本發(fā)明屬于水利水電工程中摻氣減蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施。

背景技術(shù)：

水流空化是指水體中某點(diǎn)壓強(qiáng)低于水的飽和蒸汽壓，從而使得該處產(chǎn)生空穴的現(xiàn)象。當(dāng)空穴潰滅時(shí)將產(chǎn)生極大的沖擊波，如果該空穴位于過流壁面附近，則空穴潰滅所產(chǎn)生的沖擊波將作用到過流壁面上，造成壁面材料的斷裂或疲勞破壞而發(fā)生剝蝕，即空蝕現(xiàn)象。許多研究與工程實(shí)例表明，通過人工強(qiáng)迫摻氣可以達(dá)到減蝕的效果，即向水流或者直接向可能發(fā)生空化的區(qū)域進(jìn)行摻氣，改變水流的流態(tài)和水流特性，達(dá)到減免空蝕的效果。對于坡度較陡的渠道，通過在渠道底部設(shè)計(jì)摻氣坎進(jìn)行摻氣取得了比較好的摻氣減蝕效果，從而廣泛應(yīng)用。但當(dāng)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(shí)，摻氣坎的底部空腔內(nèi)容易回水，從而影響摻氣效果，嚴(yán)重時(shí)回水甚至完全淹沒摻氣坎，反而使得摻氣坎成為人工凸體并成為新的空化源。

公開號為cn103758091a的專利申請公布了“緩坡明渠有壓進(jìn)口摻氣方法及摻氣裝置”，通過在有壓進(jìn)口末端設(shè)置橫向楔形體，使水流分為上下層水體流過橫向楔形體并在其尾端形成摻氣空腔，空氣通過橫向楔形體末端鉛直面設(shè)置的空氣通道源源不斷地進(jìn)入水體內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)水流的橫向全斷面摻氣。但該方法采用的橫向楔形體位于有壓孔口中間區(qū)域，通過摻氣空腔卷吸進(jìn)入的空氣有可能到不了渠道底板就開始上逸，從而無法很好地實(shí)現(xiàn)對渠道底板的摻氣保護(hù)。此外，該方法需要閘門的開度需要高于楔形體時(shí)，出射水流才能被分成上下兩層，才能實(shí)現(xiàn)有效的摻氣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)進(jìn)入明渠的水流全斷面大量摻氣，提高明渠過流壁面，特別是底板的摻氣減蝕效果。

針對上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施，在明渠有壓進(jìn)口段的孔口處、有壓水體內(nèi)順?biāo)鞣较蛟O(shè)置至少一個(gè)豎向隔墻，所述隔墻將有壓進(jìn)口段的孔口隔離為至少兩個(gè)并列的窄深式的獨(dú)立過流通道，且多個(gè)過流通道采用同一工作閘門同步開閉，在有壓進(jìn)口段孔口底板與明流段底板銜接處設(shè)置跌坎，所述工作閘門開啟后，隔墻兩側(cè)水流在隔墻末端后方形成與大氣連通的豎向摻氣空腔，過流通道內(nèi)的底層水流在跌坎處形成的底部摻氣空腔與豎向摻氣空腔連通。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步采取以下各項(xiàng)技術(shù)措施。下述各項(xiàng)技術(shù)措施可單獨(dú)采取，也可組合采取，甚至一并采取。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述隔墻最好設(shè)置1～2個(gè)；當(dāng)設(shè)置2個(gè)時(shí)，兩個(gè)隔墻順?biāo)鞣较虿⑿性O(shè)置。隔墻橫截面為流線型，兩側(cè)迎水面為光滑漸變的曲面。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，工作閘門為弧形閘門，各隔墻沿水流方向末端為與弧形工作閘門的弧度相匹配的弧形末端。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述隔墻末端的厚度為能使隔墻兩側(cè)水流在隔墻末端后方形成的豎向摻氣空腔達(dá)到流道底板，與過流通道內(nèi)底層水流在跌坎處形成的底部摻氣空腔連通。隔墻末端的厚度優(yōu)先控制在隔墻高度1/4～1/5的范圍。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述跌坎高度優(yōu)先控制在1～2m的范圍。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述明流段的側(cè)墻最好設(shè)置為突擴(kuò)側(cè)墻。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述有壓進(jìn)口段與庫區(qū)進(jìn)口之間最好設(shè)置有檢修閘門，以在需要時(shí)關(guān)閉對有壓進(jìn)口段檢修。

