專利名稱：一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法及平直出流側(cè)向摻氣坎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)用于水利水電工程泄水建筑物中的一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法及側(cè)向摻氣坎的結(jié)構(gòu)體型，主要用于在滿足一定摻氣效果的條件下，控制并減免水翅危害，滿足工程安全的需要。
背景技術(shù)：
在水利水電工程中，為了實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)和下游河道水流的銜接，常常需要布置溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物來(lái)宣泄洪水。近年來(lái)隨著水利水電工程建設(shè)的發(fā)展，壩高的增加，泄量的加大，高速水流問(wèn)題，特別是空化空蝕問(wèn)題日趨突出，由此引起的空蝕破壞時(shí)有發(fā)生。例如，2001年二灘水電站I號(hào)泄洪洞，在泄洪量約為2500m3/s，經(jīng)過(guò)大約1800小時(shí)的運(yùn)行，汛后檢查中發(fā)現(xiàn)，I號(hào)洞2號(hào)摻氣坎下游約400m范圍內(nèi)的邊墻和地板遭到了嚴(yán)重空蝕破壞，邊墻和底板混凝土全部剝離，基巖外露，局部空蝕沖坑深度達(dá)19m。目前對(duì)泄水建筑物空蝕問(wèn) 題的解決方法是在泄水建筑物原有的底摻氣坎基礎(chǔ)上，增設(shè)側(cè)摻氣坎，通過(guò)人工強(qiáng)迫摻氣來(lái)減免空蝕破壞。側(cè)摻氣坎的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)見(jiàn)圖1，其中，是側(cè)摻氣坎高度，Ci1是側(cè)摻氣坎的坡度，L。是側(cè)空腔長(zhǎng)度。需要說(shuō)明的是，對(duì)于這種具有側(cè)向摻氣和底部摻氣的三維摻氣設(shè)施，控制側(cè)摻氣坎后的摻氣空腔長(zhǎng)度L。是非常重要的。當(dāng)側(cè)摻氣空腔和底部摻氣空腔不匹配時(shí)，將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的水翅危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法及平直出流側(cè)向摻氣坎結(jié)構(gòu)，它可以在滿足一定摻氣效果的前提下，減免由于增設(shè)側(cè)向摻氣坎而引起的水翅危害，優(yōu)化泄水建筑物水流流態(tài)，避免建筑物由于水翅引起的水流脈動(dòng)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)，提高摻氣設(shè)施的空蝕防止效果。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法，在泄水建筑物底部及側(cè)墻分別設(shè)置摻氣坎，并且對(duì)原楔形側(cè)向摻氣坎進(jìn)行等高等厚的尾部延伸，形成條形摻氣坎，最后，利用條形摻氣坎抑制水翅的產(chǎn)生。本發(fā)明所述的一種平直出流側(cè)向摻氣坎，包括楔形摻氣坎，在楔形摻氣坎末端連接有高度和厚度分別與楔形摻氣坎的高度和厚度相等的條形摻氣坎。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；( 2 )減免水翅效果顯著；(3)優(yōu)化泄水建筑物水流流態(tài)；(4)避免建筑物由水翅引起的水流脈動(dòng)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)；(5)提高摻氣設(shè)施的空蝕防止效果。本發(fā)明用于水利水電工程的泄水建筑物中，以減免側(cè)摻氣坎引起的水翅危害，這對(duì)于空蝕防治和工程的運(yùn)行安全是重要的。本發(fā)明的有效性已經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，可以在滿足工程所需的摻氣效果的前提下，減免水翅發(fā)生，提高泄水建筑物的安全性。本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)先實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋，這些實(shí)施例是參照附圖僅作為例子給出的。


