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一种复合消能装置及修建方法

阅读：1084发布：2020-05-21

专利汇可以提供一种复合消能装置及修建方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明在消力坎迎水面依次设置第一底座板、第一弹簧、第一阻力板、第二底座板、第二弹簧和第二阻力板，构建了二次阻力、二级弹簧的消能结构形式，从而形成阶梯的受力形式，弹簧可以根据需要进行更换，从而适应不同的消能要求，结构便于维护，稳定性能强，且效能效果明显。，下面是一种复合消能装置及修建方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复合消能装置，包括渠道以及设置在渠道中的消能装置，所述消能装置包括消力坎以及设置在消力坎上的复合消能装置，所述消力坎一端与渠道侧壁固定，一端伸入到渠道中，其特征在于：所述消力坎迎水面设置复合消能装置，所述复合消能装置包括第一底座板、第一弹簧、第一阻力板、第二底座板、第二弹簧和第二阻力板，所述第一底座板固定在所述消力坎的迎水面，所述第一弹簧一端固定连接在第一底座板上，所述第一弹簧的另一端固定连接在第一阻力板上，且穿过第一阻力板后固定连接第二底座板，所述第二弹簧一端固定在第二底座板上，一端固定连接第二阻力板，所述第二弹簧穿过第二阻力板后设置扩大球部，从而实现第二弹簧与第二阻力板的锚固。
2.如权利要求1所述的一种复合消能装置，其特征在于：所述第一底座板、第一弹簧均设置为多组，且第一底座板和第一弹簧一一对应；所述第二底座板、第二弹簧均设置为多组，且第二底座板和第二弹簧一一对应；所述第一阻力板和所述第二阻力板均设置为一个。
3.如权利要求1所述的一种复合消能装置，其特征在于：所述第一弹簧与第一底座板焊接固定，所述第二弹簧与第二底座板焊接固定。
4.如权利要求1所述的一种复合消能装置，其特征在于：所述消力坎为钢筋混凝土结构，所述消力坎中设置的钢筋插入到渠道的侧壁内，从而形成锚固端。
5.如权利要求1所述的一种复合消能装置，其特征在于：第一阻力板和第二阻力板平行设置，且其左端距离所述渠道的左侧壁均相隔一定距离，所述距离可以满足水流绕过第一阻力板和第二阻力板，从而形成回流，并使第一阻力板和第二阻力板产生振动，消耗水流能量；所述回流是由于第一阻力板和第二阻力板的设置导致水流断面束窄，水流速度增加，当水流在第一阻力板和第二阻力板之后水流断面增加，水流速度减小，从而使第一阻力板和第二阻力板的两侧水流压力产生变化，上述变化会导致第一阻力板和第二阻力板产生振动。
6.如权利要求1所述的一种复合消能装置，其特征在于：渠道左侧壁设置滑轨，所述第一阻力板和第二阻力板的左端分别设置有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第二滑块均在所述滑轨上可滑动连接，所述滑轨为条状凸起，所述第一滑块与所述第二滑块均左端开设有凹槽，所述凹槽与所述滑轨配合，从而实现滑动。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种复合消能装置的修建方法，其特征在于：包括如下施工步骤：
S1：在需要修建消能装置的上下游分别修建上下游围堰，并对渠道进行导流；
S2：在渠道侧壁内打入钢筋，所述钢筋深入到所述渠道侧壁中，对所述钢筋进行绑扎，形成消力坎钢筋笼，立模板浇筑消力坎混凝土，并养护至设计强度，拆模；
S3：在所述消力坎的迎水面上固定多个第一底座板，并在所述第一底座板上固定第一弹簧，在所述第一弹簧的另一端固定所述第一阻力板，所述多个第一弹簧均穿过第一阻力板并固定在所述第二底座板上，所述第二底座板也设置为多个，并与所述第一弹簧一一对应；
S4：在所述第二底座板上固定第二弹簧，所述第二弹簧设置为多个，并于第二底座板一一对应，所述第二弹簧另一端设置第二阻力板，所述第二弹簧穿过第二阻力板后固定在所述扩大球部中。
8.如权利要求7所述的修建方法，其特征在于：所述第一阻力板、第二阻力板的上端均低于渠道的正常过水位，所述第一阻力板、第二阻力板的底端均距离所述渠道底板一定距离，例如20cm；所述第一阻力板、第二阻力板为弹性板，例如橡胶板。
9.如权利要求7所述的修建方法，其特征在于：步骤S1之前还包括第一阻力板和第二阻力板的预制，所述第一阻力板和第二阻力板在工厂加工制作，所述第一阻力板和第二阻力板的左端分别设置有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块和第二滑块结构相同，且第一滑块和第二滑块的左端均设置有凹槽，步骤S3还包括如下步骤：在所述渠道左侧壁上固定所述滑轨，所述滑轨为条状凸起；所述滑轨与所述凹槽配合。