本發(fā)明所述水工設(shè)施摻氣原理和效果如下：

本發(fā)明的水工設(shè)施運(yùn)行時(shí)，水流從庫區(qū)進(jìn)入有壓進(jìn)口段的孔口后，流經(jīng)豎向隔墻時(shí)被分成多股窄深式的水流，無論閘門全開或者是局開，不論開度多大，水流均被分成多股同時(shí)流出，并且由各孔流出的各股水流高度相同且同步。由于各股水流出孔口后均會在橫向上自然擴(kuò)散，每兩股水流在出孔口后15～30m范圍內(nèi)會交匯到一起。交匯前每股水流均四面與空氣接觸，從而大量自摻氣，水流交匯時(shí)，兩兩發(fā)生輕微碰撞從而再次大量摻氣，兩側(cè)的水流則與邊墻發(fā)生碰撞摻氣。水流與邊墻接觸并且兩兩發(fā)生碰撞后形成一個(gè)整體落到底板上，再次發(fā)生卷吸摻氣，從而使整個(gè)水流(底部、側(cè)墻及水體中間)均大量摻氣，大大提高明渠過流壁面、特別是底板的摻氣減蝕效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下十分有益的技術(shù)效果：

1.采用本發(fā)明所述水工設(shè)施，能實(shí)現(xiàn)使整個(gè)進(jìn)入明渠的水流全斷面大量摻氣，提高明渠過流壁面、特別是底板的摻氣減蝕效果，即使在緩坡或者平坡，甚至即使空腔存在一些回水的情況下，由于水股之間碰撞會摻入大量空氣，底板和側(cè)墻也能實(shí)現(xiàn)良好的摻氣減蝕效果。

2、在本發(fā)明所述水工設(shè)施中，豎向隔墻末端背水面與弧形工作閘門完全貼合，完全不會對閘門的局部開啟造成任何影響，即使是弧形工作閘門在很小的開度情況下，水流也能被分成多股，各股水流均與空氣存在大量自由接觸面積，兩兩發(fā)生碰撞摻氣，從而實(shí)現(xiàn)全斷面大量摻氣。

3、本發(fā)明所述水工設(shè)施通過將隔墻背水面設(shè)置成與弧形工作閘門同圓心同半徑的弧形，閘門全開與局開時(shí)均與進(jìn)口背水面完全貼合，只需要一個(gè)工作閘門以及一套動力啟閉系統(tǒng)，從而大幅降低了工程耗資。

4、由于本發(fā)明所述水工設(shè)施中的豎向隔墻完全位于有壓進(jìn)口的末端、有壓水體內(nèi)，隔墻壁面壓強(qiáng)很大，因此隔墻本身不存在空化空蝕風(fēng)險(xiǎn)。

5、在本發(fā)明所述水工設(shè)施中，豎向摻氣空腔與頂部空氣及跌坎底部的橫向摻氣空腔自然連通，不用為該摻氣結(jié)構(gòu)修建任何通氣設(shè)施即可實(shí)現(xiàn)摻氣，從而減小工程量，節(jié)省工程耗資。

6、本發(fā)明所述水工設(shè)施，設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)施，可在有壓進(jìn)口接明流中獲得廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1為一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施垂直流道底板順?biāo)鞣较蚨S結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為從本發(fā)明所述摻氣水工設(shè)施流出的水體流態(tài)示意圖。

圖中：1—有壓進(jìn)口段，2—隔墻，3—工作閘門，4—跌坎，5—檢修閘門，6—明流段，7—豎向摻氣空腔，8—底部摻氣空腔，9—摻氣水流，10—庫區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實(shí)施例，通過實(shí)施例對本發(fā)明所述明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的具體實(shí)施方式不限于實(shí)施例所描述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容還可設(shè)計(jì)出其他具體實(shí)施方式，但這樣的實(shí)施方式應(yīng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一閘多孔式明渠有壓進(jìn)口全斷面摻氣水工設(shè)施：在明渠有壓進(jìn)口段1的孔口處、有壓水體內(nèi)順?biāo)鞣较蛟O(shè)置一個(gè)豎向隔墻2，將有壓進(jìn)口段的孔口隔離為兩個(gè)并列的窄深式的獨(dú)立過流通道，且兩個(gè)過流通道采用同一工作閘門3同時(shí)控制開閉，在有壓進(jìn)口段孔口底板與明流段6底板銜接處設(shè)置跌坎4，跌坎高度為1m。所述隔墻橫截面為流線型，兩側(cè)迎水面為光滑漸變的曲面，末端的厚度為隔墻高度的1/4。所述工作閘門為弧形閘門，隔墻沿水流方向末端為與弧形工作閘門的弧度相匹配的弧形末端。所述明流段6的側(cè)墻設(shè)置為突擴(kuò)側(cè)墻。在有壓進(jìn)口段與庫區(qū)出口之間設(shè)置有檢修閘門。