬度與底部寬度相等。這種寬尾墩泄洪時，頂上水冠流量加大，水冠水流經(jīng)過空中跌落到消力池后，在消力池底板，尤其是入池反弧段底板處形成的動水壓強較大，脈動劇烈；隨著庫區(qū)水頭的增加，寬尾墩頂上水冠流量相對于溢流壩面上的流量進一步增大，消力池反弧段底板處形成的動水壓強和脈動值劇烈增大，因而極易造成消力池反弧段底板沖刷失穩(wěn)破壞，給工程造成巨大損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)X型寬尾墩存在的不足，提供一種梯形收縮出口 X型寬尾墩，以減小頂上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池處反弧段底板形成的動水壓強和脈動值，提高消力池底板，尤其是入池處反弧段底板的安全性。
[0004]本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩，由形狀和結構相同的兩個墩體組成，兩墩體對稱安裝在泄流閘孔內(nèi)，兩墩體之間形成由頂部閘孔、豎直收縮段和底部閘孔組成的過流通道，所述豎直收縮段的斷面為等腰梯形，該等腰梯形的頂部寬度匕小于底部寬度b2。
[0005]本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩，所述頂部閘孔的斷面為等腰梯形，該等腰梯形的底部寬度等于豎直收縮段斷面的頂部寬度K、頂部寬度等于泄流閘孔寬度B(大于底部寬度)；所述底部閘孔的斷面為等腰梯形與矩形的組合，等腰梯形位于矩形之上，所述等腰梯形的頂部寬度等于豎直收縮段斷面的底部寬度b2、底部寬度等于泄流閘孔寬度B (大于頂部寬度)，所述矩形的長度等于泄流閘孔寬度B、寬度等于底部閘孔的底部開口距溢流壩面的高度h2。
[0006]本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩，其豎直收縮段等腰梯形斷面的頂部寬度K與底部寬度b2之比優(yōu)選^/^ = 0.67~0.8，底部閘孔的收縮比ε2優(yōu)選ε 2 = b2/B =
0.35~0.55，ε i = b/B，式中，B為泄流閘孔寬度。根據(jù)ε 2 = b2/B = 0.35~0.55可以確定豎直收縮段斷面的底部寬度b2，再根據(jù)bi/b2 = 0.67~0.8，可確定豎直收縮段斷面的頂部覽度h。
[0007]本發(fā)明所述梯形收縮 出口 X型寬尾墩，其過流通道斷面的總高度(di+4+hi+tg =(1.0~1.2)Hmax，式中，Hmax為堰上最大水頭，Cl1為頂部閘孔高度(墩體頂面高度)，d2為中間豎直收縮段的高度，h為墩體底流面的高度，h2為底部閘孔的底部開口距溢流壩面的高度；底流面距溢流壩面的最大高度O^h2) = 3.0m~3.5m, h2 = 1.5m~1.8m ；X型寬尾墩
尾端折角€ = ai'etan^^控制在16°~24°，式中，L為X型寬尾墩收縮起點距X型寬尾墩墩尾的水平距離，b2為豎直收縮段等腰梯形斷面的底部寬度，B為泄流閘孔寬度。
[0008]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0009]1、由于本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩豎直收縮段斷面的頂部寬度小于底部寬度，呈上小、下大的等腰梯形，因而在保證其泄流能力、溢流堰面及寬尾墩壁面壓力不受影響的基礎上，使閘后出流縱向擴散增加，水舌落點分散，入水面積大大增大，減小了頂上水冠水流在空中跌落入消力池后，在消力池底板，尤其是入池處反弧段底板形成的動水壓強和脈動值，模型試驗表明，在相同閘門運行方式下，消力池入池處反弧段底板的動水壓強和脈動均方根值較傳統(tǒng)的X型寬尾墩能夠分別減小15%?30%，顯著改善了消力池底板，尤其是入池處反弧段底板的壓力、脈動壓力及水流流態(tài)等水力特性，提高了工程泄洪消能的安全性和消力池的使用壽命。
[0010]2、本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩在泄洪消能時，跌落至消力池中的水流臨底流速橫向擴散角較大，水流橫向擴散較充分，相鄰下泄水流之間的碰撞、剪切和水流內(nèi)部混慘消能增加，提聞了消能率。
[0011]3、本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩豎直收縮段上窄下寬的新體型，通過X型寬尾墩上頂面和底流面豎向漸變收縮，可將出閘水流以更優(yōu)的分流比進行下泄，使得出閘水流分配更合理，將更好的發(fā)揮X型寬尾墩各部分的作用，綜合改善水流在溢流堰面和消力池內(nèi)的水力特性，為X型寬尾墩體型優(yōu)化提供了一種新的技術方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩的結構示意圖。
[0013]圖2為圖1的俯視圖。
[0014]圖3為圖1的A-A向視圖。
