一种改进的水库泄洪装置及其泄洪方法

摘要

本发明公开了一种改进的水库泄洪装置，包括泄洪流道，所述泄洪流道包括泄洪流道初段、泄洪流道中段和泄洪流道末段，泄洪流道初段和泄洪流道末段为直线形设计，泄洪流道初段上设置有第一闸门和第一流量传感器，泄洪流道中段与泄洪流道初段的连接处设置有第一压力传感器，泄洪流道中段与泄洪流道末段的连接处设置有第二流量传感器，泄洪流道中段的顶部设置有虹吸管，虹吸管上设置有第二闸门，泄洪流道末段上设置有第一排气管和第二排气管，泄洪流道末段的出口处设置有相互平行的第一出水管路和第二出水管路。本发明还公开了一种上述的改进的水库泄洪装置的泄洪方法。本发明能够改进现有技术的不足，在起到消能的同时保证了下泄流量。

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，尤其是一种改进的水库泄洪装置及其泄洪方法。

背景技术

在水利建设中，通常都会用到泄洪结构，在泄洪过程中，由于高度差的问题，水会冲击下层地面，在长期使用中使得下层的地面会受到严重的损坏。鉴于这种问题，目前设计了消能泄洪装置，使得水在下落过程中受摩擦和相互碰撞以消耗水的重力势能和动能，减少水对地面的冲击。中国发明专利CN 103614994 B公开了一种消能泄洪装置，通过沿螺旋流道达到消能的作用。但是，这种消能结构会大大影响泄洪流量，不适合在中大型的泄洪通道上使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的水库泄洪装置及其泄洪方法，能够解决现有技术的不足，在起到消能的同时保证了下泄流量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种改进的水库泄洪装置，包括泄洪流道，所述泄洪流道包括泄洪流道初段、泄洪流道中段和泄洪流道末段，泄洪流道初段和泄洪流道末段为直线形设计，泄洪流道中段为向上凸起的弧线形设计，泄洪流道初段上设置有第一闸门和第一流量传感器，泄洪流道中段与泄洪流道初段的连接处设置有第一压力传感器，泄洪流道中段与泄洪流道末段的连接处设置有第二流量传感器和第二压力传感器，泄洪流道中段的顶部设置有虹吸管，虹吸管上设置有第二闸门，泄洪流道末段上设置有第一排气管和第二排气管，第一排气管和第二排气管向两侧倾斜设置，第一排气管和第二排气管的夹角为15°～25°，泄洪流道末段的出口处设置有相互平行的第一出水管路和第二出水管路，第二出水管路位于第一出水管路的下方，第一出水管路上设置有第三闸门和第三流量传感器，第二出水管路上设置有第四闸门。

作为优选，所述泄洪流道初段、泄洪流道中段和泄洪流道末段的内径之比为5～6:2～3:4～5，第一出水管路和第二出水管路与泄洪流道末段的内径之比7～8:4～5:9～10，泄洪流道初段的进口处高于泄洪流道末段的出口处，泄洪流道初段的进口处与泄洪流道末段的出口处的高度落差为3～5m。

作为优选，所述泄洪流道初段内设置有第一套筒，第一套筒的进水端同轴设置有环形挡板和第一圆形挡板，第一圆形挡板位于环形挡板与第一套筒的出水端中间，环形挡板和第一圆形挡板的间距与第一套筒的内径之比为2:5，环形挡板上设置有第一螺旋导流槽，第一圆形挡板的中心设置有圆形凹槽，圆形凹槽的中心设置有弧形凸起部；第一圆形挡板与第一套筒出水端之间的第一套筒的内壁上均匀轴接有若干个导流片，导流片的顶部设置有第一凹槽，导流片的安装方向与第一套筒的轴线方向的夹角为10°。

