一种能够减少泥沙沉积的u形渡槽
技术领域
1.本实用新型涉及水利工程中长距离输水技术领域，尤其是涉及一种能够减少泥沙沉积的u形渡槽。
背景技术：
2.位于我国西北部的多泥沙输水工程（如扬黄工程）在投入运行后均存在泥沙沉积问题，当泥沙沉积严重时会导致输水渡槽水位偏高，严重威胁输水渡槽行水安全，影响输水工程的安全长周期稳定运行。对于人工修筑的敞口渡槽，其泥沙沉积的原因一方面是由于沿线风沙在渡槽内的沉降，另一方面是输送水体自带泥沙的沉积。当泥沙严重沉积时会致使渡槽内水位偏高，会加重渡槽基础设施的荷载，严重威胁渡槽行水安全，给工程安全运行和管理带来严重隐患。目前多采取定期停水清淤的泥沙治理方法，基本上是每年一次清淤，投入劳动力和物资费用较高；另外一种是减少渡槽供水流量，以缩小工程供水规模为代价换取保障运行工程安全，直至输水渡槽中泥沙沉积致使不能容忍的地步，再进行停水集中清淤。
技术实现要素：
3.为了解决上述问题，本实用新型提供一种通过调节水流状态的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，具体可采用如下技术方案：
4.本实用新型所述的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，包括混凝土u形渡槽，所述混凝土u形渡槽的内壁上设置有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片。
5.所述犁铧型导流叶片成组设置并沿水流方向顺次排列，同组的犁铧型导流叶片间隔排列在混凝土u形渡槽的横截面上，每个犁铧型导流叶片的根部贴附设置在混凝土u形渡槽的内壁上，其迎水面则为与混凝土u形渡槽轴线斜交的弧形凹面结构。
6.所述犁铧型导流叶片每组为三个，包括位于混凝土u形渡槽底部的第一犁铧型导流叶片和位于混凝土u形渡槽侧上方的第二犁铧型导流叶片、第三犁铧型导流叶片，所述第一犁铧型导流叶片、第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片与混凝土u形渡槽的轴线倾角一致，均呈20
‑
25
°
夹角设置。
7.所述第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片对称设置，其与第一犁铧型导流叶片所在的竖直半径均呈45
°
夹角。
8.所述犁铧型导流叶片结构相同，均由圆台侧壁裁片制得，所述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距=1:4。
9.所述犁铧型导流叶片为厚度5
‑
8mm的不锈钢片，其短圆弧两端点和长圆弧底部端点的所在面与混凝土u形渡槽内圆周圆弧法线平行。
10.所述犁铧型导流叶片的短圆弧和长圆弧顶部端点处为钝化圆角结构。
11.所述犁铧型导流叶片通过设备埋件与混凝土u形渡槽相连。
12.所述设备埋件由基板和焊接在其上的把筋组成，所述基板为矩形不锈钢板，所述
把筋为尾部带有内弯钩的门型螺纹钢，把筋通过贴角焊方式与基板相连。
13.所述基板与犁铧型导流叶片逐一对应，每个基板上则沿纵向均匀间隔设置有多个把筋。
14.研究表明，水体在u形渡槽中的流速不同，而泥沙的运动是依赖于水体相对较大的流速而动，即泥沙需达到临界流速方可起动，当水流速小于一定值时泥沙又会落淤沉积，可见泥沙运动依赖的是相对大流速的区间，泥沙沉积依赖的是相对小流速的区间。u形渡槽中的水体按照流速大小可分为层流、过渡流和湍流三种状态，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速继续增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流。通常情况下，u形渡槽底部的泥沙需达到临界流速即湍流条件下方可起动运动，当流速小于临界流速即湍流条件下泥沙又会沉积下落。
