CN105735207A - 自动平衡式分水枢纽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动平衡式分水枢纽，包括无压隧洞、扩散段和分水前池段，所述无压隧洞的一端从水库取水后，输送至扩散段，扩散段一端连接无压隧洞的隧洞出口，一端连接分水前池段；所述分水前池段包括分水堰，用于分水。本发明的自动平衡式分水枢纽，能够自动分配不同目标单位所需的水量，并确保水流平稳进入管道，同时能够消除涡流和过滤水源。

Description

自动平衡式分水枢纽

技术领域

本发明涉及一种自动平衡式分水枢纽，属于水利设施。

背景技术

目前国内分水建筑主要型式为在河道中利用节制闸的弧形闸门进行流量控制和在配水站中进行采用流量计和调流阀等设备对水流进行控制，操作过程复杂，耗时费力，设备投资大，维修和更换周期短，影响供水保证率。针对无压隧洞连接有压管道，主要采用修建压力前池，当向多个目标单位供水时，往往由于一个目标单位流量改变，同时也影响另外几个目标的供水，各分水建筑物间的相互影响运行复杂，稳定系统正常供水的调整时间长。目前引调水工程向3个或者3个以上目标供水的情况越来越多，因此采用简单、可靠和经济的分水型式，成为了研究的主要方向。向多个目标供水涉及到的水位自动平衡控制、水质自动过滤和压力前池消涡等研究也越来受到关注。

发明内容

本发明的目的是：提供一种自动平衡式分水枢纽，能够实现向三个目标供水的目的。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种自动平衡式分水枢纽，包括无压隧洞、扩散段和分水前池段，其中：

所述无压隧洞的一端从水库取水后，输送至扩散段，扩散段一端连接无压隧洞的隧洞出口，一端连接分水前池段；

所述分水前池段包括分水堰，用于分水。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

分水前池段还包括侧堰、分水口、进水前池和分水前池；

分水堰为U型分水堰，包括圆弧底边和与之两侧端部分别相连的左侧直边和右侧直边，所述圆弧底边的外凸方向朝向扩散段。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

U型堰左侧直边与左岸之间的区域构成分水口；

U型堰圆弧底边与左侧直边和右侧直边之间的区域构成进水前池；

U型堰右侧直边与侧堰平行段之间的区域构成分水前池。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

侧堰包括两部分，一部分为倾斜段，其一端与隧洞出口右侧连接，且沿水流方向右侧倾斜设置，构成扩散段的右侧斜边，另一部分为平行段，与U型堰右侧直边平行间隔设置，且与侧堰倾斜段连接，另一端与侧堰平行段连接；

侧堰平行段与U型堰右侧直边之间的区域形成分水前池，侧堰与右岸之间的区域形成自动平衡式分水枢纽的泄水槽。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：该自动平衡式分水枢纽还包括泄水暗涵，所述泄水槽与泄水暗涵相连。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

左岸包括两部分，一部分为倾斜段，从隧洞出口向水流方向左侧倾斜设置，构成扩散段的左侧斜边，左岸的另一部分是水平段，与倾斜段相连，左岸水平段与U型堰左侧直边平行间隔设置，左岸水平段与U型堰左侧直边之间的区域形成分水口，左岸的倾斜段与侧堰的倾斜段之间的区域构成扩散段；

右岸包括两部分，一部分为倾斜段，从隧洞出口开始与侧堰倾斜段间隔预定距离后沿水流方向右侧倾斜设置，右岸另一部分为水平段，与倾斜段连接，该水平段与U型堰右侧直边平行设置，二者之间的区域形成分水前池。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

进水前池的下游平行设置第一排消涡墩和第二排消涡墩，分别设置三个和四个；

第一排消涡墩位于第二排消涡墩的上游；

三个第一排消涡墩均为直立状柱体，间距相等，且该消涡墩迎着水流的面为圆柱面，背对水流的面为平面，第一排消涡墩左右两侧的两个消涡墩与U型堰的左右直边分别间隔预定距离设置；

四个第二排消涡墩均为直立状柱体，间距相等，且中间两个第二排消涡墩迎着水流的面为平面，背对水流的面圆柱面，左右两侧的两个第二排消涡墩分别紧贴U型堰的左右侧直边设置。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

三个第一排消涡墩的设置位置分别对着四个第二排消涡墩之间的三个出水口。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

每一个第一排消涡墩与其两侧的第二排消涡墩之间都连接设置有滤网。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

所述滤网为旋转滤网。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

该分水枢纽还包括水位自动平衡装置，该装置包括在分水前池段中设置的水位传感器、在分水前池段下游设置的消能电站，该消能电站中设置有水轮机、控制器；其中

水位传感器用于检测分水前池段的水位，并将该水位信号实时传至消能电站的控制器，控制器用于根据接收到的分水前池段的水位信号控制水轮机导叶的开度。

所述的自动平衡式分水枢纽，优选的：

控制器判断分水前池段的水位高于第一预定阈值，则根据该水位高度控制水轮机导叶加大开度；当控制器判断分水前池段的水位低于第二预定阈值，则根据该水位高度，控制水轮机导叶减小开度；当控制器判断分水前池段水位在第一预定阈值和第二预定阈值之间，则控制器维持水轮机导叶开度不变。

