一种可调底流式消力池
技术领域
本发明涉及一种水工模型试验装置，尤其是涉及底流消能的可调式消力池。
技术背景
消能防冲是水利工程泄水建筑物设计中的一个重要问题，它直接关系到工程的安
全和经济。工程上常用的消能防冲方式有底流、面流和挑流三类，不同类型的消能方式分别
适应于不同的工程条件，如水文、地质、地形、施工和运行管理等。
底流消能是一种较成熟的消能方式，其主要消能工为消力池，在平原水闸中用得
比较广泛。当高速射流沿闸底进入消力池后，受到尾水的顶托，使流态突变而形成水跃。通
过水流的强烈紊动、旋滚和参混作用使巨大有害的动能转换为热能和位能，从而达到消能
的目的。
消力池的设计主要是通过数值计算，确定消力池的深度、长度和消力池底板厚度。
而消力池的宽度通常与下游渠道等宽，设计确定后一般不需要修改。规范推荐的计算方法
对于一般建筑物来说计算精度很准确，但对于特殊工程地质条件和大型建筑物，其设计成
果需经模型试验验证，以确保建筑物的安全。
水工模型试验基本任务就是仿照原体实物，按照相似准则，缩制成模型，根据其所
受的主要作用力进行试验研究，使模型重演与原体相似的自然情况，进行观测取得试验数
据，然后按照一定的相似准则引申于原体，从而判定建筑物是否安全。因此，运用水工模型
试验的方法，不仅可以论证设计中水工建筑物的安全性和合理性，而且还可以预见原体可
能发生的现象，同时对设计所依据的理论和技术前提进行验证。底流式消力池模型试验主
要是确定建筑物在最不利运行工况下消力池的深度和长度，而消力池的宽度按安计算之确
定，模型试验时一般不对消力池宽度进行调整。通常的做法是，按一定的模型比尺，以设计
池深、池长为基准，在该值一定范围内取几组离散值进行组合，如±5%等，然后按设计文件
规定的洪水标准及建筑物最不利运行工况进行放水试验，消能效果最好的一组池深、池长
供设计参考。
用于消能防冲试验研究的模型通常是用圬工材料制作，其特点是便于塑形，但养
护时间较长，同时模型更改、拆除较困难且费时，加上放水试验需要一定时间，消力池的每
一个池深、池长组合要取得一组完整的试验数据，将需要好几天时间。组合数越多需要的时
间越长，通常整个试验做下来可能需要半年到一年甚至更长的时间。试验时间延长将会影
响设计成果按时提交，进而会影响到工程施工的顺利进行。
同时消能防冲试验通常是选取几组离散值进行试验，虽然试验过程中也采取了逼
近的方法使消力池的尺寸接近最佳值，但事实证明很难达到既安全又经济的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对底流式消力池模型试验时存在的一些问题，提出一种连续
可调式消力池，以节约模型放水试验的时间，同时使消力池的尺寸能达到最优，满足既安全
又经济的要求。
为了实现上述目的，本发明所设计的连续可调式消力池，包括两侧设置有侧壁，一
端入水另一端出水的池体，其特殊之处在于：所述池体内沿水流方向依次设置有坡度可调
节的陡坡段、高度和长度可调节的护坦、长度可调节的海漫。
进一步地，还包括高度可调节的消力坎，所述消力坎设置在护坦与海漫之间。进一
步增加消力池的尺寸调节范围。
更进一步地，还包括支撑构件，所述支撑构件上设置有可水平运动的运动构件，所
述护坦通过护坦连接杆与水平运动构件连接、所述消力坎通过消力坎连接杆与水平运动构
件连接、所述海漫通过海漫连接杆与水平运动构件连接。水平运动构件运动带动护坦、消力
坎和海漫水平运动，从而达到调节消力池长度的目的。
再进一步地，所述水平运动构件包括滑台和设置在滑台上的网格构架，所述护坦
连接杆、消力坎连接杆和海漫连接杆均连接在网格构架上。
再进一步地，所述网格构架底部设置有行驶轮，所述支撑构件上设置有供行驶轮
行走的轨道。所述网格构架边缘还设置有限制网格构架向侧墙摆动的限位轮。行驶轮和限
位轮的设置避免滑台运动时，其上的网格构架摇晃，保证了网格构架运动的平稳性。
