CN105672216A - 一种过流鼻坎的防护装置 - Google Patents

Abstract

一种过流鼻坎的防护装置，涉及水利水电工程技术领域，过流鼻坎处弧线底部两侧各设置有一进水口，进水口底部开口连接有反向弧度排水管，反向弧度排水管连接有斜下排水管，斜下排水管与水平线成30-45°角，过流鼻坎内埋设有侧引导气管、阻水腔、气管，边墙上设置充吸气装置，所述充吸气装置包括真空泵和气泵，在反向弧度排水管一侧设置有一侧引导气管，侧引导气管连接有一阻水腔，阻水腔连接有气管，气管连接有充吸气装置，在侧引导气管与阻水腔之间设置有防水透气膜，本装置能够解决针对于过流鼻坎残存积水不美观及溢洪道过流时鼻坎尾部的水流漩涡及产生负压及大量的水中气泡对坎齿的汽蚀造成破坏等现象。

Description

一种过流鼻坎的防护装置

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体地说是一种过流鼻坎防护装置。

背景技术

现有溢洪道的过流鼻坎有两种过流消能形式：挑流和面流。当溢洪道在高水头、大流量泄洪时，高速水流在过流鼻坎处的水流流态紊乱、漩涡湍急，极易产生气蚀(负压)现象，从而在过流鼻坎处发生不同程度的破坏，给工程运行带来了极大的安全隐患。造成这种破坏的实例已在国内有数例发生，解决这一不利现象的有效防范措施目前还有待探讨和研究。

另溢洪道的过流鼻坎，过流后或下雨后其反弧段经常会发生积水的现象，工程中虽然设置了排水管进行排水，但实际运行时极易发生堵塞，处理又比较困难，基本起不到排水的作用，形同虚设。残留水或雨水在鼻坎中滞留无法排除，时间久了水中的微生物会不断繁殖，最常见的是青苔，直观上很不美观，给溢洪道的整体外观带来了不利的影响，这与当前提倡的生态文明、环境保护理念相违背。

发明内容

本发明提供一种过流鼻坎的防护装置，目的是解决高速水流冲刷引起的气蚀(负压)对过流鼻坎造成的破坏现象以及鼻坎过流后的积水现象，弥补了过流鼻坎气蚀(负压)破坏的防范措施同时又克服了现有排水技术的缺陷。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种过流鼻坎的防护装置，过流鼻坎处弧线底部两侧各设置有一进水口，所述进水口底部开口连接有反向弧度排水管，反向弧度排水管连接有斜下排水管，所述斜下排水管与水平线成30-45°角，出水口出口高程需高于下游正常水位；所述过流鼻坎内埋设有侧引导气管、阻水腔、气管，边墙上设置充吸气装置，所述充吸气装置包括真空泵和气泵，在所述反向弧度排水管一侧设置有一侧引导气管，所述侧引导气管连接有一阻水腔，阻水腔连接有气管，气管连接有充吸气装置，在所述侧引导气管与阻水腔之间设置有防水透气膜，所述进水口设计为锥形槽，在所述锥形槽处安装有锥形陶瓷滤芯，所述锥形槽顶部与过流鼻坎弧线形成平滑连接，所述锥形槽与锥形陶瓷滤芯之间设置有缓冲垫，所述缓冲垫为橡胶垫。这种设计，第一可以平衡过流时过流鼻坎处产生的负压，避免造成气蚀现象，通过充吸气装置的气泵充气即可完成；第二可以解决过流后过流鼻坎中积水问题，直接通过排水管即可排出剩余残留水，还可借助于充吸气装置的真空泵实现快速排水的效果；第三反向弧度设计排水管的设计能够保持过流鼻坎上部正常的水流流态，并避免了对水舌的挑射射程的不利影响；第四阻水腔的设计避免了流水吸附至充吸气装置中造成设备的损坏；第五侧引导气管与阻水腔之间设置有防水透气膜，这种设计更好的实现了充吸气功能，而不必担心流水造成设备的损坏，设计简单巧妙；第六在锥形槽内放置有陶瓷滤芯，通过陶瓷滤芯的放置，不仅能够解决过流鼻坎积水问题，还能避免泥沙等杂物落入凹槽内，造成凹槽内杂物的淤积。采用平滑连接，能够保持原设计的水流流态不受影响；第七缓冲垫的设计能够在一定程度上防止锥形陶瓷滤芯与过流鼻坎刚性接触的脆性破坏，并起到加固锥形陶瓷滤芯的作用。

