一种水工模型试验稳定水流的过渡装置的制作方法

本实用新型设及水工建筑物消能技术领域，具体为一种水工模型试验稳定水流的过渡装置。

背景技术：

在实际水工建筑物的设计中，为对设计的水工建筑物的过流能力进行预先判断，为设计方案提供可靠而有力的依据支撑，会将设计的实际尺寸的水工建筑物设计参数按水力学规律进行一定比例尺缩小，做成符合水力学规律的水工模型进行过流能力试验，进而对模型过流时的水力学参数进行测量和计算，还原到实际原比例尺的水工建筑物中，得到原型建筑的过流能力参数。水力学中常测的数据为：进水渠水面线高程与来流量的变化关系，以判断按照该参数设计实际建筑时，进水渠、挡水建筑物、下游泄水渠边墙的设计高程、坡度等是否满足过流要求。

在模型试验中，为保证上游不断向下游输水的情形，需要利用水泵向模拟库区不断供水。受制于试验场地面积和工作量以及渡槽的长度的限制，以致水流在渡槽内部流动时消能效果有限，这样导致从水泵抽出的水直接通过渡槽供应到模拟库区时的水流流速会较大，进一步的引起模拟库区与进水渠的衔接段的水位波动，会严重影响进水渠水面线的分布，进而测得的进水渠水位误差较大，难以达到模拟实际工况应有的效果。因此保证水泵抽出的水流流到模拟库区能够趋近于静水位，进而有益于模拟库区与进水渠的衔接段水位的平稳、消除衔接段水流波动导致的误差，不至于影响进水渠水面线分布至关重要。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用了一种可以保证模拟库区与进水渠的衔接段水流稳定的过渡装置，可以有效的使得水工模型试验的水力条件更加符合实际情况，减小试验误差、增强试验的真实性与可靠性。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种水工模型试验稳定水流的过渡装置，包括沿着水流方向，依次设置的进水管、渡槽和模拟库区，在所述的进水管内沿着水流方向依次设置有薄壁堰和消能护坦；在所述的渡槽的出口与模拟库区之间设置有一个折扇形闸门，所述的模拟库区通过衔接段与进水渠相连。

进一步的，所述进水管的进水口通过水泵装置向进水口输水，水流依次经过薄壁堰、消能护坦、折扇形闸门、模拟库区、衔接段，引流至进水渠。

进一步的，所述进水管的管道的出水方向与渡槽底面垂直，且出水方向为竖直向上的方向，从进水管流出水流竖直向上涌出，可有效利用自重力作用，将动能转化为势能，降低流速。

进一步的，在所述消能护坦的末端修建有消能坎来壅高水位，使坎前形成消能池，消耗水流部分动能以减小流速。

进一步的，所述渡槽的断面为格栅结构，用来消减断面水流流速消减势能。

进一步的，水流从进水管进入水流流到折扇形闸门的过程中，水流在渡槽结构内部两次转折改变流向，每次改变流向后的断面面积大于前一个断面，在水流流量一定的情况下，流速会减小。

进一步的，所述的折扇形闸门采用类似的迷宫堰结构，可以增加实际过流的宽度进而增大有效过流面积。

进一步的，所述折扇形闸门上端设有手动水平杆，所述的水平杆连接竖直设置的螺旋杆，所述螺旋杆与焊接在折扇形闸门上的挂耳串通连接，所述的挂耳内设有与螺杆配合的螺纹，通过旋转手动水平杆而启闭折扇形闸门。

进一步的，所述螺旋杆通过固定在渡槽壁上的支架提供支撑和约束力。

进一步的，在所述的螺旋杆末端设有限位块，以防止在螺旋杆转动过程中与挂耳的脱落；

本实用新型的有益效果在于：

水工模型试验在受制于试验场地大小的限制情况下，通过采用水泵出流方向竖直向上、消能护坦、折扇形闸门，可有效减小水泵供应到模拟库区水流流速。水流在模拟库区向四周扩散，与模拟库区较大面积、水深水体汇合时，模拟库区水位可趋近于静水位，进而有效保证衔接段水流稳定，消除衔接段水位波动对于进水渠模拟的水面线分布所产生的误差，使模型试验的模拟工况更贴合实际情况，减小模型试验的误差、增大试验结果的可靠性和真实性。