说明书全文

一种复合消能装置及修建方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水利工程用消能装置，具体涉及一种水利工程用复合消能装置。

背景技术

[0002] 水利工程是重要的工程形式，通过合理利用水利，达到兴利除害的作用。水利工程合理利用水能资源，但是水流具有一定的能量，具有对相应的引水导水建筑物产生一定的破坏，这些水流能量尤其是在反复作用下，例如在水流形式发生变化时，容易产生重复作用力，对建筑物容易产生破坏。

[0003] 现在的消能装置多为刚性消能，即通过刚性接触或刚性阻挡实现水流能量的耗减，这种消能方式容易破损，不易维护，综合成本较高，受力结构中仅有刚性结构，而没有相应的弹性结构，受力形式不合理。

[0004] 通过对水利消能领域进行分析，专利文献（CN108442341A）公开了一种水利工程用消能洞，其中提出了利用弹簧配合钢板从而实现水流消能，其通过设置弹簧作为弹性消能，利用弹簧的压缩形变提高水利的消能效果，但是该消能洞位于地下，需要单独设置，无法结合已有的消力坎进行消能，维护不方便，单级弹簧的设置导致消能效果单一，一旦水流状态改变，尤其是水利状况改变（如渠道功能改变，流量变化，河道改造等）之后，消能装置无法随之改变，其消能无法进行调节。

[0005] 安阳工学院及中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所针对水利的消能问题进行了深入研究，并提出了挡流式泥石流排导槽的消能形式，该消能装置设置弹簧，使水流在进入缓冲段后，先是与固定在侧墙上的挡板底板相撞击，弹簧挡板受到冲击力不断压缩变形，并存储弹性势能；当冲击力达到峰值后，弹簧变形量逐渐减小，弹簧慢慢释放弹性势能，该成果《基于梯-潭消能系统的挡流式泥石流排导槽》发表在《科学技术与工程》上，从而为水流工程中利用弹簧进行消能，缓冲，提高消能效果提供了新的解决思路。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术存在的问题，提供一种水利工程用复合消能装置，通过对弹簧设置形式的改变，提高水利工程的消能效果。

[0007] 本发明提供一种复合消能装置，包括渠道以及设置在渠道中的消能装置，所述消能装置包括消力坎以及设置在消力坎上的复合消能装置，所述消力坎一端与渠道侧壁固定，一端伸入到渠道中，所述消力坎迎水面设置复合消能装置，所述复合消能装置包括第一底座板、第一弹簧、第一阻力板、第二底座板、第二弹簧和第二阻力板，所述第一底座板固定在所述消力坎的迎水面，所述第一弹簧一端固定连接在第一底座板上，所述第一弹簧的另一端固定连接在第一阻力板上，且穿过第一阻力板后固定连接第二底座板，所述第二弹簧一端固定在第二底座板上，一端固定连接第二阻力板，所述第二弹簧穿过第二阻力板后设置扩大球部，从而实现第二弹簧与第二阻力板的锚固。

[0008] 作为优选，所述第一底座板、第一弹簧均设置为多组，且第一底座板和第一弹簧一一对应；所述第二底座板、第二弹簧均设置为多组，且第二底座板和第二弹簧一一对应；所述第一阻力板和所述第二阻力板均设置为一个。

[0009] 作为优选，所述第一弹簧与第一底座板焊接固定，所述第二弹簧与第二底座板焊接固定。

[0010] 作为优选，所述消力坎为钢筋混凝土结构，所述消力坎中设置的钢筋插入到渠道的侧壁内，从而形成锚固端。

[0011] 作为优选，第一阻力板和第二阻力板平行设置，且其左端距离所述渠道的左侧壁均相隔一定距离，所述距离可以满足水流绕过第一阻力板和第二阻力板，从而形成回流，并使第一阻力板和第二阻力板产生振动，消耗水流能量；所述回流是由于第一阻力板和第二阻力板的设置导致水流断面束窄，水流速度增加，当水流在第一阻力板和第二阻力板之后水流断面增加，水流速度减小，从而使第一阻力板和第二阻力板的两侧水流压力产生变化，上述变化会导致第一阻力板和第二阻力板产生振动；作为优选，渠道左侧壁设置滑轨，所述第一阻力板和第二阻力板的左端分别设置有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第二滑块均在所述滑轨上可滑动连接，所述滑轨为条状凸起，所述第一滑块与所述第二滑块均左端开设有凹槽，所述凹槽与所述滑轨配合，从而实现滑动。

