齒槽式摻氣挑坎的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種齒槽式摻氣挑坎。本發明的目的是提出一種新的齒槽式摻氣挑坎，它可以增大水舌與空腔的接觸面積、增強挑流水舌下緣的紊動摻混效果，提高挑坎的摻氣量，延長摻氣坎的保護長度，同時也可以與摻氣槽和突跌組合使用。本發明的技術方案是：一種齒槽式摻氣挑坎，在泄水建筑物底板上設有挑坎體，其特征在于：所述挑坎體沿水流方向的末端設置槽口，形成齒坎和槽坎，齒坎坎高h1＞槽坎坎高h2＞0。本發明適用于水利工程中泄水建筑物的摻氣減蝕。
【專利說明】齒槽式摻氣挑坎
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種齒槽式摻氣挑坎。適用于水利工程中泄水建筑物的摻氣減蝕。
【背景技術】
[0002]隨著我國高壩建設的發展，高水頭泄水建筑物的水流流速越來越大，高速水流問題日益突出。其中，尤以高速水流引起空化空蝕對水工建筑物的危害最為嚴重，可能直接影響建筑物的正常運行，甚至造成建筑物的失事。
[0003]眾多的試驗和工程實踐已經證明，摻氣減蝕是防止混凝土過流面空蝕破壞最經濟、最有效的方法。試驗研究指出，水流中摻氣濃度達到2%左右時，空蝕已可大大減輕；摻氣濃度達到7%左右時可免除空蝕。因此，高效的摻氣設施對避免泄水建筑物空蝕破壞，確保工程安全運行具有重要意義。
[0004]目前工程上采用的人工摻氣設施有坎式、槽式及各種組合型式等，如圖1?圖4所示，其中摻氣坎的以及含有摻氣坎的組合型式摻氣設施應用最為廣泛。通常為了增加挑坎的摻氣量，一般采取增加射距的措施，由此需要增加坎高或局部加大坎下游底坡。試驗證實:在大單寬流量條件下，過多的增大坎高或加大坎下底坡，將加劇水面波動，惡化下游水流流態，對長明流洞，會使洞身安全余幅減小而需加高洞身，增加工程量。
[0005]為在坎高相當的情況下，增加摻氣坎的摻氣量，專利號為200610085938.3的中國專利提出了 “一種差動式摻氣挑坎”，通過在傳統摻氣坎上增設小挑坎，使水流在脫離挑坎末端后從不同的角度射出，增強水流底部的紊動，從而卷席更多的空氣，增大水流底部的摻氣濃度(見圖23)。但差動式摻氣坎體型復雜，過流面凹凸相間，坎上流態復雜，在高速水流作用下，挑坎本身容易引起空蝕破壞，對摻氣設施運行的可靠性有一定影響，進而危害泄水建筑物的安全運行。
【發明內容】
[0006]本發明提出一種新的齒槽式摻氣挑坎，它可以增大水舌與空腔的接觸面積、增強挑流水舌下緣的紊動摻混效果，提高挑坎的摻氣量，延長摻氣坎的保護長度，同時也可以與摻氣槽和突跌組合使用。
[0007]本發明所采用的技術方案是:一種齒槽式摻氣挑坎，在泄水建筑物底板上設有挑坎體，其特征在于:所述挑坎體沿水流方向的末端設置槽口，形成齒坎和槽坎，齒坎坎高hi>槽坎坎高h2 > O。
[0008]沿水流方向齒坎寬度逐漸減小。
[0009]沿水流方向齒坎前后等寬。
[0010]所述槽坎的下游面與泄水建筑物底板的夾角為鈍角。
[0011]所述槽坎的下游面與泄水建筑物底板垂直。
[0012]本發明的有益效果是:本發明在傳統摻氣坎的末端局部增加槽口，齒槽式挑坎的末端位置和高度均不同，使水流從不同的出射點和出射高度射出，出射水流產生不同的射流軌跡，射流摻氣底面由傳統摻氣坎的平面變為凹凸的曲面，空腔水氣接觸面面積增大；同時不同挑坎水舌軌跡和落點相互錯開，使水流加劇紊動，從而卷吸更多的空氣，增大水流底部的摻氣濃度。
[0013]本發明在摻氣坎末端設置槽口，坎上過流面平滑，坎上流態簡單，不易出現空蝕，且施工方便、成本較低，能明顯提高摻氣量，延長摻氣坎的保護長度，提高泄水建筑物運行的安全性，降低工程造價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統摻氣挑坎的示意圖。
[0015]圖2為傳統摻氣挑坎與突跌的組合型式示意圖。
[0016]圖3為傳統摻氣挑坎與摻氣槽的組合型式示意圖。
[0017]圖4為傳統摻氣挑坎與摻氣槽和突跌的組合型式示意圖。
[0018]圖5為實施例1的摻氣挑坎的示意圖。
[0019]圖6為實施例1的摻氣挑坎與突跌的組合型式示意圖。
[0020]圖7為實施例1的摻氣挑坎與摻氣槽的組合型式示意圖。
[0021]圖8為實施例1的摻氣挑坎與摻氣槽和突跌的組合型式示意圖。
[0022]圖9為實施例1試驗對象某工程泄洪洞縱剖圖。
[0023]圖10為實施例1試驗對象某工程泄洪洞的平面圖。
[0024]圖11為實施例1中不同方案斷面I沿水深摻氣濃度分布。
[0025]圖12為實施例1中不同方案斷面II沿水深摻氣濃度分布。
[0026]圖13為實施例1中不同方案斷面III沿水深摻氣濃度分布。
[0027]圖14為實施例1中不同方案斷面IV沿水深摻氣濃度分布。
