緩坡明渠有壓進口摻氣方法及摻氣裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種緩坡明渠有壓進口摻氣方法及其實施裝置，通過在緩坡明渠有壓進口的末端、有壓水體內(nèi)設置一其內(nèi)部空腔與大氣連通的斷面為楔形的摻氣器（1），楔形摻氣器以楔端迎著水流來流方向、楔底背向水流來流方向懸空安置在過流洞兩側(cè)洞體（4）上，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，楔形摻氣器空腔內(nèi)的空氣由位于楔形摻氣器楔底上的通氣孔（2）進入由楔底和上下兩部分水流形成的空間，再摻入水流中。采用本發(fā)明對緩坡明渠有壓進口進行摻氣，可以使水流一進入明渠就得到大量摻氣并快速摻入到渠道底部，具有不受緩坡坡度限制的特點，能有效提高緩坡明渠過流壁面摻氣減蝕效果。
【專利說明】緩坡明渠有壓進口摻氣方法及摻氣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利工程中的摻氣減蝕【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種緩坡明渠有壓進口摻氣方法及摻氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個水力資源豐富的國家，在水力資源的開發(fā)與利用中，經(jīng)常會遇到由高速水流所引起的一系列問題，特別是高速水流泄水建筑物過流面遭空蝕破壞。摻氣減蝕措施的應用在一定程度上解決了上述問題，但是摻氣效果往往受到渠道坡度的限制。對于坡度較陡的渠道，通過在渠道底部設計摻氣坎進行摻氣，取得了比較好的摻氣減蝕效果，得到了廣泛的應用，但當水流的沸汝德數(shù)小于4.3?4.5，渠道坡度緩于1:8?1:10時，摻氣坎的底部空腔內(nèi)容易回水，從而影響摻氣效果，渠道仍然會發(fā)生空化空蝕破壞。而目前泄洪洞往往采用緩坡接陡坡的模式，緩坡段的坡度一般只有2%?5%，當水流速度接近30m/s時，緩坡段就可能發(fā)生空化空蝕破壞。對于如此緩的坡度，即使設置了摻氣坎，其效果也會因為坡度的限制存在上述底部空腔回水的問題，何況如此緩的坡度摻氣坎的設置難度很大，不利于施工。而表面自摻氣，無法在距有壓進口較短的距離內(nèi)實現(xiàn)有效的摻氣，水層較厚時氣體也不能摻入到渠道底部，渠道過流壁面避免不了空化空蝕破壞。因此現(xiàn)有技術(shù)對緩坡明渠過流壁面的空化空蝕問題還未能很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有緩坡明渠過流壁面摻氣方法的不足，本發(fā)明的目的旨在提出一種緩坡明渠有壓進口摻氣方法及摻氣裝置，使水流一進入明渠就得到大量摻氣并快速摻入到渠道底部而不受緩坡坡度限制，以提高緩坡明渠過流壁面摻氣減蝕效果。
[0004]本發(fā)明所述緩坡明渠有壓進口摻氣方法，通過在緩坡明渠有壓進口的末端、有壓水體內(nèi)設置一其內(nèi)部空腔與大氣連通的斷面為楔形的摻氣器，楔形摻氣器的楔端迎著水流來流方向，楔底背向水流來流方向，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，楔形摻氣器空腔內(nèi)的空氣由位于楔形摻氣器楔底上的通氣孔進入由楔底和上下兩部分水流形成的摻氣空間，摻氣空間內(nèi)的空氣在水流的卷吸作用下?lián)饺胨鳎瑢崿F(xiàn)緩坡明渠有壓進口水流摻氣。
[0005]上述緩坡明渠有壓進口摻氣方法，楔形摻氣器空腔內(nèi)的空氣優(yōu)先考慮通過楔形摻氣器兩端的進氣孔口與大氣連通；位于楔形摻氣器兩端的所述進氣孔口優(yōu)先考慮通過位于過流洞兩側(cè)洞體內(nèi)的管孔與大氣連通。
[0006]本發(fā)明提供的實施上述緩坡明渠有壓進口摻氣方法的裝置，其主要構(gòu)成為:在緩坡明渠有壓進口的末端設置一楔形摻氣器，所述楔形摻氣器為空腔楔形斷面結(jié)構(gòu)，摻氣器空腔體上設計有使空氣進入空腔的進氣孔口，楔底分布有若干通氣孔，楔形摻氣器以楔端迎著水流來流方向、楔底背向水流來流方向懸空安置在過流洞兩側(cè)洞體上，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，楔形摻氣器空腔體上的進氣孔口與大氣連通。[0007]上述緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，所述進氣孔口優(yōu)先考慮設計為兩個，分別位于楔形摻氣器的兩端，通過位于過流洞兩側(cè)洞體壁內(nèi)的管孔與大氣連通。連通大氣位于過流洞兩側(cè)洞體壁內(nèi)的管孔，可進一步考慮設計成其進口不低于庫區(qū)水面。
