CN110984089B - 一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，属于水利水电工程领域，包括平台、支撑结构和底空腔；平台前端连接弧形闸门底端出水口的止水平台，支撑结构位于平台底部；底空腔设置在平台底部，底空腔前端左右两侧连通有通气孔。本发明提供的短平台，使得通过弧形闸门向下斜射的水流落在平台上，避免水流长期因斜射大角度冲击底板，造成底板冲刷破坏；并且由于弧形闸门局开时斜射水流只经过很短的距离，就跌落在平台上，其对平台造成的冲击力远远小于直接冲击在底板上。水流从平台上水平射出，大大增加了底空腔长度，提高了底掺气效果；避免了因底空腔较短，水流掺气不充分而造成的空蚀破坏。

Description

一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台

技术领域

本发明涉及一种弧形闸门出口短平台，尤其涉及一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流向下斜射的短平台，属于水利水电工程领域。

背景技术

水利水电工程中，在设计有压泄水建筑物弧形闸门出水口时，常使用如图1的结构用以密封止水。然而，在闸门工作过程之中，不可避免的出现闸门局开的情况。当闸门局部开启时，此种结构会使得水流受到弧形闸门的影响，以一个向下的角度斜射而出，如图2、7和8。它使得底空腔的长度变短；严重情况，可能会有水流堵塞通气孔，这会影响掺气坎的掺气效果，甚至影响通气孔的通气量，使水流掺气达不到要求，导致空蚀破坏。并且，由于水流以较大的角度直接冲击底板，对底板造成较大的冲击压力，长时间冲击会使得底板发生冲刷破坏。因此，基于弧形闸门局开的水流流动特性对建筑物不安全，这是本行业一直没能较好解决的一个技术难题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，用以解决在弧形闸门局开时水流向下斜射的问题，避免水流直接冲击底板造成破坏，同时增加了底空腔长度，加强了通气量和掺气效果。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，包括平台和支撑结构；所述平台前端连接弧形闸门底端出水口的止水平台，所述支撑结构位于所述平台底部。平台用于改变向下斜射的水流方向，将斜射水流从平台上水平射出，支撑结构用于支撑平台。

进一步的是，还包括底空腔，所述底空腔设置在所述平台底部，底空腔前端左右两侧连通有通气孔用于通气。

进一步的是，所述平台的表面采用钢板衬砌，所述钢板与止水平台的钢板连接为一个整体，防止了平台被水流长期冲刷。

进一步的是，所述弧形闸门上游的边墙内端设有突扩结构，其作用是当闸门的挡水水头很大时，可以采用偏心绞弧形闸门，增加闸门的止水能力，并且可以使水流出闸门后，侧面形成掺气空腔，对水流进行侧掺气。

进一步的是，所述平台的长度为3-5m。平台的作用是闸门局开时，将向下斜射出的水流的方向调整为水平，因此不能太短，太短调整不充分，经过研究，3m即可达到调整水平的效果；但是此平台又不能太长，如果太长，会影响侧空腔的形成，使侧掺气的效果减弱，因此最长不超过5m。

进一步的是，所述平台的厚度为1-2m。由于弧形闸门局开时斜射水流只经过很短的距离，就跌落在平台上，其对平台造成的冲击力远远小于直接冲击在底板上，因此，1-2m厚的平台完全满足要求。

进一步的是，所述平台的材料为混凝土。

进一步的是，所述支撑结构为多根均匀分布的支撑柱，多根支撑柱间形成所述底空腔；支撑柱一方面的作用是支撑平台，另一方面的作用是使支撑柱间形成底空腔的一部分。

进一步的是，所述支撑柱间的间距为1m-1.5m。

进一步的是，所述支撑结构采用钢结构或混凝土结构。

本发明的有益效果：

本发明提供的短平台，平台前端连接弧形闸门底端出水口的止水平台，使得通过弧形闸门向下斜射的水流落在平台上，避免水流长期因斜射大角度冲击底板，造成底板冲刷破坏；并且由于弧形闸门局开时斜射水流只经过很短的距离，就跌落在平台上，其对平台造成的冲击力远远小于直接冲击在底板上。

本发明提供的短平台，相对于现有技术中的斜射水流，本发明的水流从平台上水平射出，大大增加了底空腔长度，提高了底掺气效果；避免了因底空腔较短，水流掺气不充分而造成的空蚀破坏；同时，底空腔长度增加，还可以减轻底空腔回水。

本发明提供的短平台，将底空腔边墙通气孔进气、空气流向与水流成90度角，改为空气从边墙通气孔进入平台底部，在平台底部经过充分调整后，从挑射水流的下方，与水流的方向一致，进入到挑射水流脱离平台后形成的底空腔内，使底空腔内的空气流动更加平顺，可以增强通风强度，通气孔进气量增加，掺气效果随之加强；同时由于减轻底空腔回水，防止了回水堵住通气孔。

