一种消涡装置及过流隧洞进水口的消涡系统的制作方法

1.本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种消涡装置及过流隧洞进水口的消涡系统。


背景技术：

2.在水利水电工程中，水工引水隧洞和施工导流隧洞在过流期间往往会在进水口前形成立轴吸气旋涡，水位越高，泄流量越大，漩涡越明显和稳定。当漩涡携带大量空气进洞，不但影响隧洞的泄流能力，同时容易引起震动、洞内负压和空蚀现象的产生，严重时会对过流隧洞土建结构和金结设备等造成破坏。因此，有必要采取措施消除过流隧洞进口的吸气漏斗旋涡，来保证过流隧洞运行安全。
3.目前，过流隧洞洞口常用的消涡结构主要有三类：
4.(1)调整过流运行方式，保证进水口一定的淹没水深；
5.(2)优化进水口结构设计，改善过流条件；
6.(3)进水口安装专门消涡设施，如消涡梁、防涡板等。上述的消涡设施可以部分消除进水口立轴旋涡的程度，但随着过流隧洞运行方式的改变，消涡设施难以随着水位和旋涡位置的变幅而灵活调整，导致消涡效果不理想；
7.(4)现有的消涡设施无法抵挡进水口的漂浮物。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是：现有的消涡设施难以随着水位和旋涡位置的变幅而灵活调整，且无法阻隔水面的漂浮物，导致消涡效果不理想；本发明目的在于提供一种消涡装置及过流隧洞进水口的消涡系统，基于现有的消涡设施进行结构上的改进，通过特殊结构的消涡装置配合预留在塔体的导向滑槽，解决上述技术问题。
9.本发明通过下述技术方案实现：
10.本发明提供一种消涡装置，所述消涡装置为扁平的空心体结构，所述空心体结构悬浮在水面用于消除立轴旋涡，所述空心体结构上排列有若干个镂空孔。
11.本方案工作原理：由于一些位置水面会堆积较多的漂浮物，漂浮物随着旋涡会堆积影响水质的同时还会造成流道阻塞、损坏流道等危害，例如在过流隧洞进水口处，一般情况下会堆积很多漂浮物，漂浮物随着旋涡会携带更大量的空气进入过流隧洞，不但影响隧洞的泄流能力，同时容易引起震动、洞内负压和空蚀现象的产生，严重时会对过流隧洞土建结构和金结设备等造成破坏；现有的消涡装置有移动式悬浮消涡梁、漂浮装置和栅条等结构构成，这些结构，不仅结构复杂且强度难以保证，只考虑到消涡防护，而忽略了漂浮物的堆积带来的危害；本方案提供的一种消涡装置，使用扁平的空心体结构漂浮在水面来消除立轴旋涡，空心体结构上排列有若干个镂空孔，空心体结构进行消涡的过程中，漂浮物可以挂在镂空孔或各镂空孔之间的结构上，以避免漂浮物随着水流破坏流道。
12.另外，本方案的扁平的空心体结构为钢材质，例如钢浮筒构成的空心体结构等，具
有强度高，耐久性强的优势。
13.本方案还提供一种过流隧洞进水口的消涡系统，包括上述的消涡装置、滑动轮和导向滑槽；
14.所述消涡装置悬浮在过流隧洞进水口处的水面，且消涡装置的漂浮面覆盖旋涡发生区域；
15.所述导向滑槽为过流隧洞闸室浇筑期间预留在塔体表面的凹槽；
16.所述滑动轮与导向滑槽匹配，滑动轮与消涡装置连接，滑动轮和消涡装置沿导向滑槽往复移动。
17.本方案工作原理：现有的消涡设施难以随着水位和旋涡位置的变幅而灵活调整，且无法阻隔水面的漂浮物，导致消涡效果不理想；例如专利文献cn201710168416.8公开的用于消除进水口立轴漩涡的可移动悬浮式消涡梁系统，其移动式悬浮消涡梁可随水位的变化而上下浮动，并可在进水口水面平面进行一定范围的转动，该移动式悬浮消涡梁虽然可以在洞前进行平面转动和上下浮动，但是其消涡面积有限，同一时刻只能消除移动式悬浮消涡梁所在位置的旋涡，若进水口前形成大面积的立轴旋涡区，该结构难以快速实现消涡效果；当旋涡位置发生变化时，需要值守人员及时进行方位调整。另外，该结构需要三个卷扬机都能实现洞前的平面转动，结构比较复杂，而且实际操作起来卷扬机的相互配合比较困难，难以精确定位消涡梁位置。而本方案中的消涡装置直接覆盖旋涡可能发生的区域，无论是立轴旋涡位置发生变化或形成大面积的立轴旋涡区，都可以及时进行消涡，不需要值守；同时本方案中的消涡装置采用钢浮筒形成镂空结构，不仅可以保证结构强度而且可以使水流在漂浮结构下部也能够与空气接触掺气，从而大幅度降低立轴旋涡发生的强度；在有堆积漂浮物的情况下，镂空结构还可以进行堆积物收集，进一步降低立轴旋涡的不利效果。
