本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種改進(jìn)的水庫(kù)泄洪裝置及其泄洪方法。

背景技術(shù)：

在水利建設(shè)中，通常都會(huì)用到泄洪結(jié)構(gòu)，在泄洪過(guò)程中，由于高度差的問(wèn)題，水會(huì)沖擊下層地面，在長(zhǎng)期使用中使得下層的地面會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。鑒于這種問(wèn)題，目前設(shè)計(jì)了消能泄洪裝置，使得水在下落過(guò)程中受摩擦和相互碰撞以消耗水的重力勢(shì)能和動(dòng)能，減少水對(duì)地面的沖擊。中國(guó)發(fā)明專利CN 103614994 B公開(kāi)了一種消能泄洪裝置，通過(guò)沿螺旋流道達(dá)到消能的作用。但是，這種消能結(jié)構(gòu)會(huì)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改進(jìn)的水庫(kù)泄洪裝置及其泄洪方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，在起到消能的同時(shí)保證了下泄流量。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種改進(jìn)的水庫(kù)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(shè)計(jì)，泄洪流道中段為向上凸起的弧線形設(shè)計(jì)，泄洪流道初段上設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置有虹吸管，虹吸管上設(shè)置有第二閘門，泄洪流道末段上設(shè)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(cè)傾斜設(shè)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(shè)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(shè)置有第三閘門和第三流量傳感器，第二出水管路上設(shè)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(nèi)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(nèi)徑之比7～8:4～5:9～10，泄洪流道初段的進(jìn)口處高于泄洪流道末段的出口處，泄洪流道初段的進(jìn)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(nèi)設(shè)置有第一套筒，第一套筒的進(jìn)水端同軸設(shè)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(nèi)徑之比為2:5，環(huán)形擋板上設(shè)置有第一螺旋導(dǎo)流槽，第一圓形擋板的中心設(shè)置有圓形凹槽，圓形凹槽的中心設(shè)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(nèi)壁上均勻軸接有若干個(gè)導(dǎo)流片，導(dǎo)流片的頂部設(shè)置有第一凹槽，導(dǎo)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(cè)設(shè)置有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有金屬絲網(wǎng)層，泄洪流道中段上設(shè)置有第二凹槽，第二凹槽將環(huán)形凹槽與第一排氣管進(jìn)行連通。

作為優(yōu)選，所述第一排氣管內(nèi)設(shè)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(dòng)設(shè)置有排氣盤(pán)，排氣盤(pán)內(nèi)均勻布置有若干個(gè)彎管，彎管的彎折角度為360°。

作為優(yōu)選，所述第二排氣管內(nèi)設(shè)置有電動(dòng)攪拌葉片，電動(dòng)攪拌葉片的迎液面設(shè)置有滑槽，滑槽通過(guò)彈簧體設(shè)置有滑塊，滑塊上軸接有與電動(dòng)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(shè)置有向下傾斜的斜面，第一出水管路出口端的頂部設(shè)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(shè)置有縮口，縮口內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)立柱。

