一種改進的水庫泄洪裝置及其泄洪方法與流程

本發(fā)明涉及水利工程技術領域，尤其是一種改進的水庫泄洪裝置及其泄洪方法。

背景技術：

在水利建設中，通常都會用到泄洪結構，在泄洪過程中，由于高度差的問題，水會沖擊下層地面，在長期使用中使得下層的地面會受到嚴重的損壞。鑒于這種問題，目前設計了消能泄洪裝置，使得水在下落過程中受摩擦和相互碰撞以消耗水的重力勢能和動能，減少水對地面的沖擊。中國發(fā)明專利CN 103614994 B公開了一種消能泄洪裝置，通過沿螺旋流道達到消能的作用。但是，這種消能結構會大大影響泄洪流量，不適合在中大型的泄洪通道上使用。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種改進的水庫泄洪裝置及其泄洪方法，能夠解決現有技術的不足，在起到消能的同時保證了下泄流量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下。

一種改進的水庫泄洪裝置，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為直線形設計，泄洪流道中段為向上凸起的弧線形設計，泄洪流道初段上設置有第一閘門和第一流量傳感器，泄洪流道中段與泄洪流道初段的連接處設置有第一壓力傳感器，泄洪流道中段與泄洪流道末段的連接處設置有第二流量傳感器和第二壓力傳感器，泄洪流道中段的頂部設置有虹吸管，虹吸管上設置有第二閘門，泄洪流道末段上設置有第一排氣管和第二排氣管，第一排氣管和第二排氣管向兩側傾斜設置，第一排氣管和第二排氣管的夾角為15°～25°，泄洪流道末段的出口處設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，第一出水管路上設置有第三閘門和第三流量傳感器，第二出水管路上設置有第四閘門。

作為優(yōu)選，所述泄洪流道初段、泄洪流道中段和泄洪流道末段的內徑之比為5～6:2～3:4～5，第一出水管路和第二出水管路與泄洪流道末段的內徑之比7～8:4～5:9～10，泄洪流道初段的進口處高于泄洪流道末段的出口處，泄洪流道初段的進口處與泄洪流道末段的出口處的高度落差為3～5m。

作為優(yōu)選，所述泄洪流道初段內設置有第一套筒，第一套筒的進水端同軸設置有環(huán)形擋板和第一圓形擋板，第一圓形擋板位于環(huán)形擋板與第一套筒的出水端中間，環(huán)形擋板和第一圓形擋板的間距與第一套筒的內徑之比為2:5，環(huán)形擋板上設置有第一螺旋導流槽，第一圓形擋板的中心設置有圓形凹槽，圓形凹槽的中心設置有弧形凸起部；第一圓形擋板與第一套筒出水端之間的第一套筒的內壁上均勻軸接有若干個導流片，導流片的頂部設置有第一凹槽，導流片的安裝方向與第一套筒的軸線方向的夾角為10°。

作為優(yōu)選，所述虹吸管與泄洪流道中段的接口處外側設置有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內設置有金屬絲網層，泄洪流道中段上設置有第二凹槽，第二凹槽將環(huán)形凹槽與第一排氣管進行連通。

作為優(yōu)選，所述第一排氣管內設置有折流板，折流板與第二凹槽的末端固定連接，第一排氣管的活動設置有排氣盤，排氣盤內均勻布置有若干個彎管，彎管的彎折角度為360°。

作為優(yōu)選，所述第二排氣管內設置有電動攪拌葉片，電動攪拌葉片的迎液面設置有滑槽，滑槽通過彈簧體設置有滑塊，滑塊上軸接有與電動攪拌葉片相垂直的副葉片。

作為優(yōu)選，所述第一出水管路出水端的底面設置有向下傾斜的斜面，第一出水管路出口端的頂部設置有副出水口，斜面與第一出水管路軸向的夾角為27°。

作為優(yōu)選，所述第二出水管路的出水端設置有縮口，縮口內設置有若干個立柱。

一種上述的改進的水庫泄洪裝置的泄洪方法，包括以下步驟：

A、將第三閘門全開，第二閘門和第四閘門關閉，然后逐漸打開第一閘門，使第一出水管路的出水量為目標值的40%～50%，然后逐漸關閉第三閘門，將第三閘門關閉至不影響出水量的最小開度；

