CN214574251U - 一种能够排除沉积泥沙的u形渡槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够排除沉积泥沙的U形渡槽，所述U形渡槽包括过流段和位于其下游的排沙段，所述过流段的内壁上设置有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片，所述排沙段的底部沿水流方向倾斜向下设置，且排沙段的末端设置有带有排沙阀的排沙管。本实用新型能够达到U形渡槽内泥沙沉积率在5%以下的目标，实现U形渡槽长期、连续、稳定输水；同时，在过流段的下游设置具有缓坡的排沙段，创造条件使得水体中携带的泥沙沉积留下并通过排沙管进行集中外排和综合利用，如改良农田土壤、建筑材料添加料、淤积沟壑造田等，使水体自带泥沙能够变废为宝。

Description

一种能够排除沉积泥沙的U形渡槽

技术领域

本实用新型涉及水利工程中长距离输水技术领域，尤其是涉及一种能够排除沉积泥沙的U形渡槽。

背景技术

位于我国西北部的多泥沙输水工程（如扬黄工程）在投入运行后均存在泥沙沉积问题，当泥沙沉积严重时会导致输水流道水位偏高，严重威胁流道行水安全，影响输水工程的安全长周期稳定运行。对于人工修筑的敞口渡槽，其泥沙沉积的原因一方面是由于沿线风沙在渡槽内的沉降，另一方面是输送水体自带泥沙的沉降。当泥沙严重沉积时会致使渡槽内水位偏高，会加重渡槽基础设施的荷载，严重威胁渡槽行水安全，给工程安全运行和管理带来严重隐患。目前多采取定期停水清淤的泥沙治理方法，基本上是每年一次清淤，投入劳动力和物资费用较高；另外一种是减少渡槽供水流量，以缩小工程供水规模为代价换取保障运行工程安全，直至输水渡槽中泥沙沉积致使不能容忍的地步，再进行停水集中清淤。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种通过调节水流状态的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，具体可采用如下技术方案：

本实用新型所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，所述U形渡槽包括过流段和位于其下游的排沙段，所述过流段的内壁上设置有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片，所述排沙段的底部沿水流方向倾斜向下设置，且排沙段的末端设置有带有排沙阀的排沙管。

所述犁铧型导流叶片成组设置并沿水流方向顺次排列，同组的犁铧型导流叶片间隔排列在过流段的横截面上，每个犁铧型导流叶片的根部贴附设置在过流段U型渡槽内壁的设备埋件上，其迎水面则为与过流段轴线斜交的弧形凹面结构。

所述犁铧型导流叶片每组为三个，包括位于过流段底部的第一犁铧型导流叶片和位于过流段侧上方的第二犁铧型导流叶片、第三犁铧型导流叶片，所述第一犁铧型导流叶片、第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片与过流段的轴线倾角一致，均呈20-25°夹角设置。

所述第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片对称设置，其与第一犁铧型导流叶片所在的竖直半径均呈45°夹角。

所述犁铧型导流叶片结构相同，均由圆台侧壁裁片制得，所述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距=1:4。

所述犁铧型导流叶片为厚度5-8mm的不锈钢片，其短圆弧两端点和长圆弧底部端点的所在面与过流段内圆周圆弧法线平行。

所述犁铧型导流叶片的短圆弧和长圆弧顶部端点处为钝化圆角结构。

所述犁铧型导流叶片通过设备埋件与过流段相连，所述设备埋件由基板和焊接在其上的把筋组成，所述基板为矩形不锈钢板，所述把筋为尾部带有内弯钩的门型螺纹钢，把筋通过贴角焊方式与基板相连。

所述排沙管固定在渡槽支架柱上并向地面延伸。

研究表明，敞口渡槽中多泥沙水流容易产生泥沙沉积的原因是由于水体中泥沙含量高，且泥沙的比重大于水的比重，水体流动过程中泥沙除向前运动还会下沉，长距离、长时间就会在水体底部渐渐沉积；其次是敞口渡槽内水流各点的流速不同，靠近渡槽边缘处的流速较小，而渡槽中心处的流速最大，按照泥沙的运动规律分析得出：泥沙需达到临界流速方可起动，而流速小于一定值时则会落淤沉积，即泥沙的运动依赖的是相对大流速的区间，而泥沙的沉积依赖的是相对小流速的区间。

U形渡槽中的水体按照流速大小可分为层流、过渡流和湍流三种状态，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速继续增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流。通常情况下，U形渡槽底部的泥沙需达到临界流速即湍流条件下方可起动运动，当流速小于临界流速即湍流条件下泥沙又会沉积下落。

