本實(shí)用新型設(shè)及水工建筑物消能技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水工模型試驗(yàn)穩(wěn)定水流的過渡裝置。

背景技術(shù)：

在實(shí)際水工建筑物的設(shè)計(jì)中，為對(duì)設(shè)計(jì)的水工建筑物的過流能力進(jìn)行預(yù)先判斷，為設(shè)計(jì)方案提供可靠而有力的依據(jù)支撐，會(huì)將設(shè)計(jì)的實(shí)際尺寸的水工建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)按水力學(xué)規(guī)律進(jìn)行一定比例尺縮小，做成符合水力學(xué)規(guī)律的水工模型進(jìn)行過流能力試驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)模型過流時(shí)的水力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，還原到實(shí)際原比例尺的水工建筑物中，得到原型建筑的過流能力參數(shù)。水力學(xué)中常測(cè)的數(shù)據(jù)為：進(jìn)水渠水面線高程與來(lái)流量的變化關(guān)系，以判斷按照該參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)際建筑時(shí)，進(jìn)水渠、擋水建筑物、下游泄水渠邊墻的設(shè)計(jì)高程、坡度等是否滿足過流要求。

在模型試驗(yàn)中，為保證上游不斷向下游輸水的情形，需要利用水泵向模擬庫(kù)區(qū)不斷供水。受制于試驗(yàn)場(chǎng)地面積和工作量以及渡槽的長(zhǎng)度的限制，以致水流在渡槽內(nèi)部流動(dòng)時(shí)消能效果有限，這樣導(dǎo)致從水泵抽出的水直接通過渡槽供應(yīng)到模擬庫(kù)區(qū)時(shí)的水流流速會(huì)較大，進(jìn)一步的引起模擬庫(kù)區(qū)與進(jìn)水渠的銜接段的水位波動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響進(jìn)水渠水面線的分布，進(jìn)而測(cè)得的進(jìn)水渠水位誤差較大，難以達(dá)到模擬實(shí)際工況應(yīng)有的效果。因此保證水泵抽出的水流流到模擬庫(kù)區(qū)能夠趨近于靜水位，進(jìn)而有益于模擬庫(kù)區(qū)與進(jìn)水渠的銜接段水位的平穩(wěn)、消除銜接段水流波動(dòng)導(dǎo)致的誤差，不至于影響進(jìn)水渠水面線分布至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明采用了一種可以保證模擬庫(kù)區(qū)與進(jìn)水渠的銜接段水流穩(wěn)定的過渡裝置，可以有效的使得水工模型試驗(yàn)的水力條件更加符合實(shí)際情況，減小試驗(yàn)誤差、增強(qiáng)試驗(yàn)的真實(shí)性與可靠性。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種水工模型試驗(yàn)穩(wěn)定水流的過渡裝置，包括沿著水流方向，依次設(shè)置的進(jìn)水管、渡槽和模擬庫(kù)區(qū)，在所述的進(jìn)水管內(nèi)沿著水流方向依次設(shè)置有薄壁堰和消能護(hù)坦；在所述的渡槽的出口與模擬庫(kù)區(qū)之間設(shè)置有一個(gè)折扇形閘門，所述的模擬庫(kù)區(qū)通過銜接段與進(jìn)水渠相連。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)水管的進(jìn)水口通過水泵裝置向進(jìn)水口輸水，水流依次經(jīng)過薄壁堰、消能護(hù)坦、折扇形閘門、模擬庫(kù)區(qū)、銜接段，引流至進(jìn)水渠。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)水管的管道的出水方向與渡槽底面垂直，且出水方向?yàn)樨Q直向上的方向，從進(jìn)水管流出水流豎直向上涌出，可有效利用自重力作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，降低流速。

進(jìn)一步的，在所述消能護(hù)坦的末端修建有消能坎來(lái)壅高水位，使坎前形成消能池，消耗水流部分動(dòng)能以減小流速。

進(jìn)一步的，所述渡槽的斷面為格柵結(jié)構(gòu)，用來(lái)消減斷面水流流速消減勢(shì)能。

進(jìn)一步的，水流從進(jìn)水管進(jìn)入水流流到折扇形閘門的過程中，水流在渡槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)纱无D(zhuǎn)折改變流向，每次改變流向后的斷面面積大于前一個(gè)斷面，在水流流量一定的情況下，流速會(huì)減小。