B、若泄洪流道中段兩端的壓差超過壓差最大閾值，則逐漸打開第二閘門，進行降壓；若泄洪流道中段兩端的壓差超過壓差最小閾值，則逐漸打開第四閘門，進行增壓；

C、繼續(xù)緩慢開啟第一閘門，使第一出水管路和第二出水管路的出水量達到目標值，在此過程中，第四閘門的開啟比例變化量與第一閘門的開啟比例變化量相同，第二閘門的開啟比例變化量為第一閘門的開啟比例變化量的30%；

D、當第一出水管路和第二出水管路的出水量與目標值發(fā)生偏差時，以相同比例調整第一閘門、第三閘門和第四閘門。

采用上述技術方案所帶來的有益效果在于：本發(fā)明利用泄洪流道的結構對水流進行多級的消能調節(jié)，實現了消能和泄洪流量的平衡。泄洪流道初段內的第一套筒機構除了進行初步消能的功能外，還可以有效降低水流中的氣泡含量，避免虹吸管進入大量空氣導致失效。虹吸管對泄洪流道內的水壓進行調節(jié)，從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對水流進行分離式泄洪處理，利用水流之間的相互作用力，實現了泄洪消能的功能，與此同時這種出水結構還可以有效抑制泄洪水霧的產生。兩個排氣管可以對水中不同體積的氣泡進行有效的分離排出，從而減少水中空氣對于泄洪流量的影響，提高第一出水管和第二出水管對于出水控制的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個具體實施方式的泄洪流道結構圖。

圖2是本發(fā)明一個具體實施方式中泄洪流道初段內部的結構圖。

圖3是本發(fā)明一個具體實施方式中虹吸管與泄洪流道中段連接處的結構圖。

圖4是本發(fā)明一個具體實施方式中第一排氣管的結構圖。

圖5是本發(fā)明一個具體實施方式中第二排氣管的結構圖。

圖6是本發(fā)明一個具體實施方式中電動攪拌葉片的結構圖。

圖7是本發(fā)明一個具體實施方式中第一出水管路的結構圖。

圖8是本發(fā)明一個具體實施方式中第二出水管的結構圖。

圖中：1、泄洪流道初段；2、泄洪流道中段；3、泄洪流道末段；4、第一閘門；5、第一流量傳感器；6、第一壓力傳感器；7、第二流量傳感器；8、虹吸管；9、第二閘門；10、第一排氣管；11、第二排氣管；12、第一出水管路；13、第二出水管路；14、第三閘門；15、第三流量傳感器；16、第四閘門；17、第一套筒；18、環(huán)形擋板；19、第一圓形擋板；20、第一螺旋導流槽；21、圓形凹槽；22、弧形凸起部；23、導流片；24、第一凹槽；25、環(huán)形凹槽；26、金屬絲網層；27、第二凹槽；28、折流板；29、排氣盤；30、彎管；31、電動攪拌葉片；32、滑槽；33、彈簧體；34、滑塊；35、副葉片；36、斜面；37、副出水口；38、縮口；39、立柱；40、第二套筒；41、第二圓形擋板；42、弧形導流槽；43、上揚部；44、第二壓力傳感器。

具體實施方式

本發(fā)明中使用到的標準零件均可以從市場上購買，異形件根據說明書的和附圖的記載均可以進行訂制，各個零件的具體連接方式均采用現有技術中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段，在此不再詳述。