[0008]上述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，所述楔形摻氣器最好水平設置在有壓水體過流洞兩側(cè)洞體上。
[0009]上述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，楔形摻氣器上下兩側(cè)的楔形壁最好為流線型曲面結(jié)構(gòu)，使楔形摻氣器上下兩側(cè)的流道面積都是沿程減小，以保證水體過流楔形體時使楔形體表面保持正壓，從避免出現(xiàn)空化空蝕破壞。
[0010]為了使摻入水體中的空氣更靠近明渠底板，下方的水層越薄越好，但是如果下方的水層太薄，將使回水加重，從而影響摻氣效果，即摻入水中的空氣量會減小。當下方水流過厚時，上方水舌會相對較小，那么對它的沖擊效果便大大減弱，無法充分地卷入空氣，影響摻氣效果。因此，所述楔形摻氣器的安裝位置距過流洞洞底的距離最好不小于0.5m,同時最好使其下方的水流出口高度與其上方的水流出口高度比為(1:1)?(1:4)。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0012]1、由于本發(fā)明方法在緩坡明渠有壓進口的末端、有壓水體內(nèi)設置一其內(nèi)部空腔與大氣連通的斷面為楔形的摻氣器，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，空氣由位于楔形摻氣器楔底上的通氣孔進入由楔底和上下兩部分水流形成的摻氣空間，摻氣空間內(nèi)的空氣在水流的卷吸作用下?lián)饺胨?，實現(xiàn)水流摻氣，空腔內(nèi)空氣被水流帶走后空腔形成負壓，空氣便經(jīng)楔形摻氣器源源補入，形成連續(xù)不斷的摻氣過程，從而連續(xù)充分摻氣。同時由于楔形體到明渠底板的垂直距離很近，明渠底板上的水層較薄，上方水流的下表面和下方水流的上表面發(fā)生的自摻氣很容易發(fā)展到明渠底部，加之上方水流以射流流出后回落到下方水流上造成沖擊而強迫卷吸摻氣，提高摻氣濃度，進一步使氣體發(fā)展到明渠底部，因而能避免過流壁面發(fā)生空化空蝕而不受坡度限制，提高摻氣減蝕效果。
[0013]2、本發(fā)明方法中，楔形摻氣器將水流分成兩股后，由于上方水流被挑離形成射流，回落到下方水流上時相當于落在高速向下游運動的底板上，從而將回水帶向下游，保證了摻氣空腔不被回水淹沒，因而在明渠坡度較緩的情況下也能保證較好的摻氣效果，避免緩坡明渠過流壁面發(fā)生空蝕空化。
[0014]3、本發(fā)明方法中，楔形摻氣器摻氣后，在上下水流撞擊過程中又會強迫卷吸摻氣，相當于二次摻氣，因而能避免摻氣濃度由于重力影響沿流程減小，從而延長摻氣保護長度。
[0015]4、本發(fā)明方法設計巧妙，楔形摻氣器結(jié)構(gòu)簡單，易于實施，可在有壓進口接緩坡明渠條件中獲得廣泛應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為安裝有本發(fā)明楔形摻氣器的有壓進口末端處于關(guān)閉狀態(tài)的示意圖。
[0017]圖2為安裝有本發(fā)明楔形摻氣器的有壓進口末端處于開啟狀態(tài)的示意圖。。
[0018]圖3為圖2中A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為圖1、2中的楔形摻氣器放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]在上述附圖中各圖示標號標識的對象分別為:I一楔形摻氣器，2—通氣孔，3—進氣孔口，4一洞體?！揪唧w實施方式】
[0021]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明，以便于更加容易地理解本發(fā)明。但需要特別指出的是，本發(fā)明的【具體實施方式】不限于下面實施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設計出其他的【具體實施方式】，因此不應將下面給出的【具體實施方式】的實施例理解為本發(fā)明的保護范圍，將本發(fā)明的保護范圍限制在所給出的實施例。
[0022]實施例1