附图说明

图1为有压泄水建筑物弧形闸门止水结构布置图；

图2为有压泄水建筑物弧形闸门局开时水流流态示意图；

图3为本发明结构示意图侧视图；

图4为本发明结构示意图俯视图；

图5为从下游往上游看的剖视图；

图6为本发明弧形闸门局开时水流流态示意图；

图7为无短平台，闸门局开时水流向下斜射时的照片；

图8为无短平台，闸门全开时水流水平射出时的照片；

图9为增加本发明短平台，闸门局开时水流水平挑出时的照片；

图10为实施例中一组实验的短平台照片图；

图11为实施例中另一组实验的短平台照片图；

图12为对比例中一组实验的短平台照片图；

图13为对比例中另一组实验的短平台照片图；

图中：1、平台；2、支撑结构；3、弧形闸门；4、止水平台；5、底空腔；6、通气孔；7、边墙；8、突扩结构；9、底板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，如图3-5所示，包括平台1、支撑结构2和底空腔5；平台1前端连接弧形闸门3底端出水口的止水平台4，支撑结构2位于平台1底部，底空腔5设置在平台1底部，底空腔5前端左右两侧连通有通气孔6。

平台1的长度为4m，厚度为1m，材料为混凝土；平台1的表面采用钢板衬砌，钢板与止水平台4的钢板连接为一个整体。支撑结构2有两方面的作用，其一是支撑平台1，其二是形成底空腔5的一部分，本实施例采用多根均匀分布的支撑柱为支撑结构2，支撑柱间的间距为1m，支撑柱采用钢结构。另外，弧形闸门3上游的边墙7内端设有突扩结构8，突扩结构8具体为边墙7内端左右两侧的一层板状结构。

如图6和9所示，当弧形闸门3局开时，向下斜射而出的水流，经过很短的距离就跌落在平台1上，水流经过平台1改变出流方向，水平射出，最终跌落在底板9上。避免了水流直接冲击底板9造成的冲刷破坏，其对平台1造成的冲击力远远小于直接冲击在底板9上。

空气从边墙通气孔6进入平台1底部，在平台1底部经过充分调整后，从挑射水流的下方，与水流的方向一致，进入到挑射水流脱离平台后形成的底空腔5内，使底空腔5内的空气流动更加平顺，增强了通风强度。同时增加了底空腔5的长度，加强了通气量和掺气效果；避免了因底空腔5较短，水流掺气不充分而造成的空蚀破坏；还减轻了底空腔5回水，防止了回水堵住通气孔6。

采用本实施例的短平台，实施以下两组实验并采集数据如下：

表1短平台各项数据

由上表可知，当闸门局开3m时，两种工况下，水流经过跌坎之后冲击短平台，水流水平出流，形成较长的底空腔。水流中清水区的区域较小，水流掺气区域较大，如图10和11所示。闸门全开时，水流从跌坎流出，水平出流，并不形成向下的偏斜角度，水流未冲击短平台，而是从短平台上方流过。

对比例

对比例为未设置短平台的模型实验组次，检测其各项参数如下：

表2平台各项数据

由上表可知，弧形闸门突扩突跌体型，闸门局部开启3m，两种工况下，水流经过跌坎之后斜射冲击底板，由于侧空腔形成的水翅，汇聚底空腔内，大大减小底空腔有效长度。另一方面，水翅沿边墙下流，遮挡部分通气孔影响通气。水翅沿边墙流至底板后也会溅起水花，在靠近通气孔附近，这些水花也对通气孔通风效果造成一定影响。水流中，存在较大的清水区域，如图12和13所示。

分析实施例与对比例的各项数据，增加短平台后，可以发现闸门局开3m，库水位2092m时，底空腔长度增长57.3％；库水位2117.04m时，底空腔长度增长42.7％。闸门全开，库水位2092m时，底空腔长度增长34.3％；库水位2122m时，底空腔长度增长31.0％。新增加的短平台使得底空腔长度大大增加，并且它使得水翅不会遮挡通气孔；形成水翅的水流不会汇聚在底空腔内，增加底空腔有效长度。从清水区区域大小来看，新增加的短平台大大增加侧空腔和底空腔的通气效果，使得水流中掺气区域变大，清水区减小。由此可知，新增加的短平台可以改善弧形闸门突扩突跌体型局开时的水流流态，增加底空腔有效长度，加强通气孔通气效果，加大水流掺气量。闸门全开时，水流与短平台并未接触，短平台不会承受较强冲击压力，底空腔长度也近似相同；短平台对于闸门全开时的水流流态并未产生较大影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，其特征在于，包括设置在底板(9)上的平台(1)和支撑结构(2)；所述平台(1)前端连接弧形闸门(3)底端出水口的止水平台(4)，所述支撑结构(2)位于所述平台(1)底部；所述支撑结构(2)为多根均匀分布的支撑柱，多根支撑柱间形成底空腔(5)；所述底空腔(5)前端左右两侧均连通有通气孔(6)。

2.如权利要求1所述的短平台，其特征在于，所述平台(1)的表面采用钢板衬砌，所述钢板与止水平台(4)的钢板连接为一个整体。

3.如权利要求1所述的短平台，其特征在于，所述弧形闸门(3)上游的边墙(7)内端设有突扩结构(8)。

4.如权利要求1-3任意一项所述的短平台，其特征在于，所述平台(1)的长度为3-5m。

5.如权利要求1-3任意一项所述的短平台，其特征在于，所述平台(1)的厚度为1-2m。

6.如权利要求1-3任意一项所述的短平台，其特征在于，所述平台(1)的材料为混凝土。

7.如权利要求1所述的短平台，其特征在于，所述支撑柱间的间距为1m-1.5m。

8.如权利要求1所述的短平台，其特征在于，所述支撑结构(2)采用钢结构或混凝土结构。

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