[發(fā)明專利]一種整流防渦裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910033187.8
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109555088A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 張東;王志剛;張蕊;張宏偉;章晉雄;張文遠;李長河;高建標
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: E02B8/00
• 分類號: E02B8/00;E02B8/06
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種整流防渦裝置，整流防渦裝置布置于倒虹吸進水口上游首部，在進口前池的首部設置排氣升坎、整流幕墻和導流消渦孔。排氣升坎消除進入前池水流的氣泡；整流幕墻阻隔跌流消力池消能引起的水面波動向前池傳播；導流消渦孔的出口水流以淹沒形式進入前池，并呈緩流流態(tài)，使入池水流平穩(wěn)順暢進入倒虹吸進水口，避免前池內發(fā)生水流流態(tài)轉換和在進水口前產(chǎn)生漩渦現(xiàn)象。本發(fā)明的優(yōu)點在于：避免了前池內水流消能引起水氣混合流問題，以適應前池水位因運行條件改變所引起的大幅度變化；消除了形成漩渦的不利流動，在前池水位大幅度變化的情況下保持進水口前不會形成有害漩渦；以維系倒虹吸管道的平穩(wěn)運行，增強倒虹吸管道運行的安全性能。

技術領域

本發(fā)明涉及倒虹吸管道輸水工程技術領域，特別涉及一種整流防渦裝置。

背景技術

倒虹吸管道是輸水工程跨越河道及其他阻礙物時常采用的一種過流交叉建筑物，正常運行情況下倒虹吸管道處于滿流狀態(tài)，屬于有壓管流。倒虹吸管道進口與出口之間的水位差大小取決于倒虹吸管道進出口之間的水頭損失(包括沿程損失h_f和局部損失h_i)。倒虹吸管道進、出口之間的水頭損失與引水流量、管道長度、斷面形狀尺寸、軸線布置及管道表面糙率等諸多因素有關，如果倒虹吸管道的斷面形狀和尺寸保持不變，則倒虹吸管道的沿程水頭損失可以由式(1)計算：

其局部水頭損失由式(2)計算：

式(1)和式(2)中：h_f—倒虹吸管道的沿程損失，n—管道表面糙率系數(shù)，L—管道長度，R—管道的水力半徑，A—管道過水斷面的橫斷面面積，Q—管道的輸水流量，h_i—管道的局部損失，—管道的局部水頭損失系數(shù)。

在管道軸線布置和斷面形狀尺寸已經(jīng)確定的情況下，其水頭損失的大小仍然隨著引水流量和管道表面糙率的不同而變化。當輸水工程在運行期間的流量變化范圍較大，或者倒虹吸管道較長，管道表面糙率系數(shù)難于準確估計或運行過程中其表面糙率發(fā)生變化的情況下，例如預應力鋼筒混凝土管道的表面糙率系數(shù)n可能在0.011～0.0135之間，這樣倒虹吸管道進出口之間的水頭損失也會相差較大，從而使得倒虹吸工程在正常運行期間其進口與出口之間的水位差發(fā)生大幅度變化。然而，倒虹吸管道進口上、下游的輸水渠道的高程往往根據(jù)地形條件及輸水工程的某一個特殊運行條件確定，一般情況下設計時按照輸送最大引水流量Q_max來確定倒虹吸進口上游和出口下游的輸水渠道的高程及斷面大小。倒虹吸進口上游引水渠的水位及出口下游輸水渠內的水位之差相對固定，不可能隨倒虹吸管道的水頭損失大小而改變，這就會造成倒虹吸進口前池7的水位大幅度變化。前池7水位大幅度變化往往引起以下兩個方面的問題：(1)進水口淹沒深度不足，形成吸氣旋渦而卷吸空氣進入倒虹吸管道；(2)前池水位降低，導致引水渠水流以急流流態(tài)進入前池，并在前池內產(chǎn)生水躍，形成水氣兩相流，挾帶大量氣泡進入倒虹吸管道。進入倒虹吸管道的空氣易聚集形成氣囊，氣囊隨壓力波動的變化振蕩不僅可能引起管道水流不穩(wěn)定，波動壓力增大，而且可能引發(fā)氣爆現(xiàn)象，誘發(fā)安全事故。

為了解決運行期間由于引水流量和管道表面糙率的改變引起的倒虹吸管道水頭損失變化，從而導致前池水位大幅度降低引起倒虹吸管道進氣及運行不穩(wěn)定的問題，如圖1所示，現(xiàn)有的技術方案是在倒虹吸管道出口段設置一道控制閘門。倒虹吸管道過流能力按照倒虹吸出口閘門全開，管道表面糙率可能最大值n_max情況下通過引水最大流量Q_max進行設計。對于引水流量和管道表面糙率減小的其他非設計運行工況，可以采取控制閘門局部開啟的運行方式，使前池水位在能夠維持倒虹吸管道的安全運行水位區(qū)間，以保證倒虹吸工程的正常運行。

但是這種方法存在以下缺陷：

1)需要根據(jù)倒虹吸管的表面糙率及引水流量的大小控制出口閘門的開度，調節(jié)前池水位，運行期間操作管理過程比較繁雜；