專利名稱：通氣壓坎消能工的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利水電工程中使用的消能設施，特別涉及一種用于有壓泄洪洞的消能工。
背景技術：
針對大流量、高水頭泄洪洞的消能問題，特別是將施工期導流洞改建成永久泄洪洞的消能問題，目前一般采用龍抬頭和豎井旋流的型式，前者幾乎沒有消能，主要是沿程水頭損失有一定的消能，出洞后的剩余水頭仍然很大，且因洞內流速高需設置摻氣減蝕設施，即便如此，在高水頭時仍有可能發生空蝕破壞；而后者的豎井主要是將水流旋轉導入豎井底部，避免水流直接沖擊井底，消力井內水流強烈紊動對消能起主要作用，由于旋流必然將空氣大量卷入水體中，下平段應該為明流以便于氣體的釋放，但實際工程絕大多數導流洞布置高程較低，導流洞出口低于大洪水時的河道水位，若采用豎井旋流則會出現明滿流交替的惡劣流態，洞身安全難以保證。
孔板消能工和洞塞消能工都是能安裝在泄洪洞內的消能設施，但它們均需很高的水壓力提高其水流空化數，通過逐級增加洞塞或孔板實現消能，實踐表明，最后一級洞塞或孔板的空化特性難以滿足要求。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種無空化體型的通氣壓坎消能工，此種消能工與孔板消能工和洞塞消能工配合使用，可有效改善最后一級洞塞或孔板的空化特性。
本發明所述通氣壓坎消能工包括與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的懸板、與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的壓坎，壓坎位于懸板之后并與懸板圍成一通氣廊道，通氣廊道與泄洪洞所設置的通氣井相通，壓坎和懸板之間連接有支撐桿，以提高懸板的強度，壓坎和懸板底面與泄洪洞底部的間距形成水流通道。由于懸板處形成收縮，因而水流經懸板處形成空腔，高速水流通過通氣井源源不斷吸入空氣混摻到水體中，壓坎阻斷水流淹沒通氣井，保證通氣效果，壓坎壁面的摻氣濃度足以使該部位免受空蝕破壞。
構成本發明所述通氣壓坎消能工的壓坎，其底面與泄洪洞底部的間距h和長度L按以下方式確定h=QBv,]]>式中，Q為設計流量，v為壓坎處水流流速，B為泄洪洞的寬度；L以壓坎的后壁位于水流形成的空腔之外為限。
構成本發明所述通氣壓坎消能工的懸板，其厚度沒有嚴格要求，只要在支撐桿的配合下具有不被水流破壞的強度即可，其底部為銳緣，銳緣與泄洪洞底部的間距為0.9h～1.1h，式中，h為壓坎底面與泄洪洞底部的間距。
對于較短的有壓泄洪洞，例如，壓坎后泄洪洞的長度小于5倍洞徑，本發明所述通氣壓坎消能工可以作為一級消能工單獨使用，但若泄洪洞較長，則需與孔板消能工或洞塞消能工配合使用。配合使用時，安裝在最后一級洞塞消能工或孔板消能工之后。
本發明具有以下有益效果1、通氣廊道在壓坎的配合下形成對水體的強迫摻氣，因而水體摻氣濃度高，對消能工起到良好的摻氣減蝕作用，使該消能工成為無空化體型。
2、由于是無空化體型，因而不受流量大小、工作水頭的限制，特別適用于超高水頭(200m以上)、大流量(3000m3/s量級)的泄洪洞的消能。
3、能將有壓流轉換成清晰的無壓流，實現洞內流態穩定。
4、與孔板消能工和洞塞消能工配合使用，可有效改善最后一級洞塞或孔板的空化特性。
5、可作為一級消能工，其消能水頭可按公式Hf=ξv22g]]>計算消能水頭(式中，Hf為消能水頭，ξ為消能水頭損失系數，ξ＝0.5～1.0，v為壓坎處的水流流速)，若下游能承受的流速允許達到較高值，本消能工的消能效果則能達到很高的程度。
圖1是本發明所述通氣壓坎消能工的一種結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是圖1的C-C剖視圖圖5是“L型消能工+通氣壓坎消能工 無壓流”的布置示意圖；圖6是“L型消能工+洞塞消能工+通氣壓坎消能工 有壓流”的布置示意圖。
圖中，1-泄洪洞、2-懸板、3-通氣廊道、4-通氣井、5-支撐桿、6-壓坎、7-泄洪洞壁、8-壓坎后壁、9-豎井、10-L型消能工、11-洞塞消能工。
具體實施例方式
實施例1本實施例中的通氣壓坎消能工，結構如圖1、圖2、圖3、圖4所示，包括與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的懸板2、與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的混凝土壓坎6，壓坎6位于懸板2之后并與懸板圍成一通氣廊道3，通氣廊道3與泄洪洞所設置的通氣井4相通，壓坎6和懸板2之間連接有多根支撐桿5，壓坎和懸板底面與泄洪洞底部的間距形成水流通道。