与现有技术相比，本发明的自动平衡式分水枢纽，能够自动平衡水位，优化了分水前池中分水堰的形式，能够自动分配不同目标单位所需的水量，并确保使水流能够平稳进入管道，在压力前池中加上消涡墩，解决了进水前池涡流问题；通过加设滤网，实现了过滤杂质、净化水质的目的；在不同的运行工况条件下，自动平衡式分水枢纽内水面线平稳，波高值均方差小，整体流速较小，水流流态良好；扩散段无明显的紊乱流态产生；U型分水堰使得水流几乎对称地流进分水前池，改善了入池水流流态。

附图说明

图1是本发明自动平衡式分水枢纽的整体结构示意图；

图2是本发明水位自动平衡装置示意图。

具体实施方式

如图1所示自动平衡式分水枢纽，包括无压隧洞1、扩散段2、分水前池段3，所述分水前池段包括U型分水堰31。附图中的箭头示意性地示出了水流的方向。

无压隧洞1的一端从水库取水后，经过的无压隧洞1隧洞主体输送至自动平衡式分水枢纽扩散段2，其中扩散段2一端接无压隧洞的隧洞出口，一端接分水前池段3。扩散段2由隧洞出口逐渐增宽地变至分水前池段3。

分水前池段3包括分水堰31、侧堰4、分水口8、进水前池32、分水前池9。分水堰31的位置位于扩散段2的最外出水侧，由于需要向分水口8、进水前池32和分水前池9分别分水，因此分水堰31设计为U型分水堰，该U型分水堰为大致U型，包括在扩散段2出口最外侧设置的圆弧底边和与该圆弧底边两侧分别相连的沿水流方向水平向外延伸的左侧直边和右侧直边，该圆弧底边的外凸方向朝向扩散段2。

U型分水堰31圆弧底边朝向扩散段2布置，左侧直边与左岸6之间的间隔区域构成分水口8，分水口8流出侧设置第一管道35，由分水口8流出的水流流入该第一管道35，向第一目标区域(如第一支流)输水；扩散段2流出的部分水流沿U型堰右侧直边流向分水前池9，分水前池9流出侧设置第五管道39，由分水前池9流出的水流流入该第五管道39，向第三目标区域(如第三支流)输水；U型分水堰圆弧底边与左侧直边和右侧直边之间的区域构成进水前池32，进水前池32流出的水流流入多个管道，向第二目标区域(如第二支流)输水。由此，从扩散段流出的水流被U型堰分为三部分：分水口8、进水前池32、分水前池9。

侧堰4用于溢流，包括两部分，一部分为倾斜段，构成扩散段2的右侧斜边，其一端与隧洞1出口右侧连接，即从隧洞出口沿水流方向向右侧倾斜设置，另一部分为平行段，与U型堰右侧直边平行且间隔一定距离设置，倾斜段一端与无压隧洞1出口右侧连接，另一端与平行段连接，侧堰4平行段与U型堰右侧直边之间的区域形成分水前池9，侧堰4整体(包括倾斜段和平行段)与右岸7之间的区域设置泄水槽5，泄水槽5与泄水暗涵相连。

左岸6包括两部分，一部分为倾斜段，一端与隧洞1出口左侧连接，即从隧洞出口沿水流方向向左侧倾斜设置，构成扩散段2的左侧斜边，一段为水平段，与倾斜段另一端连接，且与U型堰31左侧直边平行且间隔一定距离设置，左岸6水平段与U型堰31左侧直边之间的区域形成分水口8。左岸6的倾斜段与侧堰4的倾斜段之间的区域构成扩散段2。

右岸7包括两部分，一部分为倾斜段，从隧洞出口开始与侧堰4倾斜段间隔预定距离后沿水流方向向右侧倾斜设置，其基本与侧堰4倾斜段平行，右岸7另一部分为水平段，与右岸水平段连接，且与侧堰4平行段平行间隔预定距离设置。