18.专利文献cn201720929174.5公开的漩涡消涡装置在塔体外侧也设置了导轨，但是该结构需要提前预埋大量钢结构埋件，其消涡结构长期处于悬臂状态，导轨极易损坏，从而影响消涡结构的上下正常浮动的灵活性；另外，该结构由漂浮装置和栅条组成，结构强度难以保证，在面对进水口存在大量漂浮物时难以抵挡而极易发生变形破坏。本发明针对过流隧洞进水口前常形成卷气立轴旋涡的情况，采用在塔体上预留导向滑槽，采用钢浮筒连接形成镂空的消涡漂浮装置并设置滑动轮，将滑动轮放置于塔体导向槽中，消涡漂浮装置即可随着水位的变化而上下浮动。在修筑过流隧洞闸室时，就在塔体上预留导向滑槽，施工方便，而且导向滑槽与塔体有效形成统一整体，结构稳定。另外，消涡漂浮装置采用钢浮筒连接形成的镂空结构强度高，安装方便，不仅消涡面积大，而且具有进水口拦漂和消涡的双重功能，耐久性强。
19.进一步优化方案为，所述导向滑槽从塔体顶部向过流隧洞进水口方向延伸，且导向滑槽所在平面与水面垂直；导向滑槽末端与过流隧洞进水口最高点之间的距离等于导向滑槽的厚度。
20.当水面高度低于过流隧洞进水口最高点时，一般不会有旋涡生成，因此令消涡装置的最低点在过流隧洞进水口最高点位置即可，若消涡装置的最低点在过流隧洞进水口最高点以下，可能会出现影响水流速的问题。
21.进一步优化方案为，所述导向滑槽的横截面呈“凸”字结构，导向滑槽包括相互连
通的限位腔与滑动腔，所述滑动腔位于塔体表面，限位腔的横截面积大于滑动腔的横截面积。
22.对应的滑动轮包括滑动件和限位件，限位件在滑动腔内滑动，滑动件在滑动腔内滑动，由于限位腔的横截面积大于滑动腔的横截面积，限制限位件只能在限位腔内移动。
23.导向滑槽从塔体顶部开始，便于消涡装置的拆卸和安装，为检修工作提供了便利。
24.进一步优化方案为，所述限位腔与滑动腔连通位置的壁面具有导角；所述限位腔至少深入塔体宽度的1/10。
25.当水位发生变化时，为了使导向滑槽的高度能更快的顺应水位，限位腔与滑动腔连通位置的壁面具有导角使得滑动轮沿导向滑槽的滑动更顺利。
26.进一步优化方案为，所述消涡装置为空心长方体，其面积最大的面a悬浮在水面，滑动轮与面a的相邻面呈一体式连接。
27.优选地，在滑动轮与消涡装置都是空心体，减轻整个装置的重量，保证其飘浮在水面。
28.进一步优化方案为，所述镂空孔为矩形镂空孔。
29.镂空孔不限于矩形，还可以是圆形或其他多边形状的通孔，但是矩形镂空孔相比于其他形式的通孔具有一定的优势，多个矩形镂空孔之间形成了多个长方体结构，该柱体结构更有利于漂浮物的悬挂和堆积。
30.进一步优化方案为，所述空心长方体的宽度大于过流隧洞进水口的最大宽度。
31.产生旋涡的大小与过流隧洞进水口的大小具有密切联系，因此，为了达到更好的消涡效果，要使得消涡装置的面积足够大。
32.进一步优化方案为，还包括卷扬装置和连接绳，所述卷扬装置安装在塔体顶部，卷扬装置通过连接绳与消涡装置连接。
33.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
34.本发明提供的一种消涡装置及过流隧洞进水口的消涡系统，使用扁平的空心体结构漂浮在水面来消除立轴旋涡，空心体结构上排列有若干个镂空孔，空心体结构进行消涡的过程中，漂浮物可以挂在镂空孔或各镂空孔之间的结构上，以避免漂浮物随着水流破坏流道；在塔体上预留导向滑槽，采用钢浮筒连接形成镂空的消涡漂浮装置并设置滑动轮，将滑动轮放置于塔体导向槽中，消涡漂浮装置即可随着水位的变化而上下浮动。在修筑过流隧洞闸室时，就在塔体上预留导向滑槽，施工方便，而且导向滑槽与塔体有效形成统一整体，结构稳定。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
36.图1为消涡装置结构示意图；
37.图2为过流隧洞进水口的消涡系统示意图；
38.图3为塔体结构示意图；
39.图4为过流隧洞进水口的消涡系统侧视图。
40.附图中标记及对应的零部件名称：