[0023]本實施例的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置的結(jié)構(gòu)如圖1、2、3和4所示，在緩坡明渠有壓進口的末端，距過流洞洞底距離0.5m處設置一楔形摻氣器1，且使其下方的水流出口高度與其上方的水流出口高度比為1:1。所述楔形摻氣器為空腔楔形斷面結(jié)構(gòu)，以楔端迎著水流來流方向、楔底背向水流來流方向的方式水平設置在過流洞兩側(cè)洞體4上，楔形摻氣器上下兩側(cè)楔形壁面為流線型曲面，摻氣器空腔體兩端設計有使空氣進入空腔的進氣孔口 3，楔底分布有若干通氣孔2，摻氣器空腔兩端的進氣口 3通過穿過過流洞兩側(cè)洞體的通氣管道與大氣連通，通氣管道上設計有在過流洞閘門關(guān)閉時防止水流從通氣管道外流的控制閥門。本實施例緩坡明渠有壓進口摻氣裝置的運行過程，過流洞閘門打開水流從有壓進口末端進入緩坡明渠，水體流經(jīng)本發(fā)明提供的楔形摻氣器被分成上下兩部分，之后打開通氣管道上的控制閥門，外界的空氣經(jīng)通氣管道由摻氣器空腔體兩端的進氣口 3進入摻氣器空腔，再由摻氣器楔底分布的通氣孔2進入由楔底和上下兩部分水流形成的摻氣空間，摻氣空間內(nèi)的空氣在水流的卷吸作用下?lián)饺胨?，實現(xiàn)緩坡明渠有壓進口水流摻氣，由于摻氣空間為負壓，因此外界的空氣便源源不斷的補入，實現(xiàn)連續(xù)不斷摻氣。
[0024]實施例2
[0025]本實施例的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，所不同的地方是，楔形摻氣器I設置在距過流洞洞底1.0m處，楔形摻氣器下方的水流出口高度與上方的水流出口高度比為1:4。位于摻氣器空腔體兩端的空氣進氣孔口 3，通過位于過流洞兩側(cè)洞體壁內(nèi)的管孔與大氣連通，空氣進口高于于庫區(qū)水面。
【權(quán)利要求】
1.一種緩坡明渠有壓進口摻氣方法，其特征在于，通過在緩坡明渠有壓進口的末端、有壓水體內(nèi)設置一其內(nèi)部空腔與大氣連通的斷面為楔形的摻氣器(1)，楔形摻氣器的楔端迎著水流來流方向，楔底背向水流來流方向，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，楔形摻氣器空腔內(nèi)的空氣由位于楔形摻氣器楔底上的通氣孔(2)進入由楔底和上下兩部分水流形成的摻氣空間，摻氣空間內(nèi)的空氣在水流的卷吸作用下?lián)饺胨?，實現(xiàn)緩坡明渠有壓進口水流摻氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述緩坡明渠有壓進口摻氣方法，其特征在于，楔形摻氣器空腔內(nèi)的空氣通過楔形摻氣器兩端的進氣孔口(3)與大氣連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述緩坡明渠有壓進口摻氣方法，其特征在于，楔形摻氣器兩端的進氣孔口(3)通過位于過流洞兩側(cè)洞體(4)內(nèi)的管孔與大氣連通。
4.實施權(quán)利要求1或2或3所述緩坡明渠有壓進口摻氣方法的裝置，其特征在于，在緩坡明渠有壓進口的末端設置一楔形摻氣器(I)，所述楔形摻氣器為空腔楔形斷面結(jié)構(gòu)，摻氣器空腔體上設計有使空氣進入空腔的進氣孔口(3)，楔底分布有若干通氣孔(2)，楔形摻氣器以楔端迎著水流來流方向、楔底背向水流來流方向懸空安置在過流洞兩側(cè)洞體上，使流出有壓進口的水流分為上下兩部分進入緩坡明渠，楔形摻氣器空腔體上的進氣孔口(3)與大氣連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，所述進氣孔口(3)為兩個，分別位于楔形摻氣器兩端，通過位于過流洞兩側(cè)洞體(4)壁內(nèi)的管孔與大氣連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，連通大氣位于過流洞兩側(cè)洞體(4)壁內(nèi)的管孔，其進口不低于庫區(qū)水面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，所述楔形摻氣器水平設置在有壓水體過流洞兩側(cè)洞體(4)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，楔形摻氣器上下兩側(cè)的楔形壁為流線型曲面結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8之一所述緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，所述楔形摻氣器的安裝位置距過流洞洞底的距離不小于0.5m。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的緩坡明渠有壓進口摻氣裝置，其特征在于，所述楔形摻氣器設置在使其下方的水流出口高度與其上方的水流出口高度比為1:1?1:4的位置。
【文檔編號】E02B8/00GK103758091SQ201310752705
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】鄧軍, 許唯臨, 田忠, 張法星, 劉善均, 王韋, 張建民, 曲景學, 周茂林, 夏鵬飛 申請人:四川大學