15.因此，本实用新型通过在u形渡槽的内壁上设置犁铧型导流叶片，利用u形渡槽中的水体动能，在u形渡槽内的适当部位聚集能量，改变水体流动的速度和方向，使得u形渡槽内流动的水体处于湍流状态，阻止水体中悬浮的泥沙沉积，进而还使得泥沙远离u形渡槽的底部，基本达到u形渡槽内泥沙沉积率在5%以下的目标，实现u形渡槽长期、连续、稳定输水。
附图说明
16.图1是本实用新型的结构示意图。
17.图2是图1的展开结构示意图。
18.图3是图1中犁铧型导流叶片的下料制作示意图。
19.图4是图1中犁铧型导流叶片的成品图。
20.图5是图1中设备埋件的结构示意图。
21.图6是图5的i
‑
i剖面放大图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
23.如图1
‑
6所示，本实用新型所述的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，包括混凝土u形渡槽1，混凝土u形渡槽1的内壁上安装有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片2，每个犁铧型导流叶片2均具有弧形凹面结构的迎水面。
24.具体地，上述犁铧型导流叶片2通过设备埋件3与u形渡槽焊接相连。如图5、6所示，设备埋件3由矩形不锈钢板基板301和多个把筋302组成。基板301的长度为300mm的整数倍，宽度为300～500mm；把筋302采用普通螺纹钢弯折成门型结构，并在尾部制作两个内弯钩，用于加强其与u形渡槽混凝土衬砌层内独立基础的连接。把筋302的中部采用贴角焊方式与基板301连接，相邻把筋302的纵向间距为300mm，两端的把筋302与基板301端头的距离为150mm。设备埋件3制作好后像一条蜈蚣虫。
25.犁铧型导流叶片2为犁铧型结构，其由圆台侧壁裁片弯曲制成。上述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距
=1:4。具体地，如图3、4所示，采用厚度5
‑
8mm的304不锈钢片卷制成小头半径为r、大头半径为3r、高度为15r的圆台，取圆台任意轴截面与圆台侧壁的相交线dc，在圆台小头圆周上取点a，使得线段ac=h，在圆台大头圆周上取点b，使得线段bd=4h，然后截取a、b、d、c四点形成的曲面作为犁铧型导流叶片2，并打磨a点和c点使得外形钝化圆润。在对犁铧型导流叶片2进行焊接安装之前，还需要将圆台侧壁裁片的ab边和cd边进行弧化弯曲处理，以便使犁铧型导流叶片2的根部与混凝土u形渡槽1内壁的设备埋件3紧密贴附。犁铧型导流叶片2与设备埋件焊接时，应与设备埋件3的基板301逐一对应，并保持a、b、c三点形成的平面与混凝土u形渡槽1的内圆周圆弧法线相互平行。
26.上述犁铧型导流叶片2分组设置并沿水流方向顺次排列，且犁铧型导流叶片2通过贴角焊方式与设备埋件3的基板301逐一连接，因此在浇筑混凝土u形渡槽1时，即按犁铧型导流叶片2的预设位置安装各个设备埋件3。在本实施例中，同组的犁铧型导流叶片2间隔排列在混凝土u形渡槽1的横截面上，每个犁铧型导流叶片2的根部贴附设置在混凝土u形渡槽1内壁的设备埋件3上，其迎水面则为与混凝土u形渡槽1轴线斜交的弧形凹面结构。具体地，如图1、2所示，每组犁铧型导流叶片2各包括一个位于混凝土u形渡槽1底部的第一犁铧型导流叶片201和对称位于混凝土u形渡槽1侧上方的第二犁铧型导流叶片202、第三犁铧型导流叶片203，上述第一犁铧型导流叶片201位于竖直半径上，第二犁铧型导流叶片202、第三犁铧型导流叶片203与混凝土u形渡槽1的圆心连线均与该竖直半径呈45
°
夹角，且每组第一犁铧型导流叶片201、第二犁铧型导流叶片202和第三犁铧型导流叶片203与混凝土u形渡槽1的轴线倾角一致，均呈20
‑
25
°
（图2中为20
°
）夹角设置。
27.上述犁铧型导流叶片2能够使u形渡槽1底部流过来的水体改变流动方向，即由平行于渡槽中心线方向的来水顺时针偏转大约20
‑
25
°
方向流动；同时单个犁铧型导流叶片2还能实现水体局部翻滚，即沿管道底部前行的水流遇阻沿犁铧型导流叶片2向上翻转形成水体自旋转180
°