參照圖1-8，本發(fā)明一個具體實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為直線形設計，泄洪流道中段2為向上凸起的弧線形設計，泄洪流道初段1上設置有第一閘門4和第一流量傳感器5，泄洪流道中段2與泄洪流道初段1的連接處設置有第一壓力傳感器6，泄洪流道中段2與泄洪流道末段3的連接處設置有第二流量傳感器7和第二壓力傳感器44，泄洪流道中段2的頂部設置有虹吸管8，虹吸管8上設置有第二閘門9，泄洪流道末段3上設置有第一排氣管10和第二排氣管11，第一排氣管10和第二排氣管11向兩側傾斜設置，第一排氣管10和第二排氣管11的夾角為21°，泄洪流道末段3的出口處設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上設置有第三閘門14和第三流量傳感器15，第二出水管路13上設置有第四閘門16。泄洪流道初段1、泄洪流道中段2和泄洪流道末段3的內徑之比為5:3:4，第一出水管路12和第二出水管路13與泄洪流道末段3的內徑之比7:4:10，泄洪流道初段1的進口處高于泄洪流道末段3的出口處，泄洪流道初段1的進口處與泄洪流道末段3的出口處的高度落差為3～5m。泄洪流道初段1內設置有第一套筒17，第一套筒17的進水端同軸設置有環(huán)形擋板18和第一圓形擋板19，第一圓形擋板19位于環(huán)形擋板18與第一套筒17的出水端中間，環(huán)形擋板18和第一圓形擋板19的間距與第一套筒17的內徑之比為2:5，環(huán)形擋板18上設置有第一螺旋導流槽20，第一圓形擋板19的中心設置有圓形凹槽21，圓形凹槽21的中心設置有弧形凸起部22；第一圓形擋板19與第一套筒17出水端之間的第一套筒17的內壁上均勻軸接有若干個導流片23，導流片23的頂部設置有第一凹槽24，導流片23的安裝方向與第一套筒17的軸線方向的夾角為10°。虹吸管8與泄洪流道中段2的接口處外側設置有環(huán)形凹槽25，環(huán)形凹槽25內設置有金屬絲網層26，泄洪流道中段2上設置有第二凹槽27，第二凹槽27將環(huán)形凹槽25與第一排氣管10進行連通。第一排氣管10內設置有折流板28，折流板28與第二凹槽27的末端固定連接，第一排氣管10的活動設置有排氣盤29，排氣盤29內均勻布置有若干個彎管30，彎管30的彎折角度為360°。第二排氣管11內設置有電動攪拌葉片31，電動攪拌葉片31的迎液面設置有滑槽32，滑槽32通過彈簧體33設置有滑塊34，滑塊34上軸接有與電動攪拌葉片31相垂直的副葉片35。第一出水管路12出水端的底面設置有向下傾斜的斜面36，第一出水管路12出口端的頂部設置有副出水口37，斜面36與第一出水管路12軸向的夾角為27°。第二出水管路13的出水端設置有縮口38，縮口38內設置有若干個立柱39。排氣盤29距離水面的距離控制在40cm～50cm。

在第一套筒17的出水端活動套接有第二套筒40，第二套筒40通過電機（圖中未示出）控制其旋轉。第二套筒40上固定有第二圓形擋板41，第二圓形擋板41上環(huán)形排布有若干個弧形導流槽42?？s口38內設置有上揚部43，上揚部43的上揚角度設計值的計算方法為：

其中，α為上揚部43的上揚角，β為斜面36與第一出水管路12軸線的夾角，L₁為第一出水管路12的上斜面出水口的最大直徑，L₂為第一出水管路12的上斜面出水口的最大直徑與副出水口37直徑之和，k為比例常數，根據水流中泥沙雜質的量進行選擇，選擇范圍是0.85～0.95。

一種上述的改進的水庫泄洪裝置的泄洪方法，包括以下步驟：

A、將第三閘門14全開，第二閘門9和第四閘門16關閉，然后逐漸打開第一閘門4，使第一出水管路12的出水量為目標值的50%，然后逐漸關閉第三閘門14，將第三閘門14關閉至不影響出水量的最小開度；

B、若泄洪流道中段2兩端的壓差超過壓差最大閾值，則逐漸打開第二閘門9，進行降壓；若泄洪流道中段2兩端的壓差超過壓差最小閾值，則逐漸打開第四閘門16，進行增壓；其中壓差最大閾值控制在10kPa，壓差最小閾值控制在2kPa。

C、繼續(xù)緩慢開啟第一閘門4，使第一出水管路12和第二出水管路13的出水量達到目標值，在此過程中，第四閘門16的開啟比例變化量與第一閘門4的開啟比例變化量相同，第二閘門9的開啟比例變化量為第一閘門4的開啟比例變化量的30%；

D、當第一出水管路12和第二出水管路13的出水量與目標值發(fā)生偏差時，以相同比例調整第一閘門4、第三閘門14和第四閘門16。

另外，當虹吸管8內的虹吸水流出現大幅度波動時，對第二套筒40的角度進行旋轉調節(jié)，通過改變水流方向與弧形導流槽的角度差，提高對于水流內氣體分離。

本發(fā)明可以在對泄洪水流進行有效消能的同時，保證較大流量的泄洪速度。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。