进一步地，所述侧引导气管内设置有一导向槽，在所述导向槽上连接有锥形滑块，所述锥形滑块在导向槽内滑动，锥形滑块下部设置有滑动活塞，所述导向槽内设置有由滑动活塞与导向槽之间形成的充放气空腔，所述充放气空腔与导气连管相连通，导气连管连接有阻水腔，在反向弧度排水管内设置有一锥形塞，在锥形塞与反向弧度排水管之间设置有第一弹簧。这种设计适合解决在实际泄洪过程中过流鼻坎尾端负压较大时，及易发生气蚀破坏的状况下，充气更集中、更快速。

进一步地，所述过流鼻坎中设置有一主气管，主气管与反向弧度排水管相连接，主气管另一端与过流鼻坎尾端连通，在主气管与反向弧度排水管结合处设置有一斜气管，在所述主气管与管内陶瓷滤芯之间设置有一防水透气膜。这种设计作为辅助装置，可更方便的加大充气量。

进一步地，还包括第一辅助充气机构，所述第一辅助充气机构包括纵向连通管及设置在边墙内部的通气道，所述纵向连通管连接有若干主气管，纵向连通管与边墙顶部的上通气孔相连通。这种设计能够辅助调节过流鼻坎处的压强与空气中的压强相一致，能更有效地发挥平衡压力的作用，并可消减过流鼻坎尾端较大的负压值。

边墙上设置的上通气孔，通过纵向连通管与主气管连通，起到了平衡压力的作用，进一步保证了消除气蚀(负压)的有效性和可靠性。

进一步地，还包括第二辅助充气机构，所述第二辅助充气机构包括辅助上折管、辅助竖直管、第二弹簧、柱形塞和辅助水平管，辅助上折管连接有锥形槽，另一端连接有辅助竖直管；辅助竖直管连接有辅助水平管，在所述辅助水平管中设置有一第二弹簧，第二弹簧连接有柱形塞，所述柱形塞在辅助水平管内滑动，辅助水平管与阻水腔相连通。

进一步地，所述辅助水平管与阻水腔之间设置有一防水透气膜。这种设计增大了在过流鼻坎处消除气蚀(负压)的范围，避免了过流鼻坎上部的气蚀(负压)现象。

本发明的有益效果是：

本发明能够解决溢洪道泄洪时过流鼻坎尾端产生负压和其上部水流漩涡中大量气泡对过流鼻坎的气蚀等破坏现象及过流鼻坎残存积水衍生青苔影响美观的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的部分优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为第一实施例的三维结构示意图；

图2为第一实施例的俯视图；

图3为第一实施例的剖视图；

图4为第二实施例的剖视图；

图5为第三实施例的剖视图；

图6为图5中A处的局部放大图；

图7为充吸气装置在充气时候的结构示意图；

图8为充吸气装置在吸气时候的结构示意图；

图9为第四实施例的剖视图；

图10为第五实施例的剖视图；

图11为第六实施例的剖视图；

图12为图11中B处的局部放大图。

图中：1过流鼻坎，101进水口，102出水口，103充气口，104反向弧度排水管，105斜下排水管，106侧引导气管，107阻水腔，108气管，109充吸气装置，1091真空泵，1092气泵，110锥形槽，111锥形陶瓷滤芯，112导向槽，113锥形滑块，114锥形塞，115第一弹簧，116滑动活塞，117充放气空腔，118导气连管，119斜气管，120主气管，121管内陶瓷滤芯，122纵向连通管，123辅助上折管，124辅助竖直管，125第二弹簧，126柱形塞，127辅助水平管，2隔墙，201上通气孔，3边墙。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似变形，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