[0015]圖4為本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩與消力池聯(lián)合泄洪消能結構布置圖。
[0016]圖5為本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾墩在泄流閘孔中的位置圖。
[0017]圖中，I一第一墩體、2—第二墩體、3—頂部閘孔、4一豎直收縮段、5—底部閘孔、6—墩體上頂面、7—墩體底流面、8—底部開口、9一溢流壩面、10—堰頂、11一弧形閘門、12—消力池、屯一頂部閘孔高度(等腰梯形斷面的高)、d2—豎直收縮段高度(等腰梯形斷面的高)、h—墩體底流面高度、h2—底部閘孔的底部開口距溢流壩面的高度、L一X型寬尾墩收縮起點距X型寬尾墩墩尾的水平距離、h—豎直收縮段等腰梯形斷面的頂部寬度、b2—豎直收縮段等腰梯形斷面的底部寬度，B—泄流閘孔寬度。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發(fā)明所述梯形收縮出口 X型寬尾作進一步說明。以下實施例是梯形收縮出口 X型寬尾墩的模擬實驗。
[0019]實施例1
[0020]本實施例中，梯形收縮出口 X型寬尾墩的運行條件:堰上最大水頭Hniax = 28.4m，下泄流量為2017.00m3/s，下游消力池尾水位555.60m。
[0021]本實施例所述梯形收縮出口 X型寬尾墩如圖1?3所示，由形狀和結構相同的第一墩體I和第二墩體2組成，兩墩體對稱安裝在泄流閘孔內(nèi)，寬尾墩收縮起點距墩尾的水平距離L= 13.0m(見圖5),寬尾墩起始折點位置參數(shù):x = 22.0m, y = 8.0m(見圖4)。兩墩體之間形成由頂部閘孔3、豎直收縮段4和底部閘孔5組成的過流通道。
[0022]所述豎直收縮段的斷面為等腰梯形，該等腰梯形的頂部寬度Id1 = 4.0m，底部寬度b2 = 6.0m, Id1A2 = 0.67,高d2 = 15.57m ;所述頂部閘孔的斷面為等腰梯形,該等腰梯形的底部寬度=豎直收縮段斷面的頂部寬度匕=4.0m、頂部寬度=泄流閘孔寬度B = 15.0m,高(I1 = 10.07m,頂部閘孔收縮比ε工=b^B = 4.0/15.0 = 0.27 ;所述底部閘孔的斷面為等腰梯形與矩形的組合，等腰梯形位于矩形之上，所述等腰梯形的頂部寬度=豎直收縮段斷面的底部覽度b2 = 6.0m>底部覽度=泄流間孔覽度B = 15.0m,聞=壤體底流面的聞度Ii1 =1.5m，所述矩形的長度=泄流閘孔寬度B = 15.0m、寬度(高度)=底部閘孔的底部開口距溢流壩面的高度匕=1.5m。X型寬尾墩過流通道斷面總高度CUdfhJh2 = 28.64m，尾端折角 Θ = 19.09°。
[0023]設置了本實施例所述結構和尺寸的梯形收縮出口 X型寬尾墩，其泄流閘孔和消力池內(nèi)的水流特性都有所改善:溢流堰面和寬尾墩壁面壓力變化不大，但其泄流閘孔水流沿上頂面橫向擴展程度增大，水流下泄過程中摻氣更充分，縱向擴散水舌落點明顯向下游移動，有力地減弱了下泄水流對壩面反弧段造成的影響，模型試驗表明，其反弧段底板的動水壓強和脈動均方根值較傳統(tǒng)的X型寬尾墩減小了 20%~30%，顯著改善了消力池底板，尤其是入池處反弧段底板的壓力、脈動壓力及水流流態(tài)等水力特性。同時，跌落至消力池中的水流臨底流速橫向擴散角較大，水流橫向擴散較充分，可增加相鄰下泄水流之間的碰撞、剪切消能，提高消能率。此外，上窄下寬的豎直收縮段可將出閘水流以更優(yōu)的分流比進行下泄，綜合改善了水 流在溢流堰面和消力池內(nèi)的水力特性。
[0024]實施例2
[0025]本實施例中，梯形收縮出口 X型寬尾墩的運行條件與實施例1相同。
[0026]本實施例所述梯形收縮出口 X型寬尾墩的結構如圖1~3所示，與實施例1的不同之處在于豎直收縮段等腰梯形斷面的頂部寬度h = 4.8m、底部寬度b2 = 6.0m, Id1A2 =
0.8。
[0027]與實施例1相比，本實施例中的梯形收縮出口 X型寬尾墩豎直收縮段頂部收縮程度略小，因而縱向擴散程度與實施例1相比略弱，但也減弱了下泄水流對壩面反弧段的破壞，其反弧段底板的動水壓強和脈動均方根值較傳統(tǒng)的X型寬尾墩減小了 15%~20%。
【權利要求】
1.一種梯形收縮出口 X型寬尾墩，由形狀和結構相同的兩個墩體組成，兩墩體對稱安裝在泄流閘孔內(nèi)，兩墩體之間形成由頂部閘孔(3)、豎直收縮段(4)和底部閘孔(5)組成的過流通道，由其特征在于所述豎直收縮段(4)的斷面為等腰梯形，該等腰梯形的頂部寬度Id1小于底部覽度b2。
2.根據(jù)權利要求1所述梯形收縮出口X型寬尾墩，其特征在于所述豎直收縮段(4)等腰梯形斷面的頂部寬度K與底部寬度b2之比b/b2 = 0.67?0.8，底部閘孔(5)的收縮比ε 2 = b2/B = 0.35?0.55，式中B為泄流閘孔寬度。
【文檔編號】E02B8/06GK103981842SQ201410217482
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】刁明軍, 趙靜, 王磊, 袁曉龍, 代尚逸 申請人:四川大學