圖I是傳統(tǒng)側(cè)向摻氣坎幾何參數(shù)示意圖。圖2是本發(fā)明提出的平直出流側(cè)向摻氣坎幾何參數(shù)示意圖。圖3是實(shí)施例I在不同水深條件下方案I和方案2的水翅高度對(duì)比。圖4是實(shí)施例I在水深為12. Om時(shí)方案I的水翅實(shí)驗(yàn)圖片。
圖5是實(shí)施例I在水深為12. Om時(shí)方案2的水翅改善效果圖。圖6是實(shí)施例I在水深為16. Om時(shí)方案I的水翅實(shí)驗(yàn)圖片。圖7是實(shí)施例I在水深為16. Om時(shí)方案2的水翅改善效果圖。圖8是實(shí)施例2在不同水深條件下方案I和方案3的水翅高度對(duì)比圖。圖9是實(shí)施例2在水深為12. Om時(shí)方案3的水翅改善效果圖。圖10是實(shí)施例2在水深為16. Om時(shí)方案3的水翅改善效果圖。圖11是實(shí)施例3在不同水深條件下方案4和方案5的水翅高度對(duì)比圖。圖12是實(shí)施例3在水深為12. Om時(shí)方案4的水翅實(shí)驗(yàn)圖片。圖13是實(shí)施例3在水深為12. Om時(shí)方案5的水翅改善效果圖。圖14是實(shí)施例3在水深為16. Om時(shí)方案4的水翅實(shí)驗(yàn)圖片。圖15是實(shí)施例3在水深為16. Om時(shí)方案5的水翅改善效果圖。圖16是實(shí)施例4在不同水深條件下方案4和方案6的水翅高度對(duì)比圖。圖17是實(shí)施例4在水深為12. Om時(shí)方案6的水翅改善效果圖。圖18是實(shí)施例4在水深為16. Om時(shí)方案6的水翅改善效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法，在泄水建筑物底部及側(cè)墻分別設(shè)置摻氣坎，再對(duì)原楔形側(cè)向摻氣坎進(jìn)行等高等厚的尾部延伸，形成條形摻氣坎2，控制側(cè)向摻氣坎的側(cè)空腔長(zhǎng)度，保持與底空腔匹配，抑制水翅的產(chǎn)生。本發(fā)明所述的一種平直出流側(cè)向摻氣坎，參照?qǐng)D2，包括楔形摻氣坎1，在楔形摻氣坎I末端連接有高度和厚度分別與楔形摻氣坎I的高度和厚度相等的條形摻氣坎2 ;條形摻氣坎2的坎高為O. Im - O. 4m,條形摻氣坎2的平直出流段長(zhǎng)L1約為10-20倍的坎高tri，楔形摻氣坎I的側(cè)坎坡度a i為1:10 - 1:30。圖I是傳統(tǒng)側(cè)向摻氣坎結(jié)構(gòu)示意圖。水流經(jīng)側(cè)摻氣坎斜坡段收縮，由于慣性力的作用水流按照側(cè)摻氣坎坡度α !收縮，經(jīng)過(guò)一段距離后沿程逐漸擴(kuò)散，最終達(dá)到側(cè)邊墻形成空腔，空腔長(zhǎng)度L。受側(cè)摻氣坎的坎高和坡度^的支配。本項(xiàng)發(fā)明在傳統(tǒng)側(cè)向摻氣坎末端增設(shè)平直段，使水流經(jīng)末端整流后，以平直出流的方式離開(kāi)側(cè)向摻氣坎(見(jiàn)圖2)，從而控制了坎后空腔長(zhǎng)度L。的大小，減免水翅發(fā)生，優(yōu)化泄水建筑物水流流態(tài)，避免建筑物的水流脈動(dòng)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)，提高摻氣設(shè)施的空蝕防止效果。
下面結(jié)合4個(gè)工程實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出更為詳細(xì)的說(shuō)明。某工程溢洪道為開(kāi)敞式布置，堰頂高程448. 00m，孔口寬14. 00m，溢流堰采用WES實(shí)用堰，堰面曲線方程為y=0. 037x1 85，其原點(diǎn)高程為448. 00m，原點(diǎn)樁號(hào)為溢0+004. 66，上游接橢圓曲線x2/4. 662+(2. 74-y)2/2. 742=1，下游與坡比為1 :0. 80的泄槽陡坡段相接。設(shè)弧形工作閘門(mén)，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉，弧門(mén)上游設(shè)疊梁式檢修閘門(mén)，由壩頂門(mén)式起閉機(jī)啟閉。工程各特征水位為，死水位427. OOm ;正常蓄水位470. OOm ；設(shè)計(jì)洪水位471. 90m ;校核洪水位:475. 14m。采用上述工程，以比尺為1:40的物理模型，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，僅改變側(cè)向摻氣坎的結(jié)構(gòu)型式，驗(yàn)證本發(fā)明的有效性。