進(jìn)一步的，所述的折扇形閘門采用類似的迷宮堰結(jié)構(gòu)，可以增加實(shí)際過流的寬度進(jìn)而增大有效過流面積。

進(jìn)一步的，所述折扇形閘門上端設(shè)有手動(dòng)水平桿，所述的水平桿連接豎直設(shè)置的螺旋桿，所述螺旋桿與焊接在折扇形閘門上的掛耳串通連接，所述的掛耳內(nèi)設(shè)有與螺桿配合的螺紋，通過旋轉(zhuǎn)手動(dòng)水平桿而啟閉折扇形閘門。

進(jìn)一步的，所述螺旋桿通過固定在渡槽壁上的支架提供支撐和約束力。

進(jìn)一步的，在所述的螺旋桿末端設(shè)有限位塊，以防止在螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與掛耳的脫落；

本實(shí)用新型的有益效果在于：

水工模型試驗(yàn)在受制于試驗(yàn)場(chǎng)地大小的限制情況下，通過采用水泵出流方向豎直向上、消能護(hù)坦、折扇形閘門，可有效減小水泵供應(yīng)到模擬庫(kù)區(qū)水流流速。水流在模擬庫(kù)區(qū)向四周擴(kuò)散，與模擬庫(kù)區(qū)較大面積、水深水體匯合時(shí)，模擬庫(kù)區(qū)水位可趨近于靜水位，進(jìn)而有效保證銜接段水流穩(wěn)定，消除銜接段水位波動(dòng)對(duì)于進(jìn)水渠模擬的水面線分布所產(chǎn)生的誤差，使模型試驗(yàn)的模擬工況更貼合實(shí)際情況，減小模型試驗(yàn)的誤差、增大試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和真實(shí)性。

附圖說明

圖1：一種水工模型試驗(yàn)穩(wěn)定水流的過渡裝置平面布置圖；

圖2：折扇形閘門局部構(gòu)造示意圖；

圖3：A-A剖面示意圖；

圖4：B-B剖面示意圖；

圖5：折扇形閘門與平板閘門斷面過流流向?qū)Ρ仁疽鈭D。

其中：1進(jìn)水渠，2銜接段，3模擬庫(kù)區(qū)，4折扇形閘門，5渡槽，6消能護(hù)坦，7薄壁堰，8進(jìn)水管。

具體實(shí)施方式

為對(duì)本實(shí)用新型的效果作進(jìn)一步的說闡述，下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種水工模型試驗(yàn)穩(wěn)定水流的過渡裝置，包括沿著水流方向，依次設(shè)置的進(jìn)水管8、渡槽5和模擬庫(kù)區(qū)3，在所述的進(jìn)水管內(nèi)沿著水流方向依次設(shè)置有薄壁堰7和消能護(hù)坦6；在所述的渡槽5的出口與模擬庫(kù)區(qū)之間設(shè)置有一個(gè)折扇形閘門4，所述的模擬庫(kù)區(qū)通過銜接段2與進(jìn)水渠1相連。

水工模型試驗(yàn)在受制于試驗(yàn)場(chǎng)地大小的限制情況下，通過采用水泵出流方向豎直向上、消能護(hù)坦、折扇形閘門，可有效減小水泵供應(yīng)到模擬庫(kù)區(qū)水流流速。水流在模擬庫(kù)區(qū)向四周擴(kuò)散，與模擬庫(kù)區(qū)較大面積、水深水體匯合時(shí)，模擬庫(kù)區(qū)水位可趨近于靜水位，進(jìn)而有效保證銜接段水流的穩(wěn)定，消除銜接段水位波動(dòng)對(duì)于進(jìn)水渠模擬的水面線分布所產(chǎn)生的誤差，使模型試驗(yàn)的模擬工況更貼合實(shí)際情況，減小模型試驗(yàn)的誤差、增大試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和真實(shí)性。