第一实施例如图1至图3所示。

过流鼻坎1的两端部设置有隔墙2和边墙3，在过流鼻坎1处弧线底部两侧各设置有一进水口101，所述进水口101下部(即过流鼻坎1内部埋置)开口连接有反向弧度排水管104，反向弧度排水管104连接有斜下排水管105，所述斜下排水管105与水平线夹角30-45度角度布设，斜下排水管105出水口102出口高程应高于下游正常水位。

在过流鼻坎1内部埋设有侧引导气管106、阻水腔107、气管108。在过流鼻坎1的边墙3上设置充吸气装置109，所述充吸气装置109包括真空泵1091和气泵1092。

在所述反向弧度排水管104一侧设置有一侧引导气管106，所述侧引导气管106连接有一阻水腔107，阻水腔107连接有气管108，气管108连接有充吸气装置109，充吸气装置109放置在边墙3或其他不过流的地方，便于设备维修。其中充吸气装置109中的真空泵1091起到吸水及吸气的作用，而气泵1092起到充气的作用。

一种更优的设计，在所述侧引导气管106与阻水腔107之间设置有防水透气膜。

这种设计，第一可以解决过流时过流鼻坎1处的负压造成的气蚀现象，通过充吸气装置109的气泵1092充气即可完成；第二可以解决过流后过流鼻坎1中残留水问题，直接通过排水管即可排出剩余残留水，还可借助与充吸气装置109的真空泵1091实现快速排水的效果；第三反向弧度设计排水管104的设计能够减少对过流鼻坎1的水流影响，保持正常流态并避免了对水舌的有效挑射射程的不利影响；第四阻水腔107的设计避免流水吸附至充吸气装置109中造成设备的损坏；第五侧引导气管106与阻水腔107之间设置有防水透气膜，这种设计更好的实现了充吸气功能，而不必担心流水造成设备的损坏，设计简单巧妙。

溢洪道泄洪流经过流鼻坎1时可能产生的不利情况:

1.挑流工况：下泄水流流经过流鼻坎1形成了挑流水舌，在高速水流的作用下，造成过流鼻坎1尾端通气不畅，易产生负压现象。

2.面流工况：在下游水位较高时，下泄水流流经过流鼻坎1形成了面流，在过流鼻坎1上部形成了水流漩涡从而产生了大量的气泡。

由于水流速度极快，在过流鼻坎1反弧段上部产生气泡及其尾端出现负压时，通过气泵1092的充气，大量空气通过反向弧度排水管104和斜下排水管105排出气体至高速水流中，来消减过流鼻坎1的负压强度，从而缓解气蚀现象。

当泄洪完毕后，过流鼻坎1反弧段底部存有积水，借助于进水口101、反向弧度排水管104及斜下排水管105，将积水导流至出水口102使水排除；此时还可以启动真空泵1091，使得进水口101处于负压状态，能够加快排除积水。

在第一实施例中，经过泄洪后，过流鼻坎1的底部存在一定量的残余物，例如泥土、树叶，存在阻塞排水管的隐患。因此第二实施例如图4所示。

与第一实施例的不同之处在于在进水口101设计为锥形槽110，在所述锥形槽110处安装有锥形陶瓷滤芯111。所述锥形槽110顶部与过流鼻坎1弧线形成平滑连接，保持水舌正常流态及有效挑射射程。

一种更优的设计，在所述锥形槽110与锥形陶瓷滤芯111之间，设有防止锥形陶瓷滤芯111与过流鼻坎1刚性接触可能产生脆性破坏的缓冲垫，所述缓冲垫还可以起到加固锥形陶瓷滤芯111的作用，所述缓冲垫为橡胶垫。