實(shí)施例I運(yùn)用上述物理模型，在已有的底部摻氣坎的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)對(duì)比方案I和方案2。方 案I中側(cè)摻氣坎采用傳統(tǒng)側(cè)向摻氣坎結(jié)構(gòu)形式，方案2中側(cè)摻氣坎采用平直出流側(cè)向摻氣坎結(jié)構(gòu)形式。方案I和方案2的側(cè)摻氣坎的坎高均為O. 2m，坎坡度α χ均為1:30，方案2中平直段長(zhǎng)度L1與側(cè)坎高的比值為10: I。實(shí)驗(yàn)得到的在各水位下方案I和方案2的水翅高度數(shù)據(jù)和對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表I和圖3。在水深為12. Om和16. Om時(shí)，方案I和方案2的實(shí)驗(yàn)照片見(jiàn)圖4 -圖7，圖中橢圓標(biāo)記處為產(chǎn)生的水翅。由表I和圖3，圖4 -圖7可見(jiàn)，在水深為12. Om和16. Om時(shí)，方案I的水翅高度分別為12. Om和10. 4m，遠(yuǎn)高于方案2在同樣的水深下所對(duì)應(yīng)的水翅高度5. 6m和5. 2m。該實(shí)施例表明，本發(fā)明能有效減免水翅的發(fā)生，優(yōu)化水流流態(tài)，避免建筑物的水流脈動(dòng)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)，提高摻氣設(shè)施的空蝕防止效果。表I
水翅高度
堰上水深(m)
(m)
萬(wàn)案I萬(wàn)案2 2^0 Ι Tl
16.010.45.2
20.03.61.2
24.0O O _20_O_O_實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)物理模型同實(shí)施例1，在方案I的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了對(duì)比方案3。方案3中側(cè)摻氣坎采用平直出流側(cè)向摻氣坎結(jié)構(gòu)形式。方案3的側(cè)坎高為O. 2m，側(cè)坎坡度a i為1:30，平直段長(zhǎng)度L1與側(cè)坎高的比值為20: I。實(shí)驗(yàn)得到的在各水位下方案3的水翅改善效果與方案I對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2和圖8。表權(quán)利要求
1.一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法，其特征在于，在泄水建筑物底部及側(cè)面分別設(shè)置底摻氣坎和楔形摻氣坎(I )，再對(duì)楔形摻氣坎(I)進(jìn)行等高等厚的尾部延伸并形成條形摻氣坎(2)，最后，利用條形摻氣坎(2)抑制水翅的產(chǎn)生。
2.一種平直出流側(cè)向摻氣坎，包括楔形摻氣坎(1)，其特征在于，在楔形摻氣坎(I)末端連接有高度和厚度分別與楔形摻氣坎(I)的高度和厚度相等的條形摻氣坎(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平直出流側(cè)向摻氣坎，其特征在于，條形摻氣坎(2)的坎高trl為O. Im - O. 4m，條形摻氣坎(2)的平直出流段長(zhǎng)L1約為10-20倍的坎高tri，楔形摻氣坎(O的側(cè)坎坡度Q1為1:10-1:30。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法及平直出流側(cè)向摻氣坎。一種側(cè)向摻氣坎的水翅防治方法，在泄水建筑物底部及側(cè)面分別設(shè)置底摻氣坎和楔形摻氣坎，再對(duì)楔形摻氣坎進(jìn)行等高(厚)延伸并形成條形摻氣坎，最后，利用條形摻氣坎抑制水翅的產(chǎn)生。一種平直出流側(cè)向摻氣坎，包括楔形摻氣坎，及在楔形摻氣坎末端連接等高(厚)的條形摻氣坎。本發(fā)明用于在滿足一定摻氣效果的條件下，減免水翅發(fā)生，保障工程安全運(yùn)行。對(duì)于水利水電工程泄水建筑物的設(shè)計(jì)和運(yùn)行均有良好的應(yīng)用。
文檔編號(hào)E02B8/06GK102828495SQ20121022052
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者吳建華, 許唯臨, 馬飛, 錢(qián)尚拓, 李丹, 張斌, 崔潤(rùn) , 張曉艷, 樊博 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 四川大學(xué)