通過水泵裝置向進(jìn)水口輸水，水流首先流過薄壁堰7，進(jìn)入消能護(hù)坦消減一部分動(dòng)能、流速減小，通過兩次撞擊到渡槽5壁改變流向的同時(shí)流速也減緩，其渡槽5中設(shè)有格柵消能式泄洪裝置消減勢(shì)能，改向后流經(jīng)折扇形閘門4，流過折扇形閘門4后流速顯著減小，與模擬庫(kù)區(qū)較大面積、水深的水流匯合，而向四周擴(kuò)散流速減小，此時(shí)模擬庫(kù)區(qū)3水體可視為靜水位。在水泵不斷地向模擬庫(kù)區(qū)3供水情況下，銜接段2水流流態(tài)穩(wěn)定，消除銜接段水位不穩(wěn)定對(duì)于進(jìn)水渠模擬的水面線分布所產(chǎn)生的誤差。

進(jìn)水管8的管道的出水方向與渡槽5底面垂直而豎直向上，從進(jìn)水管8流出水流豎直向上涌出，可有效利用自重力作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，降低流速。

薄壁堰7，具有穩(wěn)定的水頭與流量關(guān)系，常作為一種有效的量水工具，利用水力學(xué)堰流計(jì)算公式可以得到流量與渡槽5內(nèi)堰頂水頭關(guān)系，進(jìn)而通過測(cè)量渡槽5內(nèi)水位數(shù)據(jù)為模擬時(shí)流量控制提供判別標(biāo)準(zhǔn)。

消能護(hù)坦6，其特征在于護(hù)坦末端修建有消能坎來(lái)壅高水位,使坎前形成消能池，消耗水流部分動(dòng)能以減小流速。

渡槽5的C-C斷面采用格柵結(jié)構(gòu)，具體格柵的形式可以參考專利號(hào)CN201610386212.7中所述的格柵結(jié)構(gòu)，用來(lái)消減C-C斷面水流流速消減勢(shì)能；水流從C-C斷面改變流向至B-B斷面時(shí)，斷面面積進(jìn)一步擴(kuò)大，在一定流量下，流速會(huì)減小。

折扇形閘門4，其特征在于折線的扇形的過流，類似水力學(xué)中的迷宮堰結(jié)構(gòu)原理(迷宮堰是岸邊無(wú)閘溢洪道進(jìn)口采用的堰型之一。其堰頂軸線在平面上形成首尾相接的三角形、梯形或矩形，狀似迷宮，故稱為迷宮堰，也有人稱為鋸齒堰。迷宮堰最主要的特點(diǎn)是在不增加泄水建筑物所占河谷寬度的情況下，泄流能力數(shù)倍于直線堰，有利于工程布置)，閘門前沿過流長(zhǎng)度成倍增加，進(jìn)而增大過流的有效寬度進(jìn)而增大有效過流面積。由水力學(xué)計(jì)算公式Q＝A.V可知，當(dāng)通過閘門的流量Q一定時(shí)，過流面積A越大，過流水流流速V越小，這樣可以有效減小模擬庫(kù)區(qū)水位的波動(dòng)、有助于銜接段水位的平穩(wěn)，進(jìn)而保證試驗(yàn)中模擬的進(jìn)水渠水面線分布的真實(shí)性和可靠性。

折扇形閘門4采用手動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)豎直方向上的高程調(diào)整，控制超過閘頂?shù)乃魃疃仍?-8cm范圍內(nèi)以形成自由溢流，防止過高的水頭形成淹沒溢流而不能正常發(fā)揮折扇形閘門調(diào)節(jié)過流流速的功能，可以增強(qiáng)折扇形閘門有益的調(diào)節(jié)效果；

具體的結(jié)構(gòu)如下：

折扇形閘門4上端設(shè)有手動(dòng)水平桿，水平桿連接豎直設(shè)置的螺旋桿，所述螺旋桿與焊接在折扇形閘門上的掛耳串通連接，掛耳內(nèi)設(shè)有與螺桿配合的螺紋，通過旋轉(zhuǎn)手動(dòng)水平桿而啟閉折扇形閘門。螺旋桿通過固定在渡槽壁上的支架提供支撐和約束力。在所述的螺旋桿末端設(shè)有限位塊，以防止在螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與掛耳的脫落。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。