，且翻转水体有效厚度为20cm，通过上述人为制造的局部水体湍流，可使泥沙始终在处于紊流状态水体中运行，阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积。本实施例中犁铧型导流叶片2每三件组成一组，每组犁铧型导流叶片2间隔布置在u形渡槽1的横截面上，起到的作用不仅是阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积，还要将渡槽底部将要沉积的泥沙由渡槽的底部旋转到渡槽的顶部，利用靠近渡槽底部和渡槽侧壁处的流速较小、渡槽中心流速最大的自然条件，成功解决输水渡槽中泥沙沉积的问题。
28.上述相邻组犁铧型导流叶片2沿水流方向的纵向间距应根据u形渡槽1的建设条件（如输水渡槽的具体形状和水体流速等），通过对水体中含有泥沙的颗粒直径、泥沙比重、泥沙所处水体流速的仿真计算或模拟试验进行确定，从而控制泥沙沉降行程、时间。u形渡槽1在正常通水运行时，经过前一组犁铧型导流叶片2的扰动后，运行一定时间、一定距离，水体中的泥沙在渡槽底部还未沉积下来时，继续前行又恰好经过下一组犁铧型导流叶片2，持续阻止了水体中的泥沙在渡槽底部沉积。对于一条完整的u形渡槽，相邻两组犁铧型导流叶片之间的纵向间距数值是相等的。
29.本实用新型具有如下有益效果：
30.1.利用水体的动能使得流速的方向改变，且形成旋转湍流，减少泥沙沉积，减少输水u形渡槽底部糙率，减少水能损失，加大输水流量。
31.2.对于采用常年连续供水方式运行的输水u形渡槽，能够减少泥沙沉积，提高供水
效率，对我国社会的经济发展和政治稳定具有重要意义。
32.3.延长输水u形渡槽使用年限，降低运行管理费用。
33.需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
技术领域
1.本实用新型涉及水利工程中长距离输水技术领域，尤其是涉及一种能够减少泥沙沉积的u形渡槽。
背景技术：
2.位于我国西北部的多泥沙输水工程（如扬黄工程）在投入运行后均存在泥沙沉积问题，当泥沙沉积严重时会导致输水渡槽水位偏高，严重威胁输水渡槽行水安全，影响输水工程的安全长周期稳定运行。对于人工修筑的敞口渡槽，其泥沙沉积的原因一方面是由于沿线风沙在渡槽内的沉降，另一方面是输送水体自带泥沙的沉积。当泥沙严重沉积时会致使渡槽内水位偏高，会加重渡槽基础设施的荷载，严重威胁渡槽行水安全，给工程安全运行和管理带来严重隐患。目前多采取定期停水清淤的泥沙治理方法，基本上是每年一次清淤，投入劳动力和物资费用较高；另外一种是减少渡槽供水流量，以缩小工程供水规模为代价换取保障运行工程安全，直至输水渡槽中泥沙沉积致使不能容忍的地步，再进行停水集中清淤。
技术实现要素：
3.为了解决上述问题，本实用新型提供一种通过调节水流状态的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，具体可采用如下技术方案：
4.本实用新型所述的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，包括混凝土u形渡槽，所述混凝土u形渡槽的内壁上设置有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片。
5.所述犁铧型导流叶片成组设置并沿水流方向顺次排列，同组的犁铧型导流叶片间隔排列在混凝土u形渡槽的横截面上，每个犁铧型导流叶片的根部贴附设置在混凝土u形渡槽的内壁上，其迎水面则为与混凝土u形渡槽轴线斜交的弧形凹面结构。
6.所述犁铧型导流叶片每组为三个，包括位于混凝土u形渡槽底部的第一犁铧型导流叶片和位于混凝土u形渡槽侧上方的第二犁铧型导流叶片、第三犁铧型导流叶片，所述第一犁铧型导流叶片、第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片与混凝土u形渡槽的轴线倾角一致，均呈20
‑
25
°
夹角设置。
7.所述第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片对称设置，其与第一犁铧型导流叶片所在的竖直半径均呈45
