专利名称：掺气减蚀模型减压试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于防止高流速泄水建筑物空蚀破坏的技术领域，涉及一种掺气减蚀模型减压试验装置。
背景技术：
随着坝工技术的提高和我国水利水电建设事业的快速发展，我国髙坝建设已从开始的近IOOm级发展至300m级阶段，泄洪流速相应从早期的20 30m/s发展至当今50m/ s以上，由此产生的高速水流问题日益突出，泄水建筑物发生严重空蚀破坏的可能性逐渐增大，严重威胁工程的安全运行，因而备受工程界及研究人员的关注。目前，对于高水头泄洪洞空蚀破坏的防护，仅采用保证壁面平整度及使用抗空蚀材料的方法己不能很好满足要求，实践证明，掺气减蚀是一种经济有效且技术可行的工程措施。目前工程中通常采用在泄水建筑物过流面上设置掺气槽/坎的方法进行掺气减蚀， 这些掺气设施按照所处的位置可以分为底部掺气和侧墙掺气两种，其作用是增加泄水建筑物底部和侧墙处的掺气浓度。由于高速水流问题的复杂性，掺气设施的减蚀效果目前还难以通过数学模型进行模拟，通常采用减压模型试验进行论证。传统减压试验理论认为，一般水流空化发生在严重的负压区，而常压试验，高负压容易产生虚拟负压的问题，所以模型试验中大气压强必须根据模型比尺进行降低。具体原则是，减压模型采用重力相似设计，在试验中保持模型与原型的空化数相等，即(1)式中，一水流空化数；巧一大气压力；一计算断面处时均压力；一汽化压力；一断面平均流速；一重力加速度。则可得到减压箱内模型应控制的气压为(2)一模型比尺。减压模型试验过程中，随时根据减压箱内工作水温与所相应的汽化压力的变化由 (2)式得到减压箱内的气压值。减压箱内的真空度为(3)式中，为试验室大气压。根据以上试验方法，如模型无空化现象，原型则无空蚀破坏。根据传统减压试验理论，减压箱内真空度与模型比尺密切相关。在大比尺(4 =40左右)模型试验中，为了达到水流空化数相同，试验必须在高真空度(相似真空度大于 95%)下进行。目前的掺气减蚀模型减压试验装置如图1所示，是将整个掺气减蚀模型置于减压箱7中，掺气减蚀模型包括底板1、掺气孔3、底部掺气设施5和通气管4，掺气设施5的通气管4也位于减压箱7内部的真空环境中，水流以及水流周围的空气被抽走，因此掺气设施的掺气量远远小于原型，不能真实反应掺气设施的减蚀效果。以大朝山水电站模型试验
为例，该模型比尺4 = 40，相似真空度96%左右，模型试验中通气设施从减压箱内部进气，
此时箱体内绝大部分空气被抽出，水流基本在无空气环境中运行，水中几乎无掺气，在模型中观测到有空化噪声，但2002年6月的水力学原型观测表明，原型运行并未出现空蚀破坏， 即减压试验结果与原型是不相似的。从以上的减压箱真空度计算公式中也可以看出，如要降低减压模型试验的真空度，增加减压环境中掺气设施的通气量，只有采用尽可能小的模型比尺，即增大模型尺寸。 例如，将相似真空度控制在90%，相应的模型比尺约为=12左右，200 300m高坝模型高度将达到20 30m，对于目前的大型乃至巨型水利工程模型试验而言，这一方法是不经济的，也是不现实的。而且即使相似真空度降低至90%，其掺气量也远远小于常压下的掺气量。综上所述，传统的掺气减蚀模型减压试验装置将整个模型置于真空环境中，掺气设施从减压箱中进气，无法满足模型与原型的通气量相似，试验结果难以反应原型的掺气减蚀效果。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在缺点，提出一种掺气减蚀模型减压试验装置，可以解决减压试验中掺气设施通气量不相似的问题。本实用新型解决以上技术问题的技术方案是掺气减蚀模型减压试验装置，包括减压箱、真空泵和设有掺气设施的掺气减蚀模型，真空泵通过真空泵抽气管道与减压箱连接，掺气减蚀模型位于减压箱内，掺气设施上接有通气管；将掺气设施的通气管通至所述减压箱外部。这样，掺气设施从常压环境中进气，但掺气减蚀模型仍处于减压箱的真空环境中， 减压箱的真空度为传统减压试验的理论值。本实用新型进一步限定的技术方案是前述的掺气减蚀模型减压试验装置，掺气设施为底部掺气设施，其体型为挑坎、跌坎、掺气槽、差动坎或其中二者、三者的组合型掺气设施。前述的掺气减蚀模型减压试验装置，掺气设施为侧墙掺气设施，其体型为挑坎、突扩或二者组合型掺气设施。前述的掺气减蚀模型减压试验装置，掺气设施为底部掺气与侧墙掺气组合型掺气设施。本实用新型的优点是本实用新型解决了减压试验模型和原型通气量不相似的问题，科学地反应原型工程的掺气减蚀效果，对于高流速泄水建筑物掺气减蚀措施的设计与优化具有重要的参考价值。