[0012] 本发明还提供一种复合消能装置的修建方法，其特征在于：包括如下施工步骤：S1：在需要修建消能装置的上下游分别修建上下游围堰，并对渠道进行导流；
S2：在渠道侧壁内打入钢筋，所述钢筋深入到所述渠道侧壁中，对所述钢筋进行绑扎，形成消力坎钢筋笼，立模板浇筑消力坎混凝土，并养护至设计强度，拆模；
S3：在所述消力坎的迎水面上固定多个第一底座板，并在所述第一底座板上固定第一弹簧，在所述第一弹簧的另一端固定所述第一阻力板，所述多个第一弹簧均穿过第一阻力板并固定在所述第二底座板上，所述第二底座板也设置为多个，并与所述第一弹簧一一对应；
S4：在所述第二底座板上固定第二弹簧，所述第二弹簧设置为多个，并于第二底座板一一对应，所述第二弹簧另一端设置第二阻力板，所述第二弹簧穿过第二阻力板后固定在所述扩大球部中。

[0013] 作为优选，所述第一阻力板、第二阻力板的上端均低于渠道的正常过水位，所述第一阻力板、第二阻力板的底端均距离所述渠道底板一定距离，例如20cm；所述第一阻力板、第二阻力板为弹性板，例如橡胶板。

[0014] 作为优选，步骤S1之前还包括第一阻力板和第二阻力板的预制，所述第一阻力板和第二阻力板在工厂加工制作，所述第一阻力板和第二阻力板的左端分别设置有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块和第二滑块结构相同，且第一滑块和第二滑块的左端均设置有凹槽，步骤S3还包括如下步骤：在所述渠道左侧壁上固定所述滑轨，所述滑轨为条状凸起；所述滑轨与所述凹槽配合。

[0015] 本发明的工作原理为：水流从渠道上游流经下游时，水流能量先冲击到第二阻力板，第二阻力板受力后，第二弹簧压缩存储弹性势能，随着第二弹簧的压缩，其存储的弹性势能越大，消能的能量越大；
当随着第二弹簧的压缩，第一阻力板受力向下游移动，第一弹簧受力压缩，并将力传递给消力坎，消力坎承受的力为经过第一固定座板传递的力，经过二级的弹簧弹性势能转换，结构的稳定性能得到保证。

[0016] 根据不同的消能形式，可以选择不同的弹簧或阻力板形式，从而改变受力结构，通过第一弹簧和第二弹簧的刚度选择，可以改变结构的消能效果。

[0017] 本发明的优点在于：在消力坎迎水面依次设置第一底座板、第一弹簧、第一阻力板、第二底座板、第二弹簧和第二阻力板，构建了二次阻力、二级弹簧的消能结构形式，从而形成阶梯的受力形式，弹簧可以根据需要进行更换，从而适应不同的消能要求，结构便于维护，稳定性能强，且消能效果明显。

[0018] 由于弹簧的刚度可以调节，通过第一弹簧和第二弹簧刚度的调整，可以改变结构的整体受力和消能效果；本发明的消能装置改变传统的消力坎刚性消能模式，增加了弹簧作为弹性消能，利用弹性的能量存储，显著提高结构的消能效果；二级弹簧设置，可以减轻对消力坎主体结构的破坏，降低后期的维护成本。

[0019] 对于施工工艺，现有的混凝土浇筑即可满足，第一弹簧、第二弹簧、第一阻力板、第二阻力板、第一底座板、第二底座板可以工程预制，也可以现场拼装，这种施工工艺相对简单，不涉及复杂的预应力施加，即可显著提高受力性能。

[0020] 作为广泛应用，该消能装置还可以用于河流以及教学实验中，通过构建消能装置，对水流能量进行消弱，对于存在水流破坏的工况下，均可以采用本发明的消能装置。

[0021] 附图说明：图1为本发明俯视图；
图2为复合消能装置示意图；
图3为本发明的主视图；
图4为消力坎与渠道固定示意图；
图5为阻力板与渠道侧壁的滑动连接图；
图6为滑轨滑块配合示意图。