一種上述的改進(jìn)的水庫(kù)泄洪裝置的泄洪方法，包括以下步驟：

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

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

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

D、當(dāng)?shù)谝怀鏊苈泛偷诙鏊苈返某鏊颗c目標(biāo)值發(fā)生偏差時(shí)，以相同比例調(diào)整第一閘門、第三閘門和第四閘門。

采用上述技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果在于：本發(fā)明利用泄洪流道的結(jié)構(gòu)對(duì)水流進(jìn)行多級(jí)的消能調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了消能和泄洪流量的平衡。泄洪流道初段內(nèi)的第一套筒機(jī)構(gòu)除了進(jìn)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(jìn)入大量空氣導(dǎo)致失效。虹吸管對(duì)泄洪流道內(nèi)的水壓進(jìn)行調(diào)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(duì)水流進(jìn)行分離式泄洪處理，利用水流之間的相互作用力，實(shí)現(xiàn)了泄洪消能的功能，與此同時(shí)這種出水結(jié)構(gòu)還可以有效抑制泄洪水霧的產(chǎn)生。兩個(gè)排氣管可以對(duì)水中不同體積的氣泡進(jìn)行有效的分離排出，從而減少水中空氣對(duì)于泄洪流量的影響，提高第一出水管和第二出水管對(duì)于出水控制的精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式的泄洪流道結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中泄洪流道初段內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中虹吸管與泄洪流道中段連接處的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第一排氣管的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第二排氣管的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中電動(dòng)攪拌葉片的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第一出水管路的結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第二出水管的結(jié)構(gòu)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(dǎo)流槽；21、圓形凹槽；22、弧形凸起部；23、導(dǎo)流片；24、第一凹槽；25、環(huán)形凹槽；26、金屬絲網(wǎng)層；27、第二凹槽；28、折流板；29、排氣盤(pán)；30、彎管；31、電動(dòng)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(dǎo)流槽；43、上揚(yáng)部；44、第二壓力傳感器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中使用到的標(biāo)準(zhǔn)零件均可以從市場(chǎng)上購(gòu)買，異形件根據(jù)說(shuō)明書(shū)的和附圖的記載均可以進(jìn)行訂制，各個(gè)零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)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?qǐng)D1-8，本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)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(shè)計(jì)，泄洪流道中段2為向上凸起的弧線形設(shè)計(jì)，泄洪流道初段1上設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置有虹吸管8，虹吸管8上設(shè)置有第二閘門9，泄洪流道末段3上設(shè)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(cè)傾斜設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)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(nèi)徑之比7:4:10，泄洪流道初段1的進(jìn)口處高于泄洪流道末段3的出口處，泄洪流道初段1的進(jìn)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(nèi)設(shè)置有第一套筒17，第一套筒17的進(jìn)水端同軸設(shè)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(nèi)徑之比為2:5，環(huán)形擋板18上設(shè)置有第一螺旋導(dǎo)流槽20，第一圓形擋板19的中心設(shè)置有圓形凹槽21，圓形凹槽21的中心設(shè)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(nèi)壁上均勻軸接有若干個(gè)導(dǎo)流片23，導(dǎo)流片23的頂部設(shè)置有第一凹槽24，導(dǎo)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(cè)設(shè)置有環(huán)形凹槽25，環(huán)形凹槽25內(nèi)設(shè)置有金屬絲網(wǎng)層26，泄洪流道中段2上設(shè)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(jìn)行連通。第一排氣管10內(nèi)設(shè)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(dòng)設(shè)置有排氣盤(pán)29，排氣盤(pán)29內(nèi)均勻布置有若干個(gè)彎管30，彎管30的彎折角度為360°。第二排氣管11內(nèi)設(shè)置有電動(dòng)攪拌葉片31，電動(dòng)攪拌葉片31的迎液面設(shè)置有滑槽32，滑槽32通過(guò)彈簧體33設(shè)置有滑塊34，滑塊34上軸接有與電動(dòng)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(shè)置有向下傾斜的斜面36，第一出水管路12出口端的頂部設(shè)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(shè)置有縮口38，縮口38內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)立柱39。排氣盤(pán)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(dòng)套接有第二套筒40，第二套筒40通過(guò)電機(jī)（圖中未示出）控制其旋轉(zhuǎn)。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(gè)弧形導(dǎo)流槽42?？s口38內(nèi)設(shè)置有上揚(yáng)部43，上揚(yáng)部43的上揚(yáng)角度設(shè)計(jì)值的計(jì)算方法為：

其中，α為上揚(yáng)部43的上揚(yáng)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(shù)，根據(jù)水流中泥沙雜質(zhì)的量進(jìn)行選擇，選擇范圍是0.85～0.95。

一種上述的改進(jìn)的水庫(kù)泄洪裝置的泄洪方法，包括以下步驟：

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

B、若泄洪流道中段2兩端的壓差超過(guò)壓差最大閾值，則逐漸打開(kāi)第二閘門9，進(jìn)行降壓；若泄洪流道中段2兩端的壓差超過(guò)壓差最小閾值，則逐漸打開(kāi)第四閘門16，進(jìn)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(kāi)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(dá)到目標(biāo)值，在此過(guò)程中，第四閘門16的開(kāi)啟比例變化量與第一閘門4的開(kāi)啟比例變化量相同，第二閘門9的開(kāi)啟比例變化量為第一閘門4的開(kāi)啟比例變化量的30%；

D、當(dāng)?shù)谝怀鏊苈?2和第二出水管路13的出水量與目標(biāo)值發(fā)生偏差時(shí)，以相同比例調(diào)整第一閘門4、第三閘門14和第四閘門16。

另外，當(dāng)虹吸管8內(nèi)的虹吸水流出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，對(duì)第二套筒40的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，通過(guò)改變水流方向與弧形導(dǎo)流槽的角度差，提高對(duì)于水流內(nèi)氣體分離。

本發(fā)明可以在對(duì)泄洪水流進(jìn)行有效消能的同時(shí)，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(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)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(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)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(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。