[发明专利]用于泄洪洞的消能孔板

说明书

技术领域

 本发明涉及水利工程有压泄洪洞，尤其是涉及用于泄洪洞的消能孔板。

背景技术

在以当地材料坝为坝型的大型水利枢纽工程中，根据泄洪规模的要求，常常需要布置多条泄洪隧洞。利用施工期临时泄洪的导流洞（在坝体建成后就废弃了）改建为永久泄洪洞，不仅可以节省投资、缩短工期，还可以解决因地形限制无法布置多条泄洪洞的难题。但是，导流洞的运行条件为低库水位时泄洪，而永久泄洪洞一般在高库水位时泄洪，因此，由导流洞改建成永久泄洪洞首先需要解决高水头下产生的高速含沙水流对水工结构冲蚀破坏的技术问题。在泄洪洞内设置内径小于其洞径的混凝土结构环形板（简称孔板环），利用水流通过孔板环的孔口时突然收缩和突然扩散，形成强烈紊动的剪切流进行洞内消能是解决上述问题的途径之一。孔板环上游面直接承受高速水流的撞击、下游面则处于水流易空化空蚀区域，而孔板环孔缘处又极易冲蚀磨损破坏。如何解决上述问题，是本领域科研人员研究课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种满足消能与防止空化两方面要求的用于泄洪洞的消能孔板。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的用于泄洪洞的消能孔板，包括混凝土环形结构的孔板环；所述孔板环由基环和设置在所述基环内环面中部的环形孔缘构成；所述环形孔缘的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；所述直角梯形的顶边与所述直角三角形的一直角边衔接，直角梯形的斜边与直角三角形的另一直角边衔接；直角三角形的顶角为过渡弧线结构；直角梯形顶边的宽度与环形孔缘的内径之比为0.19-0.2；在环形孔缘顶部和底部位于与基环内环面衔接处，沿轴向分别开设有排气孔和排水孔；沿环形孔缘的缘边扣合有由铬系白口铸铁制成的衬套环，所述衬套环的内、外环面与所述过渡弧线弧度相一致。

所述衬套环由多块衬套组合而成；在每块衬套的内表面均开有多条凹槽；每块衬套的两端分别通过螺栓与固定钢板连接；所述的固定钢板通过焊接在其背面的固定钢筋与环形孔缘的受力钢筋焊接固定；在衬套环内环面与环形孔缘的缘边上表面之间充填有环氧砂浆粘结层。

所述环形孔缘的内削角，即：所述直角三角形的底直角边与斜边之间的夹角a为28°-31°。

本发明优点在于将施工期临时泄洪的导流洞改建为永久泄洪洞，以实现节省投资、缩短工期目的。通过在导流洞中安装本发明所述结构的消能孔板，利用水流通过孔板环的孔口时突然收缩和突然扩散，形成强烈紊动的剪切流进行洞内消能；同时，解决了环形孔缘下游空化空蚀问题；沿环形孔缘的缘边扣合有由铬系白口铸铁制成的衬套环，并将衬套环设置成由多块衬套组合而成，不仅大大提高了孔缘处耐冲蚀磨、损破坏能力，同时，当衬套环局部损坏时，可通过螺栓将单块衬套卸下更换。

附图说明

图1 是本发明所述孔板环布置于泄洪洞中的结构示意图。

    图2 是图1的A-A向结构示意图。

    图3是图1的H部放大示意图。

图4是图3的I部放大示意图。

图5是本发明所述衬套环的断面示意图。

图6是图5的B-B向结构示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明所述用于泄洪洞的消能孔板，包括混凝土结构的孔板环；所述孔板环由基环1和设置在所述基环1内环面中部的环形孔缘2构成；如图3所示，所述环形孔缘2的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；所述直角梯形的顶边与所述直角三角形的一直角边衔接，直角梯形的斜边3与直角三角形的另一直角边4衔接。所述环形孔缘2的内削角，即：所述直角三角形的底直角边与斜边之间的夹角a选为30°，这是因为，虽然内缘削角能提高消能系数，但当内削角达到30°以上时，其消能作用不再有较大发展，考虑到结构强度安全，所以选择为30⁰。如图4所示，直角三角形的顶角为过渡弧线5结构，由于环形孔缘2的缘边是对冲蚀最敏感的部位，为了保护孔缘不被冲蚀，维护其原有的体型轮廓是很重要的，因为射流收缩断面的形状及空化、消能特性均取决于孔缘的外形轮廓；为此，沿环形孔缘2的缘边（即：所述过渡弧线5所构成的弧面）扣合有由铬系白口铸铁KmTBCr26（GB8263—87）浇铸成型的衬套环8，所述衬套环8的内、外环面与所述过渡弧线5的弧度相一致；为了便于衬套环8的安装和更换，将衬套环8设置成由多块衬套组合而成；在每块衬套的内环面均开有多条凹槽9；每块衬套的两端分别通过螺栓与固定钢板10连接；所述固定钢板10通过焊接在其背面的固定钢筋11与环形孔缘2的受力钢筋焊接固定；在衬套环8内环面与环形孔缘2的缘边上表面之间充填有环氧砂浆粘结层12。如图2、3所示，为兼顾消能与结构安全性两方面，所述直角梯形顶边的宽度L与环形孔缘2的内径D之比在0.19-0.2范围内选择。如图1所示，在环形孔缘2顶部和底部位于与基环1内环面衔接处，沿轴向分别开设有排气孔6和排水孔7，用于泄洪洞充水时洞内空气从上游排除，和泄洪洞检修时将洞底水排净。