图1为传 统掺气减蚀模型减压试验装置示意图。图2为本实用新型的掺气减蚀模型减压试验装置示意图。图3为挑坎型底部掺气减蚀模型减压试验装置示意图。图4为挑坎型底部掺气和挑坎型侧墙掺气的组合减蚀模型减压试验方法示意图。
具体实施方式
实施例1本实施例是一种掺气减蚀模型减压试验装置，如图2所示，掺气减蚀模型减压试验的装置包括减压箱7、真空泵9和设有掺气设施的掺气减蚀模型，真空泵9通过真空泵抽气管道8与减压箱7连接，掺气减蚀模型位于减压箱7内，掺气设施上接有通气管4 ；将掺气设施的通气管4通至减压箱7外部，从常压环境中进气，但掺气减蚀模型仍处于减压箱的真空环境中，减压箱的真空度为传统减压试验的理论值。通气管4上设有通气量控制阀门 10和空气流量计11。掺气设施为底部掺气设施，其体型为挑坎、跌坎、掺气槽、差动坎或其中二者、三者的组合型掺气设施；掺气设施为侧墙掺气设施，其体型为挑坎、突扩或二者组合型掺气设施；掺气设施为底部掺气与侧墙掺气组合型掺气设施。本实施例的掺气设施为挑坎型底部掺气设施，如图3所示，箭头F表示水流方向， 箭头A代表气流方向，包括底板1、掺气孔3和底部掺气设施5，掺气减蚀模型位于减压箱1 内部真空环境中，但挑坎型底部掺气设施的通气管4连接至减压箱7外部，从常压环境中进气，进气量通过阀门10控制，相应的通气量数值从空气流量计11读出。实施例2本实施例的掺气设施为挑坎型底部掺气和挑坎型侧墙掺气的组合型式，如图4所示，，箭头F表示水流方向，箭头A代表气流方向，包括底板1、掺气孔3、底部掺气设施5和侧墙掺气设施6，掺气减蚀模型位于减压箱1内部真空环境中，但挑坎型底部掺气设施的通气管4连接至减压箱7外部，从常压环境中进气，进气量通过阀门10控制，相应的通气量数值从空气流量计11读出。本实用新型还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
权利要求1.掺气减蚀模型减压试验装置，包括减压箱、真空泵和设有掺气设施的掺气减蚀模型， 所述真空泵通过真空泵抽气管道与所述减压箱连接，所述掺气减蚀模型位于所述减压箱内，所述掺气设施上接有通气管；其特征在于将所述掺气设施的通气管通至所述减压箱外部。
2.如权利要求1所述的掺气减蚀模型减压试验装置，其特征在于所述的掺气设施为底部掺气设施，其体型为挑坎、跌坎、掺气槽、差动坎或其中二者、三者的组合型掺气设施。
3.如权利要求1所述的掺气减蚀模型减压试验装置，其特征在于所述的掺气设施为侧墙掺气设施，其体型为挑坎、突扩或二者组合型掺气设施。
4.如权利要求1所述的掺气减蚀模型减压试验装置，其特征在于所述掺气设施为底部掺气与侧墙掺气组合型掺气设施。
专利摘要本实用新型属于防止高流速泄水建筑物空蚀破坏的技术领域，涉及一种掺气减蚀模型减压试验装置，包括减压箱、真空泵和设有掺气设施的掺气减蚀模型，真空泵通过真空泵抽气管道与减压箱连接，掺气减蚀模型位于减压箱内，掺气设施上接有通气管；将掺气设施的通气管通至所述减压箱外部。掺气设施从常压环境中进气，但掺气减蚀模型仍处于减压箱的真空环境中，减压箱的真空度为传统减压试验的理论值。本实用新型解决了减压试验模型和原型通气量不相似的问题，科学地反应原型工程的掺气减蚀效果，对于高流速泄水建筑物掺气减蚀措施的设计与优化具有重要的参考价值。
文档编号G01M10/00GK202166513SQ20112027171
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者严秀俊, 胡亚安, 胡皓, 薛淑, 阮士平 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院