將上述結構的通氣壓坎消能工與L型消能工聯合使用，對總水頭約150m的泄洪洞明流泄洪，采用“L型消能工+通氣壓坎消能 無壓流”的布置型式進行模型試驗，如圖5所示。具體設計如下L型消能工10由兩段內徑均為6m的混凝土圓筒體相交構成，兩圓筒體軸線的夾角α為90°，豎井9的井徑8m，泄洪洞1為6m寬、8m高的城門洞，構成L型消能工的一圓筒體接豎井9，另一圓筒體接泄洪洞1，與泄洪洞相接的圓筒體最低點與泄洪洞底部的間距h1為1m。L型消能工內流速約為21m/s，相應的消能水頭約為50m。
通氣壓坎消能工的壓坎6處的流速為25m/s，壓坎底面與泄洪洞底部的間距h為4m，壓坎長度L為8m。懸板2采用平板鋼閘門的結構型式，厚度為1m，底部為銳緣，銳緣與泄洪洞底部的間距為4m。通氣廊道3的凈空(懸板與壓坎之間的間距)為1.2m，通氣井的井徑為2m。經通氣壓坎消能工后，水流為清晰的明流，洞內水深4m，流速25m/s。
實施例2本實施例中的通氣壓坎消能工，結構如圖1、圖2、圖3、圖4所示，包括與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的懸板2、與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的混凝土壓坎6，壓坎6位于懸板2之后并與懸板圍成一通氣廊道3，通氣廊道3與泄洪洞所設置的通氣井4相通，壓坎6和懸板2之間連接有多根支撐桿5，壓坎和懸板底面與泄洪洞底部的間距形成水流通道。
將上述結構的通氣壓坎消能工與L型消能工、洞塞消能工聯合使用，對總水頭約200m的泄洪洞實施有壓流泄洪，采用“L型消能工+洞塞消能工+通氣壓坎消能 有壓流”的布置型式進行模型試驗，如圖6所示。具體設計如下L型消能工10由兩段內徑均為12m的混凝土圓筒體相交構成，兩圓筒體軸線的夾角α為90°，豎井9的井徑16m，泄洪洞1為20m寬、20m高的城門洞，構成L型消能工的一圓筒體接豎井9，另一圓筒體接泄洪洞1，與泄洪洞相接的圓筒體最低點與泄洪洞底部的間距h1為1m。L型消能工內流速約為23m/s，相應的消能水頭約為70m。
洞塞消能工11布置了3級，其內徑分別為11.2m、12m、14m。在泄洪洞出口布置通氣壓坎消能工，考慮到出口至下游河道有近100余m的引渠以及河道對岸至泄洪洞出口距離近300m，同時兼顧河道的抗沖能力，壓坎6處的流速控制在22m/s左右，泄洪洞的寬度20m，因此，壓坎底面與泄洪洞底部的間距(即壓坎的過流凈高)h=QBv=262020×226m.]]>懸板2采用平板鋼閘門結構，厚度為1m，底部為銳緣，銳緣與泄洪洞底部的間距為6m。通氣廊道3的凈空(懸板與壓坎之間的間距)為1m，通氣井采用圓洞斷面，井徑為3.0m。試驗表明通氣壓坎消能工前各級洞塞消能工的水壓力提高近30m水頭，消除了洞內各級洞塞消能工的空化，并有一定的安全裕度。
權利要求
1.一種通氣壓坎消能工，其特征在于包括與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的懸板(2)、與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的壓坎(6)，壓坎(6)位于懸板(2)之后并與懸板圍成一通氣廊道(3)，通氣廊道(3)與泄洪洞所設置的通氣井(4)相通，壓坎(6)和懸板(2)之間連接有支撐桿(5)，壓坎和懸板底面與泄洪洞底部的間距形成水流通道。
2.根據權利要求1所述的通氣壓坎消能工，其特征在于壓坎(6)底面與泄洪洞底部的間距h=QBv,]]>式中，Q為設計流量，v為壓坎處水流流速，B為泄洪洞的寬度。
3.根據權利要求2所述的通氣壓坎消能工，其特征在于懸板(2)底部為銳緣，銳緣與泄洪洞底部的間距為0.9h～1.1h，式中，h為壓坎底面與泄洪洞底部的間距。
4.根據權利要求1或2或3所述的通氣壓坎消能工，其特征在于壓坎(6)的長度L以壓坎后壁(8)位于水流形成的空腔之外為限。
全文摘要
一種通氣壓坎消能工，包括與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的懸板、與泄洪洞頂壁和兩側壁連接的壓坎，壓坎位于懸板之后并與懸板圍成一通氣廊道，通氣廊道與泄洪洞所設置的通氣井相通，壓坎和懸板之間連接有支撐桿，壓坎和懸板底面與泄洪洞底部的間距形成水流通道。通氣廊道在壓坎的配合下形成對水體的強迫摻氣，因而水體摻氣濃度高，對消能工起到良好的摻氣減蝕作用，使該消能工成為無空化體型。由于是無空化體型，因而不受流量大小、工作水頭的限制，特別適用于超高水頭(200m以上)、大流量(3000m
文檔編號E02B9/06GK1888320SQ200610021519
公開日2007年1月3日 申請日期2006年8月3日 優先權日2006年8月3日
發明者劉善均, 許唯臨, 王韋, 曲景學, 張建民, 鄧軍 申請人:四川大學