再进一步地，所述护坦连接杆、消力坎连接杆和海漫连接杆均为“J”字形连接杆，
所述“J”字形连接杆位于侧墙外侧，其顶端与网格构件连接，底端越过侧墙底部，通过“J”字
形钩头分别与侧墙内部的护坦、消力坎和海漫底部连接。“J”字形连接杆位于侧墙外壁，避
开了连接杆对水流产生影响。
再进一步地，所述网格构架上还设置有护坦联动件和消力坎联动件，所述护坦连
接杆和消力坎连接杆顶端均设置有螺杆，所述护坦联动件用于控制护坦连接杆顶部的螺杆
同步转动，所述消力坎联动件用于控制消力坎连接杆顶部的螺杆同步转动。通过调节连接
杆的高度，从而调节消力池的深度，模拟不同池深，从而得到不同池深消力池的实验数据。
再进一步地，所述支撑构件位于池体入水口和出水口两侧，所述陡坡段一端铰接
在基础上，另一端搁置在护坦上。这样运动构件在作水平或垂直运动时，陡坡段另一端保持
与接触，使水流平顺地由陡坡段过度到护坦。
再进一步地，所述海漫连接杆与海漫之间设置有限位组件。使得消力坎在上下运
动中，海漫始终与其接触。
再进一步地，所述海漫底部设置有滑槽，所述限位组件包括弹簧和与滑槽配合的
滑块，所述滑块与海漫连接杆底部连接，所述弹簧一端与消力坎连接，另一端与滑块连接。
使得消力坎在上下运动中，海漫能水平产生位移，且又时刻保持着与消力坎接触。
本发明的优点在于：
1、可以实现消力池连续调节，使试验结果达到或接近最佳值；
2、最佳消力池的参数，即池长和池深按设计提供的洪水标准，一次连续放水试验就能
够直接取得，避免了传统模型试验方法那样要提前确定几组消力池的参数，然后分别进行
放水试验，最后从中选取消能效果最好的一组值作为最佳值；
3、节约时间，由于本发明可以实现消力池的连续调节，节约传统模型试验时修改模型
及分组放水试验所占用的时间。
附图说明
图1为本发明一种连续可调式消力池结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为图1中消力坎和海漫底部仰视图。
图中：陡坡段1，护坦2，护坦连接杆2.1，护坦联动件2.2，消力坎3，消力坎连接杆
3.1，消力坎联动件3.2，海漫4，海漫连接杆4.1，滑槽4.2，支撑构件5，水平运动构件6，滑台
6.1，网格构架6.2，行驶轮6.3，螺杆7，限位组件8，弹簧8.1，滑块8.2，侧墙9，基础10，限位轮
11，箭头方向为水流方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
图中所示的连续可调式消力池，包括两侧设置有侧墙9，一端入水另一端出水的池体，
池体内沿水流方向依次设置有坡度可调节的陡坡段1、高度和长度可调节的护坦2、高度可
调节的消力坎3、长度可调节的海漫4。
具体结构为，在消力池入水口和出水口设置支撑构件5，支撑构件5上设置有可水
平运动的运动构件6，护坦2通过护坦连接杆2.1与水平运动构件6连接、消力坎3通过消力坎
连接杆3.1与水平运动构件6连接、海漫4通过海漫连接杆4.1与水平运动构件6连接。
其中，水平运动构件6包括滑台6.1和设置在滑台上的网格构架6.2，护坦连接杆
2.1、消力坎连接杆3.1和海漫连接杆4.1均连接在网格构架6.2上。为防止滑台运动时带动
网格构架摆动，网格构架6.2底部设置有行驶轮6.3，支撑构件5上设置有供行驶轮6.3行走
的轨道，保证网格构架6.2运行的平稳性，为防止网格构架6.2向侧墙9方向摆动，还可在网
格构架6.2边缘上设置限位轮11，进一步保证网格构架6.2的平稳性。护坦连接杆2.1、消力
坎连接杆3.1和海漫连接杆4.1均为“J”字形连接杆，“J”字形连接杆位于侧墙9外侧，其顶端
与网格构架6.2连接，底端越过侧墙9底部，其“J”字形钩头分别与侧墙9内侧的护坦2、消力
坎3和海漫4底部连接。护坦连接杆2.1设置有4个，分布在护坦2四个角处，消力坎连接杆3.1
设置有两个，位于消力坎3两侧。护坦连接杆2.1和消力坎连接杆3.1顶端均分别设置有螺杆
