CN103290818A - 一种抑制泄水建筑物水流空化的结构 - Google Patents

一种抑制泄水建筑物水流空化的结构 Download PDF

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Abstract

本发明是一种抑制泄水建筑物水流空化的结构。所述一种抑制泄水建筑物水流空化的结构包括埋设于泄水建筑物内的连通管；所述连通管的进口端外接加压设备；所述连通管的出口端与泄水建筑物的过流壁面连通，连通管的出口端为莲蓬头式的多孔口或单一孔口。利用加压设备向过流壁面的低压区压注空气或水，对低压区水流进行能量补偿，增加水流的内部压力，改善分离涡水流流态，提高水流的空化数，抑制空泡的形成，从源头上防止水流空化的发生。本发明适用于水利水电工程高速水流泄水建筑物的防蚀。

Description

一种抑制泄水建筑物水流空化的结构
技术领域
本发明涉及一种抑制泄水建筑物水流空化的结构，具体是一种采用能量补偿的方式抑制水流空化的结构。本发明适用于水利水电工程高速水流泄水建筑物的防蚀。
背景技术
水流空化现象最早于1895年在船舶螺旋桨的推力研究中发现，水流空化分为三个阶段，即：空泡的形成、发育和溃灭。
高速流动的水体受到壁面的阻滞作用，边界层能量大量损失，水质点被迫向壁面外侧流动，产生边界层分离涡，形成水流低压区，当压力低于水的汽化压力时，溶解在水体中的微小气核将膨胀形成空泡，当空泡被水流带至下游压力较高的部位时，空泡将在瞬间溃灭，空泡溃灭产生的高速微射流会形成巨大的冲击力，当冲击力反复作用在壁面时会引起材料的疲劳破坏，称为空蚀破坏。
对于高速水流泄水建筑物而言，水流空泡溃灭可能造成混凝土表面空蚀破坏，形成恶劣的水流流态，最终可能对泄水建筑物带来致命的危害，空蚀破坏在泄水建筑物上时有发生。目前，在泄水建筑物过流面上设置掺气减蚀设施，利用水流的拖曳作用将空气卷吸进入水体，水流掺气可以减免空蚀破坏。水流掺气能够有效地阻滞空泡的发育和溃灭过程，但不能阻止空泡的形成，属于被动防御措施。因此，需要有一种主动的结构设计，阻止水流空泡的形成，抑制水流空化。
发明内容
针对掺气减蚀设施存在的问题和不足，本发明旨在提供抑制泄水建筑物水流空化的结构，通过主动的能量补偿来抑制水流空化的发生。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述抑制泄水建筑物水流空化的结构包括埋设于泄水建筑物内的连通管；所述连通管的进口端外接加压设备；所述连通管的出口端与泄水建筑物的过流壁面连通，连通管的出口端为莲蓬头式的多孔口或单一孔口。
其中，所述加压设备为空气压缩机或水泵。所述连通管为钢管或钢筋混凝土管，或其他管道。
在本发明的一种实施方式中，所述泄水建筑物上设有泄水闸门，所述加压设备与泄水闸门的启闭系统联动。
下面结合附图和原理对本发明作进一步说明：
在本发明的一种实施例中，加压设备4与泄水闸门8的启闭系统联动，当泄水闸门8开启时，水流流经过流壁面6，高速水流在过流壁面6上形成水流低压区7，加压设备4向水流低压区7压注空气或水；其中，压注的空气或水的速度不大于过流壁面水流的速度。
本发明为了抑制水流空泡的形成，向过流壁面的水流低压区压注携带能量的流体，对低压区水流进行能量补偿，增加水流的内部压力，改善分离涡水流流态，提高水流的空化数，使空化数高于水流的初生空化数，避免气核膨胀，抑制空泡的形成，从源头上防止水流空化的发生。加压设备可以与泄水闸门的启闭系统联动，也可以在过流壁面的低压区安装压力传感器，当压力传感器检测到水流低压区压力小于水的汽化压力时，通过压力传感器监测的压力指标触发加压设备。
附图说明
图1是本发明结构的剖视图；
图2是本发明结构中连通管的结构示意图；
图3是本发明结构中连通管出口端莲蓬头式孔口示意图。
其中： 1、连通管；2、出口端；3、进口端；4、加压设备；5、泄水建筑物；6、过流壁面；7、水流低压区；8、泄水闸门。
具体实施方式
参见图1至图3，所述一种抑制泄水建筑物水流空化的结构包括埋设于泄水建筑物5内的连通管1；所述连通管1的进口端3外接加压设备4；所述连通管1的出口端2与泄水建筑物5的过流壁面6连通，连通管1的出口端2为莲蓬头式的多孔口或单一孔口。
所述泄水建筑物5上设有泄水闸门8，所述加压设备4与泄水闸门8的启闭系统联动。
所述加压设备4为空气压缩机，空压机的排气量为6m3/min，工作压力0.8MPa。
所述连通管1为钢管，直径200mm。
所述水流低压区7的面积为10m2，开设5个孔口，孔口直径200mm，呈梅花形布置。 

Claims (5)

1.一种抑制泄水建筑物水流空化的结构，其特征在于，所述结构包括埋设于泄水建筑物（5）内的连通管（1）；所述连通管（1）的进口端（3）外接加压设备（4）；所述连通管（1）的出口端（2）与泄水建筑物（5）的过流壁面（6）连通，连通管（1）的出口端（2）为莲蓬头式的多孔口或单一孔口。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述连通管（1）为钢管或钢筋混凝土管。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述加压设备（4）为空气压缩机或水泵。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述泄水建筑物（5）上设有泄水闸门（8）。
5.如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述加压设备（4）与泄水闸门（8）的启闭系统联动。
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