41.1-空心体结构，11-镂空孔，2-滑动轮，3-导向滑槽，4-卷扬装置，5-连接绳，6-过流隧洞进水口，7-塔体。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
43.目前，过流隧洞洞口常用的消涡结构主要：一是调整过流运行方式，保证进水口一定的淹没水深；二是优化进水口结构设计，改善过流条件；三是进水口安装专门消涡设施，如消涡梁、防涡板等。上述的消涡设施可以部分消除进水口立轴旋涡的程度，但随着过流隧洞运行方式的改变，消涡设施难以随着水位和旋涡位置的变幅而灵活调整，导致消涡效果不理想；且现有的消涡设施没有考虑到进水口的漂浮物带来的影响。
44.鉴于此，本方案提供以下实施例以解决上述技术问题：
45.实施例1
46.本实施例提供一种消涡装置，如图1所示，所述消涡装置为扁平的空心体结构1，所述空心体结构1悬浮在水面用于消除立轴旋涡，所述空心体结构1为钢材质；所述空心体结构1上排列有若干个镂空孔11。本实施例中镂空孔11为均匀排列的矩形镂空孔。
47.由于一些位置水面会堆积较多的漂浮物，漂浮物随着旋涡会堆积影响水质的同时还会造成流道阻塞、损坏流道等危害，例如在过流隧洞进水口处，一般情况下会堆积很多漂浮物，漂浮物随着旋涡会携带更大量的空气进入过流隧洞，不但影响隧洞的泄流能力，同时容易引起震动、洞内负压和空蚀现象的产生，严重时会对过流隧洞土建结构和金结设备等造成破坏；现有的消涡装置有移动式悬浮消涡梁、漂浮装置和栅条等结构构成，这些结构，不仅结构复杂且强度难以保证，只考虑到消涡防护，而忽略了漂浮物的堆积带来的危害；本方案提供的一种消涡装置，使用扁平的空心体结构漂浮在水面来消除立轴旋涡，空心体结构上排列有若干个镂空孔，空心体结构进行消涡的过程中，漂浮物可以挂在镂空孔或各镂空孔之间的结构上，以避免漂浮物随着水流破坏流道。
48.实施例2
49.本实施例提供一种过流隧洞进水口的消涡系统，如图2、图3和图4所示，包括上一实施例所述的消涡装置、滑动轮2和导向滑槽3；
50.所述消涡装置悬浮在过流隧洞进水口6处的水面，且消涡装置的漂浮面覆盖旋涡发生区域；
51.所述导向滑槽为过流隧洞闸室浇筑期间预留在塔体7表面的凹槽；
52.所述滑动轮2与导向滑槽3匹配，滑动轮2与消涡装置连接，滑动轮2和消涡装置沿导向滑槽3往复移动。
53.所述导向滑槽3从塔体7顶部向过流隧洞进水口6方向延伸，且导向滑槽3所在平面与水面垂直；导向滑槽3末端与过流隧洞进水口6最高点之间的距离等于导向滑槽3的厚度。
54.所述导向滑槽3的横截面呈“凸”字结构，导向滑槽3包括相互连通的限位腔与滑动
腔，所述滑动腔位于塔体7表面，限位腔的横截面积大于滑动腔的横截面积。
55.所述限位腔与滑动腔连通位置的壁面具有导角。
56.所述消涡装置为空心长方体，其面积最大的面a悬浮在水面，滑动轮与面a的相邻面呈一体式连接。
57.述镂空孔11为矩形镂空孔。
58.所述空心长方体的宽度大于过流隧洞进水口的最大宽度。
59.当水面高度低于过流隧洞进水口最高点时，一般不会有旋涡生成，因此令消涡装置的最低点在过流隧洞进水口最高点位置即可，若消涡装置的最低点在过流隧洞进水口最高点以下，可能会出现影响水流速的问题。
60.还包括卷扬装置4和连接绳5，所述卷扬装置安装在塔体顶部，卷扬装置通过连接绳与消涡装置连接。
61.针对过流隧洞进水口存在闸室易产生立轴旋涡的情况，在闸室浇筑期间提前在塔体上预留导向滑槽，方便后期消涡装置通过滑动轮与塔体形成有机整体。消涡装置采用钢浮筒连接形成的镂空结构，不仅可以保证消涡结构的刚度，具有拦挡进水口前漂浮物的功能，而且通过镂空结构可以保证水流在进洞之前与空气充分接触，充分降低立轴旋涡强度；通过塔体上部的卷扬装置，当水位低于导向滑槽的底部时，通过连接绳可以保证消涡装置的安全。
62.本方案的消涡装置采用钢浮筒连接形成镂空结构，不仅可以保证结构强度而且可以使水流在漂浮结构下部也能够与空气接触掺气，从而大幅度降低立轴旋涡发生的强度；
63.在消涡装置上安装滑动轮，并在塔体上设置导向滑槽，将消涡装置与塔体形成有机整体。该结构不仅可以随着水位变幅进行上下浮动，而且具备拦漂和消涡的双重功能，耐久性强。
64.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。