7，为保证护坦连接杆2.1能同步转动，设置有护坦联动件2.2，用于控制护坦连接杆2.1顶部
的螺杆同步转动，为了保证消力坎连接杆3.1能同步转动，设置有消力坎联动件3.2，用于控
制消力坎连接杆3.1顶部的螺杆同步转动。陡坡段1一端铰接在基础10上，另一端搁置在护
坦2上。海漫连接杆4.1与海漫4之间设置有限位组件8，保证消力坎3上下运动过程中，海漫4
始终与其接触。其中，海漫4底部设置有滑槽4.2，限位组件8包括弹簧8.1和与滑槽4.2配合
的滑块8.2，滑块8.2与海漫连接杆4.1底部连接，弹簧8.1一端与消力坎3连接，另一端与滑
块8.2连接。
本发明一种底流可调式消力池的制作过程包括以下步骤：
步骤1：采用不锈钢板分别制作消力池的陡坡段1、护坦2、消力坎3和海漫4及侧墙9，然
后拼装成整体，其宽度与设计相同，长度满足模型试验时消力池尺寸调整的要求，装置的陡
坡段1入水端与基础10上的闸室连接，海漫4段与其后渠道连接，整个装置放入矩形水槽中；
步骤2：采用型钢材料制成的框架支撑构件5和矩形网格构架6.2，网格构架6.2外形尺
寸小于支撑构件5，支撑构件5与基础10连接，布置在池体的入水口和出水口两侧；
步骤3：网格构架6.2固定在滑台6.1面上，滑台6.1带动网格构架6.2作水平运动，滑台
6.1基础安装在支撑构件5上；
步骤4：用4个同型号的“J”形连接杆，将连接杆下部“J”形钩头分别与护坦2底面连接，
将连接杆设置有螺纹的顶端穿过安装在网格构架6.2上的螺杆基座，通过护坦联动件2.2使
护坦2上的4个“J”构件可以同时上下移动；
步骤5：用2个同型号的“J”形连接杆，将下部“J”形钩头分别与消力坎3两端底面连接，
将连接杆设置有螺纹的顶端穿过安装在网格构架6.2上的螺杆基座，通过消力坎联动件3.2
使消力坎3上的2个“J”构件可以同时上下移动，其中消力坎3为不锈材料制成，其断面为直
角梯形；
步骤6：用4个同型号的“J”形连接杆，将连接杆下部“J”形钩头分别与安装在海漫4底面
滑槽4.2上的滑块8.2连接，海漫4上所用的“J”形连接杆顶端并无螺纹段，将并无螺纹的顶
端固定在网格构架6.2上，与滑块8.2对应的滑槽4.2设置在海漫4下底面，海漫4通过弹簧
8.1的拉力与消力坎3紧紧相连，弹簧8.1一端连接在消力坎3底部，另一端连接在滑块8.2
上，消力坎3上下移动时，海漫4靠消力坎3推挤和弹簧8.1弹力作用沿滑槽4.2方向前后移
动；
步骤7：将陡坡段1一端与钢管连接，使陡坡段1与钢管相切，另一端搁置在护坦上，钢管
两端设轴承，将轴承安装在基础10上，护坦2上下移动时，陡坡段1绕轴承转动。
下面描述本发明提供的一种可调式消力池工作过程：
将本发明安装在试验模型的相应部位，并使本发明各构件尺寸满足模型试验要求，然
后调节滑台使消力池的长度满足设计要求，调节护坦和消力坎对应的螺杆，护坦连接杆和
消力坎连接杆分别垂直运动，使消力池深度达到设计值，使消力坎的高度达到设计值，如果
设计没有消力坎则将消力坎顶部调整到与海漫齐平。
模型试验时，将消力池的池长和池深调至设计值后，按设计规定的洪水频率进行
放水试验，通过流态观察消力池流态和消力池后一定距离渠道或者河道的断面流速分布情
况来判别消力池消能效果。用水平运动构件来调整消力池的池长，护坦垂直运动调节消力
池的池深，必要时通过消力坎垂直运动调节消力坎的高度。每调节一次将会引起消力池尺
寸改变，再次调节时需待前一次调节引起的池后流态改变稳定后进行。当消力池后流态和
其后渠道或河道断面流速分布符合设计要求时，此时的消力池的尺寸即为工程在各种运行
工况下保证消力池安全的实际值，为设计提供参考。
本发明原理简单、调节比较方便、能快速准确找出消力池的最佳尺寸，可以节约模
型试验时修改模型所占用的时间，应用于水工建筑物的模型试验，特别适用于解决底流式
消能问题，为缩短水利工程设计周期提供了前提条件。