[0022] 具体实施方式：以下针对说明书附图内容，对本发明限定的结构，进行具体的解释说明。

[0023] 本发明提供一种复合消能装置，包括渠道1以及设置在渠道1中的消能装置，所述消能装置包括消力坎2以及设置在消力坎2上的复合消能装置，所述消力坎2一端与渠道1侧壁固定，一端伸入到渠道1中，所述消力坎2迎水面设置复合消能装置，所述复合消能装置包括第一底座板3、第一弹簧4、第一阻力板5、第二底座板6、第二弹簧7和第二阻力板8，所述第一底座板3固定在所述消力坎2的迎水面，所述第一弹簧4一端固定连接在第一底座板3上，所述第一弹簧4的另一端固定连接在第一阻力板5上，且穿过第一阻力板5后固定连接第二底座板6，所述第二弹簧7一端固定在第二底座板6上，一端固定连接第二阻力板8，所述第二弹簧7穿过第二阻力板8后设置扩大球部9，从而实现第二弹簧8与第二阻力板8的锚固。

[0024] 作为优选，所述第一底座板3、第一弹簧4均设置为多组，且第一底座板3和第一弹簧4一一对应；所述第二底座板6、第二弹簧7均设置为多组，且第二底座板6和第二弹簧7一一对应；所述第一阻力板5和所述第二阻力板8均设置为一个。

[0025] 作为优选，所述第一弹簧4与第一底座板3焊接固定，所述第二弹簧7与第二底座板6焊接固定。

[0026] 作为优选，所述消力坎2为钢筋混凝土结构，所述消力坎2中设置的钢筋10插入到渠道1的侧壁内，从而形成锚固端。

[0027] 所述第一阻力板5和第二阻力板8平行设置，且其左端距离所述渠道1的左侧壁均相隔一定距离，所述距离可以满足水流绕过第一阻力板5和第二阻力板8，从而形成回流，并使第一阻力板5和第二阻力板8产生振动，消耗水流能量。

[0028] 上述回流是由于第一阻力板5和第二阻力板8的设置导致水流断面束窄，水流速度增加，当水流在第一阻力板5和第二阻力板8之后水流断面增加，水流速度减小，从而使第一阻力板5和第二阻力板8的两侧水流压力产生变化，上述变化会导致第一阻力板5和第二阻力板8产生振动。

[0029] 作为另一实施方式，所述渠道1左侧壁设置滑轨11，所述第一阻力板5和第二阻力板8的左端分别设置有第一滑块51和第二滑块81，所述第一滑块51与第二滑块81均在所述滑轨11上可滑动连接，所述滑轨11为条状凸起，所述第一滑块51与所述第二滑块81均左端开设有凹槽，所述凹槽与所述滑轨11配合，从而实现滑动。

[0030] 通过设置滑轨11和第一滑块51、第二滑块81，可以对第一阻力板5和第二阻力板8进行限位，使其仅按照滑轨11的方向进行移动，通过限位，可以提高结构整体的稳定性能。

[0031] 本发明还提供上述消能装置的修建方法，该修建方法包括如下步骤：S1：在需要修建消能装置的上下游分别修建上下游围堰，并对渠道1进行导流；
S2：在渠道1侧壁内打入钢筋10，所述钢筋深入到所述渠道1侧壁中，对所述钢筋10进行绑扎，形成消力坎2钢筋笼，立模板浇筑消力坎2混凝土，并养护至设计强度，拆模；
S3：在所述消力坎2的迎水面上固定多个第一底座板3，并在所述第一底座板3上固定第一弹簧4，在所述第一弹簧4的另一端固定所述第一阻力板5，所述多个第一弹簧4均穿过第一阻力板5并固定在所述第二底座板6上，所述第二底座板6也设置为多个，并与所述第一弹簧4一一对应；
S4：在所述第二底座板6上固定第二弹簧7，所述第二弹簧7设置为多个，并于第二底座板6一一对应，所述第二弹簧7另一端设置第二阻力板8，所述第二弹簧7穿过第二阻力板8后固定在所述扩大球部9中。

[0032] 所述第一阻力板5、第二阻力板8的上端均低于渠道的正常过水位，所述第一阻力板5、第二阻力板8的底端均距离所述渠道底板一定距离，例如20cm。

[0033] 所述第一阻力板5、第二阻力板8为弹性板，例如橡胶板。

[0034] 所述步骤S1之前还包括第一阻力板5和第二阻力板8的预制，所述第一阻力板5和第二阻力板8在工厂加工制作，所述第一阻力板5和第二阻力板8的左端分别设置有第一滑块51和第二滑块81，所述第一滑块51和第二滑块81结构相同，且第一滑块51和第二滑块81的左端均设置有凹槽，步骤S3还包括如下步骤：在所述渠道1左侧壁上固定所述滑轨11，所述滑轨11为条状凸起；所述滑轨11与所述凹槽配合。

[0035] 上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

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