锥形陶瓷滤芯111的设计能避免泥沙等杂物对排水管造成的淤积，还能过滤掉大部分杂物，使得水流能顺畅的流入排水管，避免了排水管内部的阻塞。

在实际泄洪过程中，例如在挑流工况下，下泄水流流经过流鼻坎1形成了挑流水舌，在高速水流的作用下，造成过流鼻坎1尾端通气不畅，易产生负压现象，因此在第二实施例的基础上加以改进，第三实施例如图5至图8所示。

与第二实施例的不同之处在于在侧引导气管106内设置有一导向槽112，在所述导向槽112上连接有锥形滑块113，所述锥形滑块113在导向槽112内滑动，并定位于导向槽112的一处。在反向弧度排水管104内设置有一锥形塞114，在锥形塞114与反向弧度排水管104之间设置有第一弹簧115。当锥形滑块113在导向槽112内滑动时，锥形滑块113挤压锥形塞114，使得锥形塞114在反向弧度排水管104内竖直方向上下移动。

如图7和图8所示，充吸气装置109与气管108相连，气管108与阻水腔107连接在一起，阻水腔107连接有侧引导气管106，在所述阻水腔107与侧引导气管106之间设置有防水透气膜，在所述侧引导气管106内设置有导向槽112，导向槽112上安装有锥形滑块113，所述导向槽112内设置有充放气空腔117。所述充放气空腔117与导气连管118相连通，导气连管118连接有阻水腔107，这样通过充吸气装置109能够调节充放气空腔117的相对压强大小，进而改变锥形滑块113上的滑动活塞116与导向槽112之间形成的充放气空腔117体积大小。因此可以改变锥形滑块113在导向槽112上的位置。

当过流鼻坎通过高速水流时，为了消减负压避免气蚀现象，充吸气装置109中的气泵1092工作，开始充气，此时锥形滑块113右移挤压锥形塞114，使得锥形塞114位置发生上移，阻塞反向弧度排水管104。从而使大部分气体从斜下排水管105排出至过流鼻坎1尾端，缓解负压强度，避免发生气蚀破坏；当泄洪结束后，需要排出过流鼻坎1内的积水时，充吸气装置109中的真空泵1091工作，开始吸气，锥形滑块113左移，使得锥形塞114自然下移，脱离反向弧度排水管104阻塞位置，使得反向弧度排水管104畅通，从而使积水从出水口102顺利排出。

当过流鼻坎1尾端负压值进一步增大时，将对消除气蚀现象带来一定的不利影响，因此第四实施例在第三实施例的基础上加以改进，将会加大充其量，消除更大的负压，如图9所示。

与第三实施例的不同之处在于在过流鼻坎1内部埋设有一主气管120，主气管120的一端与反向弧度排水管104尾端或斜下排水管105顶端相连接，一种更加优选的方案，在主气管120与反向弧度排水管104结合处设置有一斜气管119。主气管120的另一端部设置在过流鼻坎1的尾端，该端部可优选设置有防止外物进入主气管的管内陶瓷滤芯121。一种更加优选的方案，在所述主气管120与管内陶瓷滤芯121之间设置有一防水透气膜。

为了有效解决压力平衡问题，在第四实施例的基础上加以改进见第五实施例，如图10所示，与第四实施例的不同之处在于添加有第一辅助充气机构。

所述第一辅助充气机构包括纵向连通管122及设置在隔墙2内部的通气道和上通气孔201。

所述纵向连通管122连接有若干主气管120，纵向连通管122与隔墙2顶部的上通气孔201相连通。所述上通气孔201可以起到平衡压强的作用，即气体可以根据内外压力值自动调节在上通气孔201自由的进或出，上通气孔201顶部应设有防护装置，防止异物进入。