°
夹角。
8.所述犁铧型导流叶片结构相同，均由圆台侧壁裁片制得，所述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距=1:4。
9.所述犁铧型导流叶片为厚度5
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8mm的不锈钢片，其短圆弧两端点和长圆弧底部端点的所在面与混凝土u形渡槽内圆周圆弧法线平行。
10.所述犁铧型导流叶片的短圆弧和长圆弧顶部端点处为钝化圆角结构。
11.所述犁铧型导流叶片通过设备埋件与混凝土u形渡槽相连。
12.所述设备埋件由基板和焊接在其上的把筋组成，所述基板为矩形不锈钢板，所述
把筋为尾部带有内弯钩的门型螺纹钢，把筋通过贴角焊方式与基板相连。
13.所述基板与犁铧型导流叶片逐一对应，每个基板上则沿纵向均匀间隔设置有多个把筋。
14.研究表明，水体在u形渡槽中的流速不同，而泥沙的运动是依赖于水体相对较大的流速而动，即泥沙需达到临界流速方可起动，当水流速小于一定值时泥沙又会落淤沉积，可见泥沙运动依赖的是相对大流速的区间，泥沙沉积依赖的是相对小流速的区间。u形渡槽中的水体按照流速大小可分为层流、过渡流和湍流三种状态，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速继续增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流。通常情况下，u形渡槽底部的泥沙需达到临界流速即湍流条件下方可起动运动，当流速小于临界流速即湍流条件下泥沙又会沉积下落。
15.因此，本实用新型通过在u形渡槽的内壁上设置犁铧型导流叶片，利用u形渡槽中的水体动能，在u形渡槽内的适当部位聚集能量，改变水体流动的速度和方向，使得u形渡槽内流动的水体处于湍流状态，阻止水体中悬浮的泥沙沉积，进而还使得泥沙远离u形渡槽的底部，基本达到u形渡槽内泥沙沉积率在5%以下的目标，实现u形渡槽长期、连续、稳定输水。
附图说明
16.图1是本实用新型的结构示意图。
17.图2是图1的展开结构示意图。
18.图3是图1中犁铧型导流叶片的下料制作示意图。
19.图4是图1中犁铧型导流叶片的成品图。
20.图5是图1中设备埋件的结构示意图。
21.图6是图5的i
‑
i剖面放大图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
23.如图1
‑
6所示，本实用新型所述的能够减少泥沙沉积的u形渡槽，包括混凝土u形渡槽1，混凝土u形渡槽1的内壁上安装有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片2，每个犁铧型导流叶片2均具有弧形凹面结构的迎水面。
24.具体地，上述犁铧型导流叶片2通过设备埋件3与u形渡槽焊接相连。如图5、6所示，设备埋件3由矩形不锈钢板基板301和多个把筋302组成。基板301的长度为300mm的整数倍，宽度为300～500mm；把筋302采用普通螺纹钢弯折成门型结构，并在尾部制作两个内弯钩，用于加强其与u形渡槽混凝土衬砌层内独立基础的连接。把筋302的中部采用贴角焊方式与基板301连接，相邻把筋302的纵向间距为300mm，两端的把筋302与基板301端头的距离为150mm。设备埋件3制作好后像一条蜈蚣虫。
25.犁铧型导流叶片2为犁铧型结构，其由圆台侧壁裁片弯曲制成。上述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距
=1:4。具体地，如图3、4所示，采用厚度5
‑
8mm的304不锈钢片卷制成小头半径为r、大头半径为3r、高度为15r的圆台，取圆台任意轴截面与圆台侧壁的相交线dc，在圆台小头圆周上取点a，使得线段ac=h，在圆台大头圆周上取点b，使得线段bd=4h，然后截取a、b、d、c四点形成的曲面作为犁铧型导流叶片2，并打磨a点和c点使得外形钝化圆润。在对犁铧型导流叶片2进行焊接安装之前，还需要将圆台侧壁裁片的ab边和cd边进行弧化弯曲处理，以便使犁铧型导流叶片2的根部与混凝土u形渡槽1内壁的设备埋件3紧密贴附。犁铧型导流叶片2与设备埋件焊接时，应与设备埋件3的基板301逐一对应，并保持a、b、c三点形成的平面与混凝土u形渡槽1的内圆周圆弧法线相互平行。
