[发明专利]适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎

说明书

本发明所述适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎，包括泄洪洞出口段、与泄洪洞出口段顺水流方向右侧边墙衔接的导水边墙和复合式扭曲折线底板；所述复合式扭曲折线底板的起始端为泄洪洞出口段底板的上游端，末端位于泄洪洞出口段之外且为由第一线段、第二线段形成的折线形，且以泄洪洞底板的轴线为界分为左侧底板和右侧底板，左侧底板为下倾的斜面，右侧底板由两段相切的上扬弧面构成，位于泄洪洞出口段之外的左侧底板边线一端与所述第二线段的端点相接，另一端与平行于第二线段且与泄洪洞出口段顺水流方向左侧边墙相接的第三线段自由端相接，所述复合式扭曲折线底板的折线形末端和位于泄洪洞出口段之外的左侧底板外侧形成出水口。

技术领域

本发明属于水利、水电工程中的挑流消能设施领域，涉及适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎。

背景技术

挑流消能是水利水电工程中常用的消能形式，特别适用于水头大于70m的中高水头水利水电工程，其主要原理是利用挑流鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚进行消能。为保证挑流消能区水流对岸坡冲刷最小，通常需要控制水舌入水位置、入水角度、入水形状、起挑流量等综合水力学参数达到一个最优指标，而控制这些参数的关键点在于挑流鼻坎的结构形式。

对于河谷狭窄、陡峻、弯曲且泄量较大、泄洪洞与河道轴线夹角较大(25°～40°)的水利水电工程，水舌入水位置、入水角度、入水形状、起挑流的控制更为重要，现有工程中的斜切挑坎、燕尾挑坎等结构形式存在以下问题：水舌入水位置更加偏向河道中泓线，对对岸边坡稳定不利；对于单宽流量较大的泄洪洞起挑流量偏大，不利于工程的灵活泄洪；水舌落点位置随流量变化较大，冲刷范围不固定，不利于工程的整体防护。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎，以解决小流量起挑问题，并使水舌落点更加靠近本岸且落点位置较为固定，水下冲击点更靠近河道深泓线本岸一侧，有效减轻对本岸和对岸的冲刷破坏程度。

本发明所述适用于窄深河谷的复合式挑跌流鼻坎，包括泄洪洞出口段、与泄洪洞出口段顺水流方向右侧边墙衔接的导水边墙和复合式扭曲折线底板；所述复合式扭曲折线底板的起始端为泄洪洞出口段底板的上游端，末端位于泄洪洞出口段之外且为由第一线段、第二线段形成的折线形，第一线段与导水边墙内侧面水平投影的夹角β为10°～40°，长度L3为泄洪洞底板宽度B的1.0～3.0倍，第二线段与第一线段的夹角α为75°～150°，长度L2为泄洪洞底板宽度B的1.5～3.0倍，复合式扭曲折线底板以泄洪洞底板的轴线为界分为左侧底板和右侧底板，左侧底板为下倾的斜面，下倾坡度i为0.1～0.5，右侧底板由两段相切的上扬弧面构成，出口处上扬挑角θ为16°～40°，位于泄洪洞出口段之外的右侧底板边线的水平长度与导水边墙的水平长度相同，位于泄洪洞出口段之外的左侧底板边线一端与所述第二线段的端点相接，另一端与平行于第二线段且与泄洪洞出口段顺水流方向左侧边墙相接的第三线段自由端相接，所述第三线段的长度b为1.8～2.0m；所述复合式扭曲折线底板的折线形末端和位于泄洪洞出口段之外的左侧底板外侧形成出水口。

为了更好的实现本发明的目的，优选了所述复合式挑跌流鼻坎的相关尺寸并且还采用了以下技术方案：

1、将右侧底板两段相切的上扬弧面分别命名为上游弧面和下游弧面，上游弧面半径R1为泄洪洞底板宽度B的15～20倍，下游弧面的半径R2为泄洪洞底板宽度B的5～10倍。

2、泄洪洞出口段的水平长度L1为泄洪洞底板宽度B的0.5～3.0倍，导水边墙的水平长度L4为泄洪洞底板宽度B的2.0～4.0倍。

3、导水边墙的内侧面下部段与右侧底板之间设置有贴角，所述贴角的高度h为贴角斜长L5的0.05～0.15倍。

4、将泄洪洞出口段顺水流方向左侧边墙设计为向外侧凹的弧面，该弧面的半径R3为泄洪洞底板宽度B的30～40倍。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：