在面流工况下，下泄水流流经过流鼻坎1形成了面流，在过流鼻坎1上部形成了水流漩涡从而产生了大量的气泡，此时考虑第六实施例。

第六实施例如图11和图12所示。与第五实施例的不同之处在于添加有第二辅助充气机构。

所述第二辅助充气机构包括辅助上折管123、辅助竖直管124、第二弹簧125、柱形塞126和辅助水平管127。

辅助上折管123连接有锥形槽110，另一端连接有辅助竖直管124；辅助竖直管124连接有辅助水平管127，在所述辅助水平管127中设置有一第二弹簧125，第二弹簧125连接有柱形塞126，所述柱形塞126在辅助水平管127内滑动，辅助水平管127与阻水腔107相连通，

一种更优的方案，在辅助水平管127与阻水腔107之间设置有一防水透气膜。

当进行泄洪解决负压现象时，充吸气装置109的气泵1092充气时，管内压强达到一定程度，使得处于辅助水平管127中的第二弹簧125受力压缩，从而柱形塞126的位置右移，使得辅助竖直管124与阻水腔127相连通，从而使气体从辅助竖直管124、辅助上折管123至锥形槽110中，进而消除过流鼻坎1上部的气泡现象。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (6)

1.一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，过流鼻坎处弧线底部两侧各设置有一进水口，所述进水口底部开口连接有反向弧度排水管，反向弧度排水管连接有斜下排水管，所述斜下排水管与水平线成30-45°角，出水口出口高程需高于下游正常水位；所述过流鼻坎内埋设有侧引导气管、阻水腔、气管，边墙上设置充吸气装置，所述充吸气装置包括真空泵和气泵，在所述反向弧度排水管一侧设置有一侧引导气管，所述侧引导气管连接有一阻水腔，阻水腔连接有气管，气管连接有充吸气装置，在所述侧引导气管与阻水腔之间设置有防水透气膜，所述进水口设计为锥形槽，在所述锥形槽处安装有锥形陶瓷滤芯，所述锥形槽顶部与过流鼻坎弧线形成平滑连接，所述锥形槽与锥形陶瓷滤芯之间设置有缓冲垫，所述缓冲垫为橡胶垫。

2.根据权利要求1所述的一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，所述侧引导气管内设置有一导向槽，在所述导向槽上连接有锥形滑块，所述锥形滑块在导向槽内滑动，锥形滑块下部设置有滑动活塞，所述导向槽内设置有由滑动活塞与导向槽之间形成的充放气空腔，所述充放气空腔与导气连管相连通，导气连管连接有阻水腔，在反向弧度排水管内设置有一锥形塞，在锥形塞与反向弧度排水管之间设置有第一弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，所述过流鼻坎中设置有一主气管，主气管与反向弧度排水管相连接，主气管另一端与过流鼻坎尾端连通，在主气管与反向弧度排水管结合处设置有一斜气管，在所述主气管与管内陶瓷滤芯之间设置有一防水透气膜。

4.根据权利要求3所述的一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，还包括第一辅助充气机构，所述第一辅助充气机构包括纵向连通管及设置在边墙内部的通气道，所述纵向连通管连接有若干主气管，纵向连通管与边墙顶部的上通气孔相连通。

5.根据权利要求4所述的一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，还包括第二辅助充气机构，所述第二辅助充气机构包括辅助上折管、辅助竖直管、第二弹簧、柱形塞和辅助水平管，辅助上折管连接有锥形槽，另一端连接有辅助竖直管；辅助竖直管连接有辅助水平管，在所述辅助水平管中设置有一第二弹簧，第二弹簧连接有柱形塞，所述柱形塞在辅助水平管内滑动，辅助水平管与阻水腔相连通。

6.根据权利要求5所述的一种过流鼻坎的防护装置，其特征是，所述辅助水平管与阻水腔之间设置有一防水透气膜。