[0028]圖15為實施例2的摻氣挑坎的示意圖。
[0029]圖16為實施例2的摻氣挑坎與突跌的組合型式示意圖。
[0030]圖17為實施例2的摻氣挑坎與摻氣槽的組合型式示意圖。
[0031]圖18為實施例2的摻氣挑坎與摻氣槽和突跌的組合型式示意圖。
[0032]圖19為實施例3的摻氣挑坎的示意圖。
[0033]圖20為實施例3的摻氣挑坎與突跌的組合型式示意圖。
[0034]圖21為實施例3的摻氣挑坎與摻氣槽的組合型式示意圖。
[0035]圖22為實施例3的摻氣挑坎與摻氣槽和突跌的組合型式示意圖。
[0036]圖23為現有技術中差動式摻氣挑坎水舌示意圖。
[0037]圖24為實施例1中摻氣挑坎水舌示意圖。
【具體實施方式】
[0038]實施例1:如圖5所示，本實施例為一種齒槽式摻氣挑坎，挑坎體2設置于泄水建筑物底板I上，在挑坎體2沿水流方向的末端設置槽口，從而形成齒坎201和槽坎202，其中齒坎坎高hi >槽坎坎高h2 > O。齒槽式摻氣挑坎使水流在脫離挑坎后從不同的高度射出，摻氣底面呈凹凸的曲面，空腔水氣接觸面面積增大(見圖24)，同時，使水流加劇紊動，從而卷吸更多的空氣，增大水流底部的摻氣濃度。本實施例中槽坎202的下游面2021與泄水建筑物底板I的夾角為鈍角。
[0039]采用某工程1:30比尺模型幾種不同的摻氣型式驗證本實施例的有效性。
[0040]在相同的試驗條件下，僅改變上、下游挑坎(1#挑坎、2#挑坎)的形狀。試驗共布置了 4個摻氣濃度測量斷面(見圖9、圖10)，其中1#挑坎、2#挑坎后各2個，各斷面位置見表I。
[0041]表I泄洪洞摻氣測量斷面位置
[0042]
編號__樁號__編號__樁號_
斷面 I__0+395.60__斷面III__0+498.00
斷面 II0+404.30斷面IV0+506.10
[0043]其中斷面I 一斷面II位于1#挑坎和2#挑坎之間，斷面II1-斷面IV位于2#挑坎后。
[0044]試驗采用某工程1:30模型，模型全部采用有機玻璃制作，摻氣濃度采用放射性同位素摻氣儀量測。試驗進行了兩組方案對比分析，方案N0.1采用傳統的摻氣挑坎(如圖1)，模型坎高2.0cm ;方案N0.2模型在方案N0.1模型的基礎上增加了 3.33mm的槽口，形成齒坎高度2.0cm、槽坎高度1.67cm的齒槽式摻氣坎(如圖5)，且順水流方向高、低坎寬度保持不變。
[0045]在上游水位為638.36m時，實測的各個斷面不同水深的摻氣濃度值如圖11_14所示。在圖11-14中，橫坐標C表示摻氣濃度，縱坐標Hl為相應斷面水深，模型試驗上游水位為 638.36m。
[0046]由圖11、圖12可知，在傳統的摻氣挑坎上增加高3.3mm的槽口，形成齒槽式挑坎，1#挑坎后的各斷面底部摻氣濃度顯著增加；同樣從圖13、圖14可以看出，改為齒槽坎后，2#挑坎后的各斷面底部摻氣濃度也顯著增加。由試驗結果，齒槽式挑坎可以有效增加坎后水流底部的摻氣濃度。
[0047]上述設計方案單獨采用齒槽式摻氣挑坎，根據工程實際需要，本發明還可以采用齒槽式摻氣挑坎和摻氣槽組合的型式(圖7)，或者齒槽式摻氣挑坎和跌坎組合的型式(圖6)，或者齒槽式摻氣挑坎與摻氣槽、跌坎組合的型式(圖8)。
[0048]實施例2:本實施例結構與實施例1基本相同，不同之處僅在于本實施例采用的槽坎202的下游面2021與泄水建筑物底板I垂直的型式(見圖15 —圖18)。
[0049]實施例3:本實施例結構與實施例2基本相同，不同之處僅在于本實施例采用順水流方向齒坎、槽坎寬度改變的型式。如圖19 一 22所示，沿水流方向齒坎201寬度逐漸減小。
【權利要求】
1.一種齒槽式摻氣挑坎，在泄水建筑物底板(I)上設有挑坎體(2)，其特征在于:所述挑坎體(2)沿水流方向的末端設置槽口，形成齒坎(201)和槽坎(202)，齒坎坎高hi >槽坎坎高h2 > O。
2.根據權利要求1所述的齒槽式摻氣挑坎，其特征在于:沿水流方向齒坎(201)寬度逐漸減小。
3.根據權利要求1所述的齒槽式摻氣挑坎，其特征在于:沿水流方向齒坎(201)前后等寬。
4.根據權利要求1?3任意一項所述的齒槽式摻氣挑坎，其特征在于:所述槽坎(202)的下游面(2021)與泄水建筑物底板(I)的夾角為鈍角。
5.根據權利要求1?3任意一項所述的齒槽式摻氣挑坎，其特征在于:所述槽坎(202)的下游面(2021)與泄水建筑物底板(I)垂直。
【文檔編號】E02B8/06GK104141291SQ201410353891
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】吳偉偉, 劉西軍, 李英勇, 陳國良 申請人:中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司