因此，本实用新型采用“该走就走，不该走就留”的泥沙治理方针，通过在U形渡槽的过流段内壁上设置犁铧型导流叶片，利用U形渡槽中的水体动能，在U形渡槽内的适当部位聚集能量，改变水体流动的速度和方向，使得U形渡槽内流动的水体处于湍流状态，阻止水体中悬浮的泥沙沉积，进而还使得泥沙远离U形渡槽的底部，基本达到U形渡槽内泥沙沉积率在5%以下的目标，实现U形渡槽长期、连续、稳定输水；同时，在过流段的下游设置具有缓坡的排沙段，创造条件使得水体中携带的泥沙沉积留下并通过排沙管进行集中外排和综合利用，如改良农田土壤、建筑材料添加料、淤积沟壑造田等，使水体自带泥沙能够变废为宝。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中的K1-K1剖面图。

图3是图1中的K2-K2剖面图。

图4是图1中U形渡槽的展开结构示意图。

图5是图1中犁铧型导流叶片的下料制作示意图。

图6是图1中犁铧型导流叶片的成品图。

图7是本实用新型中设备埋件的结构示意图。

图8是图7的I-I剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1-7所示，本实用新型所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，包括过流段1和排沙段2，过流段1的内壁上通过设备埋件3安装有可以改变水体流态的犁铧型导流叶片4，用于防止泥沙沉积；排沙段2位于过流段1的下游，其内不设犁铧型导流叶片4，而是将其底部按照水流方向设置成倾斜向下的坡面状，并在末端安装有带有排沙阀201的排沙管202，上述排沙管202通常被固定在渡槽支架柱203上并向地面延伸。当水流经过排沙段2坡面时，会逐渐降低流速使泥沙发生沉积，最终通过排沙管202进行定期排放。

具体地，上述犁铧型导流叶片4通过设备埋件3与U形渡槽的过流段1焊接相连。如图7、8所示，设备埋件3由矩形不锈钢板基板301和多个把筋302组成。基板301的长度为300mm的整数倍，宽度为300～500mm；把筋302采用普通螺纹钢弯折成门型结构，并在尾部制作两个内弯钩，用于加强其与U形渡槽混凝土衬砌层内独立基础的连接。把筋302采用贴角焊方式与基板301连接，相邻把筋302的纵向间距为300mm，两端的把筋302与基板301端头的距离为150mm。设备埋件3制作好后像一条蜈蚣虫。

犁铧型导流叶片4为犁铧型结构，其由圆台侧壁裁片弯曲制成。上述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距=1:4。具体地，如图5、6所示，采用厚度5-8mm的304不锈钢片卷制成小头半径为r、大头半径为3r、高度为15r的圆台，取圆台任意轴截面与圆台侧壁的相交线DC，在圆台小头圆周上取点A，使得线段AC=h，在圆台大头圆周上取点B，使得线段BD=4h，然后截取A、B、D、C四点形成的曲面作为犁铧型导流叶片4，并打磨A点和C点使得外形钝化圆润。在对犁铧型导流叶片4进行焊接安装之前，还需要将圆台侧壁裁片的AB边和CD边进行弧化弯曲处理，以便使犁铧型导流叶片4的根部与过流段1内壁的设备埋件3紧密贴附。犁铧型导流叶片4与设备埋件焊接时，应与设备埋件3的基板301逐一对应，并保持A、B、C三点形成的平面与过流段1的内圆周圆弧法线相互平行。上述每个犁铧型导流叶片4的弧形凹面均迎着水流设置。

上述犁铧型导流叶片4分组设置并沿水流方向顺次排列，且犁铧型导流叶片4通过贴角焊方式与设备埋件3的基板301逐一连接，因此在浇筑过流段1时，即按犁铧型导流叶片4的预设位置安装各个设备埋件3。在本实施例中，同组的犁铧型导流叶片4间隔排列在过流段1的横截面上，每个犁铧型导流叶片4的根部贴附设置在过流段1内壁的设备埋件上，其迎水面则为与过流段1轴线斜交的弧形凹面结构。具体地，如图2、4所示，每组犁铧型导流叶片4各包括一个位于过流段1底部的第一犁铧型导流叶片401和对称位于过流段1侧上方的第二犁铧型导流叶片402、第三犁铧型导流叶片403，上述第一犁铧型导流叶片401位于竖直半径上，第二犁铧型导流叶片402、第三犁铧型导流叶片403与过流段1的圆心连线均与该竖直半径呈45°夹角，且每组第一犁铧型导流叶片401、第二犁铧型导流叶片402和第三犁铧型导流叶片403与过流段1的轴线倾角一致，均呈20-25°（图2中为20°）夹角设置。