附图说明

图1：一种水工模型试验稳定水流的过渡装置平面布置图；

图2：折扇形闸门局部构造示意图；

图3：A-A剖面示意图；

图4：B-B剖面示意图；

图5：折扇形闸门与平板闸门断面过流流向对比示意图。

其中：1进水渠，2衔接段，3模拟库区，4折扇形闸门，5渡槽，6消能护坦，7薄壁堰，8进水管。

具体实施方式

为对本实用新型的效果作进一步的说阐述，下面结合附图作进一步说明。

如图1所示，一种水工模型试验稳定水流的过渡装置，包括沿着水流方向，依次设置的进水管8、渡槽5和模拟库区3，在所述的进水管内沿着水流方向依次设置有薄壁堰7和消能护坦6；在所述的渡槽5的出口与模拟库区之间设置有一个折扇形闸门4，所述的模拟库区通过衔接段2与进水渠1相连。

水工模型试验在受制于试验场地大小的限制情况下，通过采用水泵出流方向竖直向上、消能护坦、折扇形闸门，可有效减小水泵供应到模拟库区水流流速。水流在模拟库区向四周扩散，与模拟库区较大面积、水深水体汇合时，模拟库区水位可趋近于静水位，进而有效保证衔接段水流的稳定，消除衔接段水位波动对于进水渠模拟的水面线分布所产生的误差，使模型试验的模拟工况更贴合实际情况，减小模型试验的误差、增大试验结果的可靠性和真实性。

通过水泵装置向进水口输水，水流首先流过薄壁堰7，进入消能护坦消减一部分动能、流速减小，通过两次撞击到渡槽5壁改变流向的同时流速也减缓，其渡槽5中设有格栅消能式泄洪装置消减势能，改向后流经折扇形闸门4，流过折扇形闸门4后流速显著减小，与模拟库区较大面积、水深的水流汇合，而向四周扩散流速减小，此时模拟库区3水体可视为静水位。在水泵不断地向模拟库区3供水情况下，衔接段2水流流态稳定，消除衔接段水位不稳定对于进水渠模拟的水面线分布所产生的误差。

进水管8的管道的出水方向与渡槽5底面垂直而竖直向上，从进水管8流出水流竖直向上涌出，可有效利用自重力作用，将动能转化为势能，降低流速。

薄壁堰7，具有稳定的水头与流量关系，常作为一种有效的量水工具，利用水力学堰流计算公式可以得到流量与渡槽5内堰顶水头关系，进而通过测量渡槽5内水位数据为模拟时流量控制提供判别标准。

消能护坦6，其特征在于护坦末端修建有消能坎来壅高水位,使坎前形成消能池，消耗水流部分动能以减小流速。

渡槽5的C-C断面采用格栅结构，具体格栅的形式可以参考专利号CN201610386212.7中所述的格栅结构，用来消减C-C断面水流流速消减势能；水流从C-C断面改变流向至B-B断面时，断面面积进一步扩大，在一定流量下，流速会减小。

折扇形闸门4，其特征在于折线的扇形的过流，类似水力学中的迷宫堰结构原理(迷宫堰是岸边无闸溢洪道进口采用的堰型之一。其堰顶轴线在平面上形成首尾相接的三角形、梯形或矩形，状似迷宫，故称为迷宫堰，也有人称为锯齿堰。迷宫堰最主要的特点是在不增加泄水建筑物所占河谷宽度的情况下，泄流能力数倍于直线堰，有利于工程布置)，闸门前沿过流长度成倍增加，进而增大过流的有效宽度进而增大有效过流面积。由水力学计算公式Q＝A.V可知，当通过闸门的流量Q一定时，过流面积A越大，过流水流流速V越小，这样可以有效减小模拟库区水位的波动、有助于衔接段水位的平稳，进而保证试验中模拟的进水渠水面线分布的真实性和可靠性。

折扇形闸门4采用手动的方式实现竖直方向上的高程调整，控制超过闸顶的水流深度在3-8cm范围内以形成自由溢流，防止过高的水头形成淹没溢流而不能正常发挥折扇形闸门调节过流流速的功能，可以增强折扇形闸门有益的调节效果；

具体的结构如下：

折扇形闸门4上端设有手动水平杆，水平杆连接竖直设置的螺旋杆，所述螺旋杆与焊接在折扇形闸门上的挂耳串通连接，挂耳内设有与螺杆配合的螺纹，通过旋转手动水平杆而启闭折扇形闸门。螺旋杆通过固定在渡槽壁上的支架提供支撑和约束力。在所述的螺旋杆末端设有限位块，以防止在螺旋杆转动过程中与挂耳的脱落。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。