作为优选，所述虹吸管与泄洪流道中段的接口处外侧设置有环形凹槽，环形凹槽内设置有金属丝网层，泄洪流道中段上设置有第二凹槽，第二凹槽将环形凹槽与第一排气管进行连通。

作为优选，所述第一排气管内设置有折流板，折流板与第二凹槽的末端固定连接，第一排气管的活动设置有排气盘，排气盘内均匀布置有若干个弯管，弯管的弯折角度为360°。

作为优选，所述第二排气管内设置有电动搅拌叶片，电动搅拌叶片的迎液面设置有滑槽，滑槽通过弹簧体设置有滑块，滑块上轴接有与电动搅拌叶片相垂直的副叶片。

作为优选，所述第一出水管路出水端的底面设置有向下倾斜的斜面，第一出水管路出口端的顶部设置有副出水口，斜面与第一出水管路轴向的夹角为27°。

作为优选，所述第二出水管路的出水端设置有缩口，缩口内设置有若干个立柱。

一种上述的改进的水库泄洪装置的泄洪方法，包括以下步骤：

A、将第三闸门全开，第二闸门和第四闸门关闭，然后逐渐打开第一闸门，使第一出水管路的出水量为目标值的40%～50%，然后逐渐关闭第三闸门，将第三闸门关闭至不影响出水量的最小开度；

B、若泄洪流道中段两端的压差超过压差最大阈值，则逐渐打开第二闸门，进行降压；若泄洪流道中段两端的压差超过压差最小阈值，则逐渐打开第四闸门，进行增压；

C、继续缓慢开启第一闸门，使第一出水管路和第二出水管路的出水量达到目标值，在此过程中，第四闸门的开启比例变化量与第一闸门的开启比例变化量相同，第二闸门的开启比例变化量为第一闸门的开启比例变化量的30%；

D、当第一出水管路和第二出水管路的出水量与目标值发生偏差时，以相同比例调整第一闸门、第三闸门和第四闸门。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明利用泄洪流道的结构对水流进行多级的消能调节，实现了消能和泄洪流量的平衡。泄洪流道初段内的第一套筒机构除了进行初步消能的功能外，还可以有效降低水流中的气泡含量，避免虹吸管进入大量空气导致失效。虹吸管对泄洪流道内的水压进行调节，从而提高后端的消能效果。第一出水管和第二出水管在出水端对水流进行分离式泄洪处理，利用水流之间的相互作用力，实现了泄洪消能的功能，与此同时这种出水结构还可以有效抑制泄洪水雾的产生。两个排气管可以对水中不同体积的气泡进行有效的分离排出，从而减少水中空气对于泄洪流量的影响，提高第一出水管和第二出水管对于出水控制的精度。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的泄洪流道结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中泄洪流道初段内部的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中虹吸管与泄洪流道中段连接处的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中第一排气管的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中第二排气管的结构图。