上述犁铧型导流叶片4能够使U形渡槽底部流过来的水体改变流动方向，即由平行于渡槽中心线方向的来水顺时针偏转大约20-25°方向流动；同时单个犁铧型导流叶片2还能实现水体局部翻滚，即沿管道底部前行的水流遇阻沿犁铧型导流叶片2向上翻转形成水体自旋转180°，且翻转水体有效厚度为20cm，通过上述人为制造的局部水体湍流，可使泥沙始终在处于紊流状态水体中运行，阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积。本实施例中犁铧型导流叶片4每三件组成一组，每组犁铧型导流叶片4间隔布置在U形渡槽的横截面上，起到的作用不仅是阻止水体中的泥沙在渡槽底部沉积，还要将渡槽底部将要沉积的泥沙由渡槽的底部旋转到渡槽的顶部，利用靠近渡槽底部和渡槽侧壁处的流速较小、渡槽中心流速最大的自然条件，成功解决输水渡槽中泥沙沉积的问题。

上述相邻组犁铧型导流叶片4沿水流方向的纵向间距应根据U形渡槽的建设条件（如输水渡槽的具体形状、过流横截面积和水体流速等），通过对水体中含有泥沙的颗粒直径、泥沙比重、泥沙所处水体流速的仿真计算或模拟试验进行确定，从而控制泥沙沉降行程、时间。U形渡槽在正常通水运行时，经过前一组犁铧型导流叶片4的扰动后，运行一定时间、一定距离，水体中的泥沙在渡槽底部还未沉积下来时，继续前行又恰好经过下一组犁铧型导流叶片4，持续阻止了水体中的泥沙在渡槽底部沉积。对于一条完整的U形渡槽，相邻两组犁铧型导流叶片之间的纵向间距数值是相等的。

上述沉沙段2底部的坡面构成沉沙仓，其上部则可以正常通水过流。当水流经过沉沙段2时，水流速因过流面积增大而变慢，由正常的0.7-1.0m/s过渡到0.3-0.5m/s，特别是渡槽底部的水流速更慢，十分有利于泥沙沉积。沉积的泥沙较为松散，可随着水流沿坡面逐渐移动至排沙管202进口附近。当泥沙沉积至允许上限时，开启排沙阀201将泥沙排出U形渡槽，并通过泥浆车周转，将收集到的泥沙用于改良农田土壤、建筑材料添加料、淤积沟壑造田等，进行合理利用。

本实用新型具有如下有益效果：

1.利用输水U形渡槽排除水体中泥沙，能够减少整体渡槽中泥沙的淤积，保证渡槽的有效过流面积，使得输水U形渡槽运行多年后，输水功能过流量不降低。

2.利用输水U形渡槽槽排除水体中泥沙，改变了传统的U形渡槽清淤方法，节省人力物力，提高了清理泥沙效率，降低了运行管理费用。

3.对于以常年连续供水方式运行的输水U形渡槽，可以减少泥沙沉积，提高供水效率，对我国社会的经济发展和政治稳定具有重要意义。

4.利用输水U形渡槽排除水体中泥沙，进行泥沙的再利用使其变废为宝，合理利用社会资源。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述U形渡槽包括过流段和位于其下游的排沙段，所述过流段的内壁上设置有用于改变水体流态的犁铧型导流叶片，所述排沙段的底部沿水流方向倾斜向下设置，且排沙段的末端设置有带有排沙阀的排沙管。

2.根据权利要求1所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片成组设置并沿水流方向顺次排列，同组的犁铧型导流叶片间隔排列在过流段的横截面上，每个犁铧型导流叶片的根部贴附设置在过流段的内壁上，其迎水面则为与过流段轴线斜交的弧形凹面结构。

3.根据权利要求2所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片每组为三个，包括位于过流段底部的第一犁铧型导流叶片和位于过流段侧上方的第二犁铧型导流叶片、第三犁铧型导流叶片，所述第一犁铧型导流叶片、第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片与过流段的轴线倾角一致，均呈20-25°夹角设置。

4.根据权利要求3所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述第二犁铧型导流叶片和第三犁铧型导流叶片对称设置，其与第一犁铧型导流叶片所在的竖直半径均呈45°夹角。

5.根据权利要求1-4之一所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片结构相同，均由圆台侧壁裁片制得，所述圆台的上底面半径:下底面半径:高=1:3:15，且犁铧型导流叶片的短圆弧两端点间距:长圆弧两端点间距=1:4。

6.根据权利要求5所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片为厚度5-8mm的不锈钢片，其短圆弧两端点和长圆弧底部端点的所在面与过流段内圆周圆弧法线平行。

7.根据权利要求5所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片的短圆弧和长圆弧顶部端点处为钝化圆角结构。

8.根据权利要求1所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述犁铧型导流叶片通过设备埋件与过流段相连，所述设备埋件由基板和焊接在其上的把筋组成，所述基板为矩形不锈钢板，所述把筋为尾部带有内弯钩的门型螺纹钢，把筋通过贴角焊方式与基板相连。

9.根据权利要求1所述的能够排除沉积泥沙的U形渡槽，其特征在于：所述排沙管固定在渡槽支架柱上并向地面延伸。

Images