倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置的制作方法

1.本发明涉及输水工程技术领域，特别是涉及一种倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置。


背景技术：

2.倒虹吸是大型输水工程中一种常见的结构形式，是渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。受限于跨越目标河段的高程特点，倒虹吸段的最低点可能较其进出口低十几米甚至几十米，使得倒虹吸段的水流为有压流状态且往往承受较大的内压。倒虹吸进口段前池是倒虹吸水流的入流端，流态控制不好易导致气泡随水流进入倒虹吸中。受倒虹吸结构体型的特点，其不仅存在逆坡段，亦存在正坡段等。受其影响，气泡进入倒虹吸段后不易排出，相反易在倒虹吸管道中发生集聚，控制不当易发生气爆现象，不利于倒虹吸管道的安全。
3.为避免气泡进入倒虹吸段中，保证倒虹吸段的安全运行，在倒虹吸工程运行前充水时要严格控制充水速度，避免充水过快将气泡携入倒虹吸管道中。另外，在倒虹吸的进出口结构设计中，通常将进水口设置于一定的深度处且在运行过程中尽量保持高水位运行，以此保证进水口前的淹没水深，减少或避免气泡进入倒虹吸段的可能性。但在具体实践中，由于受当地地质条件、征地红线、经济性等多方面的制约，某些进水口的设置深度条件并不理想，特别是当需水量减少导致倒虹吸进水口前池的水位较低、水深较小时，流态控制不当，极易导致气泡进入倒虹吸管道中，影响倒虹吸的安全运行。
[0004]“平台段-握奇段-前池”组合结构是倒虹吸进口段一种常见的设计形式。在倒虹吸的正常运行过程中，受运行条件的变化，倒虹吸进水口前池的水位必然会出现上下变动。特别是当倒虹吸进水口前池水位较低时，下泄水流沿握奇段表面出流后易在前池中形成表面流动形态，水面波动剧烈且极易引起气泡卷吸下潜并进入倒虹吸的现象。
[0005]
目前，现有的“平台段-握奇段-前池”组合结构并不能良好地控制前池内水流气泡卷吸下潜并进入倒虹吸的现象，易对输水工程安全造成不良影响。