进水前池32下游平行设置第一排消涡墩33和第二排消涡墩34，分别设置三个和四个。第一排消涡墩33之间均间隔预定距离，且位于第二排消涡墩34的上游，第二排消涡墩34之间均间隔预定距离。三个第一排消涡墩33均为直立状柱体，间距相等，且消涡墩33迎着水流的面为圆柱面，背对水流的面为平面，也即截面形状为半圆形，且位于水流左右两侧的两个消涡墩33与U型堰31的左右直边分别间隔预定距离设置。四个第二排消涡墩34也为直立状柱体，间距相等，且中间的两个第二排消涡墩34迎着水流的面为平面，背对水流的面为圆柱面，也即截面形状为半圆形，且位于水流左右两侧的两个第二排消涡墩34分别紧贴U型堰31的左右侧直边设置，也即分别固定在U型堰左右侧直边上而设置，因此流经第一排消涡墩33和第二排消涡墩34的水流形成四进三出的形式，也即第一排消涡墩33、U型堰两直边之间构成四个进水口，而第二排消涡墩34之间构成三个出水口，三个出水口出水侧分别设置第二管道36、第三管道37、第四管道38，用于向第二目标区域(如第二支流)供水。三个第一排消涡墩33的设置位置分别对着四个第二排消涡墩34之间的三个出水口，且每一个第一排消涡墩33与其两侧的第二排消涡墩34之间都连接设置有滤网10，优选的是旋转滤网，用于过滤水流中的杂质，如树枝、死鱼等，以净化水质。通过如上两排消涡墩的设置，能够消除分水前池段3尤其是进水前池32的水流漩涡。

第一管道-第五管道(35-39)在水流进口侧均设置闸门40，用于全部封闭、部分封闭、全部打开各个管道，以控制进入各个管道的水量。

分水堰31堰体、侧堰4堰体、消涡墩33、34墩体均为混凝土浇灌成型；左岸6、右岸7设置混凝土护坡。

如图2所示，本发明自动平衡式自动平衡式分水枢纽还包括水位自动平衡装置，该装置包括在第三支流下游设置的消能电站(图1中未示出)，该消能电站中设置有水轮机、控制器；分水前池段3中设置有水位传感器，检测分水前池段3的水位，并将水位信号实时传至消能电站的控制器，控制器控制水轮机导叶的开度，以平衡自动平衡式分水枢纽的分水前池的水位。例如，当第二管道36、第三管道37、第四管道38通过闸门40关闭后，分水前池段3水位上升，多余的水量通过侧堰4通过泄水槽流向下游，该侧堰4的设置，也起到了自动平衡分水前池段3水位的作用。水位传感器将分水前池段3的水位信号传送给控制器，控制器判断分水前池段3水位高低，如果高于第一预定阈值(水位高阈值)，则根据水位高度控制水轮机导叶加大开度，以增加流经第三支流的水流，降低分水前池的水位，当控制器接收到的分水前池段3的水位低于第二预定阈值(水位低阈值)，则根据水位高度，控制水轮机导叶减小开度，以增高分水前池的水位，直到水位分水前池段3的水位在第一预定阈值和第二预定阈值之间，则控制器维持水轮机导叶开度不变，以保持分水前池段3中的水位。

本发明的自动平衡式分水枢纽，水流能够平稳进入管道，进水前池能够消除涡流，且净化效果好；其在不同的运行工况条件下，本发明的自动平衡式分水枢纽，内水面线平稳，波高值均方差小，整体流速较小，水流流态良好；扩散段无明显的紊乱流态产生；U型分水堰使得水流几乎对称流进分水前池，改善了入池水流流态；能够实时检测进水前池的水位，并实时调节分水前池段的水位，实现了水位的自动平衡。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种自动平衡式分水枢纽，包括无压隧洞、扩散段和分水前池段，其特征在于：

所述无压隧洞的一端从水库取水后，输送至扩散段，扩散段一端连接无压隧洞的隧洞出口，一端连接分水前池段；

所述分水前池段包括分水堰，用于分水。

2.根据权利要求1所述的自动平衡式分水枢纽，其特征在于：

分水前池段还包括侧堰、分水口、进水前池和分水前池；

分水堰为U型分水堰，包括圆弧底边和与之两侧端部分别相连的左侧直边和右侧直边，所述圆弧底边的外凸方向朝向扩散段。

3.根据权利要求2所述的自动平衡式分水枢纽，其特征在于：

U型堰左侧直边与左岸之间的区域构成分水口；

U型堰圆弧底边与左侧直边和右侧直边之间的区域构成进水前池；

U型堰右侧直边与侧堰平行段之间的区域构成分水前池。

4.根据权利要求3所述的自动平衡式分水枢纽，其特征在于：

侧堰包括两部分，一部分为倾斜段，其一端与隧洞出口右侧连接，且沿水流方向右侧倾斜设置，构成扩散段的右侧斜边，另一部分为平行段，与U型堰右侧直边平行间隔设置，且与侧堰倾斜段连接，另一端与侧堰平行段连接；

侧堰平行段与U型堰右侧直边之间的区域形成分水前池，侧堰与右岸之间的区域形成自动平衡式分水枢纽的泄水槽。

5.根据权利要求4所述的自动平衡式分水枢纽，其特征在于：该自动平衡式分水枢纽还包括泄水暗涵，所述泄水槽与泄水暗涵相连。