通气压坎消能工制造技术

一种通气压坎消能工，包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的压坎，压坎位于悬板之后并与悬板围成一通气廊道，通气廊道与泄洪洞所设置的通气井相通，压坎和悬板之间连接有支撑杆，压坎和悬板底面与泄洪洞底部的间距形成水流通道。通气廊道在压坎的配合下形成对水体的强迫掺气，因而水体掺气浓度高，对消能工起到良好的掺气减蚀作用，使该消能工成为无空化体型。由于是无空化体型，因而不受流量大小、工作水头的限制，特别适用于超高水头（２００ｍ以上）、大流量（３０００ｍ↑［３］／ｓ量级）的泄洪洞的消能。与孔板消能工和洞塞消能工配合使用，可有效改善最后一级洞塞或孔板的空化特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利水电工程中使用的消能设施，特别涉及一种用于有压泄洪洞的消能工。
技术介绍
针对大流量、高水头泄洪洞的消能问题，特别是将施工期导流洞改建成永久泄洪洞的消能问题，目前一般采用龙抬头和竖井旋流的型式，前者几乎没有消能，主要是沿程水头损失有一定的消能，出洞后的剩余水头仍然很大，且因洞内流速高需设置掺气减蚀设施，即便如此，在高水头时仍有可能发生空蚀破坏；而后者的竖井主要是将水流旋转导入竖井底部，避免水流直接冲击井底，消力井内水流强烈紊动对消能起主要作用，由于旋流必然将空气大量卷入水体中，下平段应该为明流以便于气体的释放，但实际工程绝大多数导流洞布置高程较低，导流洞出口低于大洪水时的河道水位，若采用竖井旋流则会出现明满流交替的恶劣流态，洞身安全难以保证。孔板消能工和洞塞消能工都是能安装在泄洪洞内的消能设施，但它们均需很高的水压力提高其水流空化数，通过逐级增加洞塞或孔板实现消能，实践表明，最后一级洞塞或孔板的空化特性难以满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无空化体型的通气压坎消能工，此种消能工与孔板消能工和洞塞消能工配合使用，可有效改善最后一级洞塞或孔板的空化特性。本专利技术所述通气压坎消能工包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的压坎，压坎位于悬板之后并与悬板围成一通气廊道，通气廊道与泄洪洞所设置的通气井相通，压坎和悬板之间连接有支撑杆，以提高悬板的强度，压坎和悬板底面与泄洪洞底部的间距形成水流通道。由于悬板处形成收缩，因而水流经悬板处形成空腔，高速水流通过通气井源源不断吸入空气混掺到水体中，压坎阻断水流淹没通气井，保证通气效果，压坎壁面的掺气浓度足以使该部位免受空蚀破坏。构成本专利技术所述通气压坎消能工的压坎，其底面与泄洪洞底部的间距h和长度L按以下方式确定h=QBv,]]>式中，Q为设计流量，v为压坎处水流流速，B为泄洪洞的宽度；L以压坎的后壁位于水流形成的空腔之外为限。构成本专利技术所述通气压坎消能工的悬板，其厚度没有严格要求，只要在支撑杆的配合下具有不被水流破坏的强度即可，其底部为锐缘，锐缘与泄洪洞底部的间距为0.9h～1.1h，式中，h为压坎底面与泄洪洞底部的间距。对于较短的有压泄洪洞，例如，压坎后泄洪洞的长度小于5倍洞径，本专利技术所述通气压坎消能工可以作为一级消能工单独使用，但若泄洪洞较长，则需与孔板消能工或洞塞消能工配合使用。配合使用时，安装在最后一级洞塞消能工或孔板消能工之后。本专利技术具有以下有益效果1、通气廊道在压坎的配合下形成对水体的强迫掺气，因而水体掺气浓度高，对消能工起到良好的掺气减蚀作用，使该消能工成为无空化体型。2、由于是无空化体型，因而不受流量大小、工作水头的限制，特别适用于超高水头(200m以上)、大流量(3000m3/s量级)的泄洪洞的消能。3、能将有压流转换成清晰的无压流，实现洞内流态稳定。4、与孔板消能工和洞塞消能工配合使用，可有效改善最后一级洞塞或孔板的空化特性。5、可作为一级消能工，其消能水头可按公式Hf=ξv22g]]>计算消能水头(式中，Hf为消能水头，ξ为消能水头损失系数，ξ＝0.5～1.0，v为压坎处的水流流速)，若下游能承受的流速允许达到较高值，本消能工的消能效果则能达到很高的程度。附图说明图1是本专利技术所述通气压坎消能工的一种结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的B-B剖视图；图4是图1的C-C剖视图图5是“L型消能工+通气压坎消能工 无压流”的布置示意图；图6是“L型消能工+洞塞消能工+通气压坎消能工 有压流”的布置示意图。图中，1-泄洪洞、2-悬板、3-通气廊道、4-通气井、5-支撑杆、6-压坎、7-泄洪洞壁、8-压坎后壁、9-竖井、10-L型消能工、11-洞塞消能工。