技术实现要素：

[0006]
基于此，有必要针对现有的倒虹吸进口段结构不能良好地控制前池内气泡卷吸下潜并进入倒虹吸的问题，提供一种倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置。
[0007]
本发明提供了一种倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置，包括沿水流方向顺次设置的平台段、握奇段、前池段，所述前池段与倒虹吸进口连通，还包括：
[0008]
扰流件，所述扰流件设置在所述握奇段上；
[0009]
整流件，所述整流件设置在所述前池段上。
[0010]
在其中一个实施例中，所述扰流件的末端距离所述握奇段起点间的水平长度l为所述握奇段水平长度l的1/4～1/3；
[0011]
所述扰流件末端跌坎高度h大于等于所述扰流件末端跌坎底部到所述平台段底部
距离d的1/2，且所述h≥0.4m。
[0012]
在其中一个实施例中，所述扰流件末端高程低于平台段的底部高程z
p
，其中，z
p
为平台段底部平面与水准基面的相对高差。
[0013]
在其中一个实施例中，所述扰流件沿垂直于水流方向的宽度大于等于0.5m，且所述扰流件沿垂直于水流方向的宽度小于等于1m。
[0014]
在其中一个实施例中，所述扰流件沿水流方向的前端或者侧壁上设置有补气孔。
[0015]
在其中一个实施例中，在所述握奇段内的流道沿垂直于水流方向为等宽型或预设角度对称收缩型，所述扰流件设置在所述流道的两侧。
[0016]
在其中一个实施例中，在所述握奇段内的流道沿水流方向的一侧为单边收缩型，所述扰流件设置在所述流道中未收缩一侧。
[0017]
在其中一个实施例中，在所述握奇段内的流道沿水流方向的一侧为第一角度收缩或者扩散型，另一侧为第二角度收缩型，其中，第二角度大于第一角度，所述扰流件设置在所述第一角度的一侧或扩散型的一侧。
[0018]
在其中一个实施例中，所述整流件位于所述握奇段的尾部。
[0019]
在其中一个实施例中，所述整流件的底部位于前池内预设启动水位z0下方。
[0020]
本发明的有益效果包括：
[0021]
本发明提出的倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置，通过扰流件和整流件的相互作用，可以消除低水位运行条件下出现的不稳定面流形态，保证不论在何种运行条件或变化过程中，水流自握奇段进入前池时流态稳定，气泡下潜量少且局限在握奇段末端的小范围浅层水体中，有效避免气泡进入倒虹吸管道中。
附图说明
[0022]
图1为本发明一实施例提供的倒虹吸进水口前池的流态控制装置示意图；
[0023]
图2为图1的另一示意图；
[0024]
图3为图2的局部示意图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
[0027]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。
[0028]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0030]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0031]
倒虹吸是大型输水工程中一种常见的结构形式，是渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。受限于跨越目标河段的高程特点，倒虹吸段的最低点可能较其进出口低十几米甚至几十米，使得倒虹吸段的水流为有压流状态且往往承受较大的内压。倒虹吸进口段前池是倒虹吸水流的入流端，流态控制不好易导致气泡随水流进入倒虹吸中。受倒虹吸结构体型的特点，其不仅存在逆坡段，亦存在正坡段等。受其影响，气泡进入倒虹吸段后不易排出，相反易在倒虹吸管道中发生集聚，控制不当易发生气爆现象，不利于倒虹吸管道的安全。为避免气泡进入倒虹吸段中，保证倒虹吸段的安全运行，在倒虹吸工程运行前充水时要严格控制充水速度，避免充水过快将气泡携入倒虹吸管道中。另外，在倒虹吸的进出口结构设计中，通常将进水口设置于一定的深度处且在运行过程中尽量保持高水位运行，以此保证进水口前的淹没水深，减少或避免气泡进入倒虹吸段的可能性。但在具体实践中，由于受当地地质条件、征地红线、经济性等多方面的制约，某些进水口的设置深度条件并不理想，特别是当需水量减少导致倒虹吸进水口前池的水位较低、水深较小时，流态控制不当，极易导致气泡进入倒虹吸管道中，影响倒虹吸的安全运行。“平台段-握奇段-前池”组合结构是倒虹吸进口段一种常见的设计形式。在倒虹吸的正常运行过程中，受运行条件的变化，倒虹吸进水口前池的水位必然会出现上下变动。特别是当倒虹吸进水口前池水位较低时，下泄水流沿握奇段表面出流后易在前池中形成表面流动形态，水面波动剧烈且极易引起气泡卷吸下潜并进入倒虹吸的现象。目前，现有的“平台段-握奇段-前池”组合结构并不能良好地控制前池内水流气泡卷吸下潜并进入倒虹吸的现象，易对输水工程安全造成不良影响。
[0032]