图6是本发明一个具体实施方式中电动搅拌叶片的结构图。

图7是本发明一个具体实施方式中第一出水管路的结构图。

图8是本发明一个具体实施方式中第二出水管的结构图。

图中：1、泄洪流道初段；2、泄洪流道中段；3、泄洪流道末段；4、第一闸门；5、第一流量传感器；6、第一压力传感器；7、第二流量传感器；8、虹吸管；9、第二闸门；10、第一排气管；11、第二排气管；12、第一出水管路；13、第二出水管路；14、第三闸门；15、第三流量传感器；16、第四闸门；17、第一套筒；18、环形挡板；19、第一圆形挡板；20、第一螺旋导流槽；21、圆形凹槽；22、弧形凸起部；23、导流片；24、第一凹槽；25、环形凹槽；26、金属丝网层；27、第二凹槽；28、折流板；29、排气盘；30、弯管；31、电动搅拌叶片；32、滑槽；33、弹簧体；34、滑块；35、副叶片；36、斜面；37、副出水口；38、缩口；39、立柱；40、第二套筒；41、第二圆形挡板；42、弧形导流槽；43、上扬部；44、第二压力传感器。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-8，本发明一个具体实施方式包括泄洪流道，所述泄洪流道包括泄洪流道初段1、泄洪流道中段2和泄洪流道末段3，泄洪流道初段1和泄洪流道末段3为直线形设计，泄洪流道中段2为向上凸起的弧线形设计，泄洪流道初段1上设置有第一闸门4和第一流量传感器5，泄洪流道中段2与泄洪流道初段1的连接处设置有第一压力传感器6，泄洪流道中段2与泄洪流道末段3的连接处设置有第二流量传感器7和第二压力传感器44，泄洪流道中段2的顶部设置有虹吸管8，虹吸管8上设置有第二闸门9，泄洪流道末段3上设置有第一排气管10和第二排气管11，第一排气管10和第二排气管11向两侧倾斜设置，第一排气管10和第二排气管11的夹角为21°，泄洪流道末段3的出口处设置有相互平行的第一出水管路12和第二出水管路13，第二出水管路13位于第一出水管路12的下方，第一出水管路12上设置有第三闸门14和第三流量传感器15，第二出水管路13上设置有第四闸门16。泄洪流道初段1、泄洪流道中段2和泄洪流道末段3的内径之比为5:3:4，第一出水管路12和第二出水管路13与泄洪流道末段3的内径之比7:4:10，泄洪流道初段1的进口处高于泄洪流道末段3的出口处，泄洪流道初段1的进口处与泄洪流道末段3的出口处的高度落差为3～5m。泄洪流道初段1内设置有第一套筒17，第一套筒17的进水端同轴设置有环形挡板18和第一圆形挡板19，第一圆形挡板19位于环形挡板18与第一套筒17的出水端中间，环形挡板18和第一圆形挡板19的间距与第一套筒17的内径之比为2:5，环形挡板18上设置有第一螺旋导流槽20，第一圆形挡板19的中心设置有圆形凹槽21，圆形凹槽21的中心设置有弧形凸起部22；第一圆形挡板19与第一套筒17出水端之间的第一套筒17的内壁上均匀轴接有若干个导流片23，导流片23的顶部设置有第一凹槽24，导流片23的安装方向与第一套筒17的轴线方向的夹角为10°。虹吸管8与泄洪流道中段2的接口处外侧设置有环形凹槽25，环形凹槽25内设置有金属丝网层26，泄洪流道中段2上设置有第二凹槽27，第二凹槽27将环形凹槽25与第一排气管10进行连通。第一排气管10内设置有折流板28，折流板28与第二凹槽27的末端固定连接，第一排气管10的活动设置有排气盘29，排气盘29内均匀布置有若干个弯管30，弯管30的弯折角度为360°。第二排气管11内设置有电动搅拌叶片31，电动搅拌叶片31的迎液面设置有滑槽32，滑槽32通过弹簧体33设置有滑块34，滑块34上轴接有与电动搅拌叶片31相垂直的副叶片35。第一出水管路12出水端的底面设置有向下倾斜的斜面36，第一出水管路12出口端的顶部设置有副出水口37，斜面36与第一出水管路12轴向的夹角为27°。第二出水管路13的出水端设置有缩口38，缩口38内设置有若干个立柱39。排气盘29距离水面的距离控制在40cm～50cm。

在第一套筒17的出水端活动套接有第二套筒40，第二套筒40通过电机（图中未示出）控制其旋转。第二套筒40上固定有第二圆形挡板41，第二圆形挡板41上环形排布有若干个弧形导流槽42。缩口38内设置有上扬部43，上扬部43的上扬角度设计值的计算方法为：

其中，α为上扬部43的上扬角，β为斜面36与第一出水管路12轴线的夹角，L₁为第一出水管路12的上斜面出水口的最大直径，L₂为第一出水管路12的上斜面出水口的最大直径与副出水口37直径之和，k为比例常数，根据水流中泥沙杂质的量进行选择，选择范围是0.85～0.95。

一种上述的改进的水库泄洪装置的泄洪方法，包括以下步骤：

A、将第三闸门14全开，第二闸门9和第四闸门16关闭，然后逐渐打开第一闸门4，使第一出水管路12的出水量为目标值的50%，然后逐渐关闭第三闸门14，将第三闸门14关闭至不影响出水量的最小开度；

B、若泄洪流道中段2两端的压差超过压差最大阈值，则逐渐打开第二闸门9，进行降压；若泄洪流道中段2两端的压差超过压差最小阈值，则逐渐打开第四闸门16，进行增压；其中压差最大阈值控制在10kPa，压差最小阈值控制在2kPa。

C、继续缓慢开启第一闸门4，使第一出水管路12和第二出水管路13的出水量达到目标值，在此过程中，第四闸门16的开启比例变化量与第一闸门4的开启比例变化量相同，第二闸门9的开启比例变化量为第一闸门4的开启比例变化量的30%；

D、当第一出水管路12和第二出水管路13的出水量与目标值发生偏差时，以相同比例调整第一闸门4、第三闸门14和第四闸门16。

另外，当虹吸管8内的虹吸水流出现大幅度波动时，对第二套筒40的角度进行旋转调节，通过改变水流方向与弧形导流槽的角度差，提高对于水流内气体分离。

本发明可以在对泄洪水流进行有效消能的同时，保证较大流量的泄洪速度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。