26.上述犁铧型导流叶片2分组设置并沿水流方向顺次排列，且犁铧型导流叶片2通过贴角焊方式与设备埋件3的基板301逐一连接，因此在浇筑混凝土u形渡槽1时，即按犁铧型导流叶片2的预设位置安装各个设备埋件3。在本实施例中，同组的犁铧型导流叶片2间隔排列在混凝土u形渡槽1的横截面上，每个犁铧型导流叶片2的根部贴附设置在混凝土u形渡槽1内壁的设备埋件3上，其迎水面则为与混凝土u形渡槽1轴线斜交的弧形凹面结构。具体地，如图1、2所示，每组犁铧型导流叶片2各包括一个位于混凝土u形渡槽1底部的第一犁铧型导流叶片201和对称位于混凝土u形渡槽1侧上方的第二犁铧型导流叶片202、第三犁铧型导流叶片203，上述第一犁铧型导流叶片201位于竖直半径上，第二犁铧型导流叶片202、第三犁铧型导流叶片203与混凝土u形渡槽1的圆心连线均与该竖直半径呈45
°
夹角，且每组第一犁铧型导流叶片201、第二犁铧型导流叶片202和第三犁铧型导流叶片203与混凝土u形渡槽1的轴线倾角一致，均呈20
‑
25
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（图2中为20
°
）夹角设置。
27.上述犁铧型导流叶片2能够使u形渡槽1底部流过来的水体改变流动方向，即由平行于渡槽中心线方向的来水顺时针偏转大约20
‑
25
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方向流动；同时单个犁铧型导流叶片2还能实现水体局部翻滚，即沿管道底部前行的水流遇阻沿犁铧型导流叶片2向上翻转形成水体自旋转180
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，且翻转水体有效厚度为20cm，通过上述人为制造的局部水体湍流，可使泥沙始终在处于紊流状态水体中运行，阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积。本实施例中犁铧型导流叶片2每三件组成一组，每组犁铧型导流叶片2间隔布置在u形渡槽1的横截面上，起到的作用不仅是阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积，还要将渡槽底部将要沉积的泥沙由渡槽的底部旋转到渡槽的顶部，利用靠近渡槽底部和渡槽侧壁处的流速较小、渡槽中心流速最大的自然条件，成功解决输水渡槽中泥沙沉积的问题。
28.上述相邻组犁铧型导流叶片2沿水流方向的纵向间距应根据u形渡槽1的建设条件（如输水渡槽的具体形状和水体流速等），通过对水体中含有泥沙的颗粒直径、泥沙比重、泥沙所处水体流速的仿真计算或模拟试验进行确定，从而控制泥沙沉降行程、时间。u形渡槽1在正常通水运行时，经过前一组犁铧型导流叶片2的扰动后，运行一定时间、一定距离，水体中的泥沙在渡槽底部还未沉积下来时，继续前行又恰好经过下一组犁铧型导流叶片2，持续阻止了水体中的泥沙在渡槽底部沉积。对于一条完整的u形渡槽，相邻两组犁铧型导流叶片之间的纵向间距数值是相等的。
29.本实用新型具有如下有益效果：
30.1.利用水体的动能使得流速的方向改变，且形成旋转湍流，减少泥沙沉积，减少输水u形渡槽底部糙率，减少水能损失，加大输水流量。
31.2.对于采用常年连续供水方式运行的输水u形渡槽，能够减少泥沙沉积，提高供水
效率，对我国社会的经济发展和政治稳定具有重要意义。
32.3.延长输水u形渡槽使用年限，降低运行管理费用。
33.需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
再多了解一些
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