为了解决上述问题，如图1并结合图2所示，本发明提供了一种倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置，包括沿水流方向顺次设置的平台段11、握奇段12、前池段13，其中，前池段13与倒虹吸进口14连通，还包括：扰流件10和整流件20，其中，扰流件10设置在握奇段12上，整流件20设置在前池段13上。
[0033]
采用上述技术方案，通过扰流件和整流件的相互作用，可以有效的消除低水位运行条件下出现的面流形态，保证不论在何种运行条件或变化过程中，水流自握奇段进入前池时流态稳定且气泡不宜进入倒虹吸管道中。
[0034]
在一些实施例中，如图1所示，本技术中的扰流件10的末端距离握奇段12起点间的水平长度l为握奇段12水平长度l的1/4～1/3，同时，参考图3所示，扰流件10末端跌坎高度h大于等于扰流件10末端跌坎底部到平台段11底部距离d的1/2，且h≥0.4m。若两者不可同时满足，优先保证跌坎高度h。且跌坎末端高程低于平台段的底部高程z
p
，若此条件使得h不能满足前述条件，相应延长扰流件的水平长度l，其中，z
p
为平台段底部平面与水准基面的相对高差。
[0035]
进一步地，本技术中的扰流件的上表面为平面，其与渥奇曲线段相切于连接点。
[0036]
在一些实施例中，本技术中的扰流件10沿垂直于水流方向的宽度大于等于0.5m，且扰流件10沿垂直于水流方向的宽度小于等于1m，从而确保整体结构的连续性，避免影响后期的运行维护。
[0037]
在一些实施例中，本技术中的扰流件10沿水流方向的前端或者侧壁上设置有补气孔，以保证扰流件流态的稳定性及结构的安全。
[0038]
在一些实施例中，如图1所示，本技术中当握奇段12内的流道15沿垂直于水流方向为等宽型或预设角度对称收缩型(收缩角小于10
°
)，该扰流件10设置在流道15的两侧；当握奇段12内的流道15沿水流方向的一侧为单边收缩型，扰流件10设置在流道15中未收缩一侧；当握奇段12内的流道15沿水流方向的一侧为第一角度收缩或者扩散型，另一侧为第二角度收缩型，其中，第二角度大于第一角度，扰流件10设置在第一角度的一侧或扩散型一侧。若流道的边墙为收缩型或扩散型，则扰流件的平面形状可依边墙形状调整为平行四边形。
[0039]
在一些实施例中，如图2并结合图3所示，本技术中的整流件20位于握奇段12的尾部，为类胸墙结构，其顶部应与边墙高度相当，底部应低于启动水位0.2～0.5m，且其底缘与前池底板的距离hz应使得其过流面积与倒虹吸进水口孔口面积的比值不小于1.2，该整流件20的结构亦可选用其它诸如栅格板等结构替代。
[0040]
综上所述，本发明提供了一种倒虹吸进水口前池内水流流态的控制装置，包括沿水流方向顺次设置的平台段11、握奇段12、前池段13，其中，前池段13与倒虹吸进口14连通，还包括：扰流件10和整流件20，其中，扰流件10设置在握奇段12上，整流件20设置在前池段13上。本发明通过扰流件和整流件的相互作用，可以有效的消除低水位运行条件下出现的面流形态，保证不论在何种运行条件或变化过程中，水流自握奇段进入前池时流态稳定且气泡不宜进入倒虹吸管道中。如图1所示，本技术中的扰流件10的末端距离握奇段12起点间的水平长度l为握奇段12水平长度l的1/4～1/3，同时，参考图3所示，扰流件10末端跌坎高度h大于等于扰流件10末端跌坎底部到平台段11底部距离d的1/2，且h≥0.4m。若两者不可同时满足，优先保证跌坎高度h。且跌坎末端高程低于平台段的底部高程z
p
，若此条件使得h不能满足前述条件，相应延长扰流件的水平长度l，其中，z
p
为平台段底部平面与水准基面的相对高差。本技术中的扰流件的上表面为平面，其与渥奇曲线段相切于连接点。本技术中的扰流件10沿垂直于水流方向的宽度大于等于0.5m，且扰流件10沿垂直于水流方向的宽度小于等于1m，从而确保整体结构的连续性，避免影响后期的运行维护。本技术中的扰流件10
沿水流方向的前端或者侧壁上设置有补气孔，以保证扰流件流态的稳定性及结构的安全。本技术中当握奇段12内的流道15沿垂直于水流方向为等宽型或预设角度对称收缩型(收缩角小于10
°
)，该扰流件10设置在流道15的两侧；当握奇段12内的流道15沿水流方向的一侧为单边收缩型，扰流件10设置在流道15中未收缩一侧；当握奇段12内的流道15沿水流方向的一侧为第一角度收缩或者扩散型，另一侧为第二角度收缩型，其中，第二角度大于第一角度，扰流件10设置在第一角度的一侧或扩散型一侧。若流道的边墙为收缩型或扩散型，则扰流件的平面形状可依边墙形状调整为平行四边形。本技术中的整流件20位于握奇段12的尾部，为类胸墙结构，其顶部应与边墙高度相当，底部应低于启动水位0.2～0.5m，且其底缘与前池底板的距离hz应使得其过流面积与倒虹吸进水口孔口面积的比值不小于1.2，该整流件20的结构亦可选用其它诸如栅格板等结构替代。
[0041]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0042]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。