具体实施例方式实施例1本实施例中的通气压坎消能工，结构如图1、图2、图3、图4所示，包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板2、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的混凝土压坎6，压坎6位于悬板2之后并与悬板围成一通气廊道3，通气廊道3与泄洪洞所设置的通气井4相通，压坎6和悬板2之间连接有多根支撑杆5，压坎和悬板底面与泄洪洞底部的间距形成水流通道。将上述结构的通气压坎消能工与L型消能工联合使用，对总水头约150m的泄洪洞明流泄洪，采用“L型消能工+通气压坎消能 无压流”的布置型式进行模型试验，如图5所示。具体设计如下L型消能工10由两段内径均为6m的混凝土圆筒体相交构成，两圆筒体轴线的夹角α为90°，竖井9的井径8m，泄洪洞1为6m宽、8m高的城门洞，构成L型消能工的一圆筒体接竖井9，另一圆筒体接泄洪洞1，与泄洪洞相接的圆筒体最低点与泄洪洞底部的间距h1为1m。L型消能工内流速约为21m/s，相应的消能水头约为50m。通气压坎消能工的压坎6处的流速为25m/s，压坎底面与泄洪洞底部的间距h为4m，压坎长度L为8m。悬板2采用平板钢闸门的结构型式，厚度为1m，底部为锐缘，锐缘与泄洪洞底部的间距为4m。通气廊道3的净空(悬板与压坎之间的间距)为1.2m，通气井的井径为2m。经通气压坎消能工后，水流为清晰的明流，洞内水深4m，流速25m/s。实施例2本实施例中的通气压坎消能工，结构如图1、图2、图3、图4所示，包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板2、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的混凝土压坎6，压坎6位于悬板2之后并与悬板围成一通气廊道3，通气廊道3与泄洪洞所设置的通气井4相通，压坎6和悬板2之间连接有多根支撑杆5，压坎和悬板底面与泄洪洞底部的间距形成水流通道。将上述结构的通气压坎消能工与L型消能工、洞塞消能工联合使用，对总水头约200m的泄洪洞实施有压流泄洪，采用“L型消能工+洞塞消能工+通气压坎消能 有压流”的布置型式进行模型试验，如图6所示。具体设计如下L型消能工10由两段内径均为12m的混凝土圆筒体相交构成，两圆筒体轴线的夹角α为90°，竖井9的井径16m，泄洪洞1为20m宽、20m高的城门洞，构成L型消能工的一圆筒体接竖井9，另一圆筒体接泄洪洞1，与泄洪洞相接的圆筒体最低点与泄洪洞底部的间距h1为1m。L型消能工内流速约为23m/s，相应的消能水头约为70m。洞塞消能工11布置了3级，其内径分别为11.2m、12m、14m。在泄洪洞出口布置通气压坎消能工，考虑到出口至下游河道有近100余m的引渠以及河道对岸至泄洪洞出口距离近300m，同时兼顾河道的抗冲能力，压坎6处的流速控制在22m/s左右，泄洪洞的宽度20m，因此，压坎底面与泄洪洞底部的间距(即压坎的过流净高)h=QBv=262020×226m.]]>悬板2采用平板钢闸门结构，厚度为1m，底部为锐缘，锐缘与泄洪洞底部的间距为6m。通气廊道3的净空(悬板与压坎之间的间距)为1m，通气井采用圆洞断面，井径为3.0m。试验表明通气压坎消能工前各级洞塞消能工的水压力提高近30m水头，消除了洞内各级洞塞消能工的空化，并有一定的安全裕度。权利要求1.一种通气压坎消能工，其特征在于包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板(2)、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的压坎(6)，压坎(6)位于悬板(2)之后并与悬板围成一通气廊道(3)，通气廊道(3)与泄洪洞所设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通气压坎消能工，其特征在于包括与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的悬板（２）、与泄洪洞顶壁和两侧壁连接的压坎（６），压坎（６）位于悬板（２）之后并与悬板围成一通气廓道（３），通气廓道（３）与泄洪洞所设置的通气井（４）相通，压坎（６）和悬板（２）之间连接有支撑杆（５），压坎和悬板底面与泄洪洞底部的间距形成水流通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘善均，许唯临，王韦，曲景学，张建民，邓军，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]