CN101177937A - 泄洪洞全断面掺气方法及其具有全断面掺气结构的泄洪洞 - Google Patents

Abstract

本发明公开的泄洪洞全断面掺气方法，是在明流泄洪洞中底部设置有掺气跌坎和通气竖井所形成底空腔掺气的基础上，在掺气跌坎上游两侧的边墙上各设置一个折流器，使之形成掺气侧空腔，进而在掺气跌坎处形成全断面掺气，根据该方法设计的具有全断面掺气结构的泄洪洞中的折流器为一楔形体的折流器。由于全断面掺气改变了以往单一的底空腔掺气的方式，保证了泄洪洞正常运行时所需的掺气量，从而消除在泄洪洞侧墙形成大面积的清水区，有效地避免了边墙的空蚀破坏。

Description

泄洪洞全断面掺气方法及其具有全断面掺气结构的泄洪洞

技术领域

本发明属于水利工程中高水头泄水建筑物过水时，在高速或超高速水流中掺气减蚀的技术领域，具体涉及一种泄洪洞全断面掺气方法，和根据该方法设计的具有全断面掺气结构的泄洪洞。

背景技术

近50多年来，国内外大量的工程实例都说明，在高、中水头泄水建筑物中的某些部位，当设计不周或施工不慎时，常常发生材料剥蚀的现象，即在砼或金属的表面轻则造成斑点麻面，重则形成蜂窝状甚至大洞(李建中，宁利中.高速水力学.西北工业大学出版社，1994年)。如1935年巴拿马麦登坝泄水道进口发现严重空蚀破坏；美国的波尔德坝右岸泄洪洞的严重空蚀；我国刘家峡泄洪洞反弧下端发生的空蚀破坏等。空蚀破坏不仅仅发生在高水头的大型工程中，事实上在一些中小型工程中的泄水建筑物也存在空蚀破坏的现象。例如安徽的磨子潭水库泄洪洞；黄河上游的盐锅峡水电站溢流坝消力池；江西的柘林水电站泄洪洞。我国已建设或正在建设的大型水利水电工程中，很多都设有高水头、大流量的明流泄洪洞。在这些泄洪洞的正常运行中也难免遇到高速水流问题，即水流自身产生的掺气、空化、空蚀、脉动、振动等现象，使得在现有的施工条件下因高速水流出现的空蚀破坏问题在所难免。因此，如何合理解决好泄洪洞的空蚀破坏是当代水力学工作者面临的重要任务。经过水力学工作者大量的研究工作发现掺气可以减免这些泄洪洞的空蚀破坏作用，据试验表明：当掺气浓度达到3-7％就可以起到减免空蚀破坏的作用；当掺气浓度达到8～10％，则可以完全减免空蚀破坏的作用(J.A.彼得卡.掺气对气蚀的影响，高速水流论文译丛.科学出版社，第一辑第一册，1958.)。但目前这种技术只将其用在泄洪洞底部，即在泄洪洞底部设置掺气跌坎，并与同部位两边墙外开的通气竖井匹配形成底空腔掺气，因而只解决了泄洪洞底部的空蚀破坏问题，而对高流速泄洪洞掺气坎下游一段距离内边墙上出现的清水区的空蚀则无法同时解决，从而会导致边墙空蚀破坏，危及工程大坝的安全运行的问题。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种泄洪洞全断面掺气方法。

本发明的另一目的是提供一种根据上述的方法设计的具有全断面掺气结构的泄洪洞。

本发明提供的泄洪洞全断面掺气方法是在水流至洞顶有较大的余幅空间、泄洪洞底部设置有掺气跌坎和同断面两边墙外开的通气竖井所形成底空腔掺气的基础上，在掺气跌坎上游两侧的边墙上各设置一个折流器，使水流在坎前收缩，到掺气跌坎处突扩复原，形成掺气侧空腔，使得水体四面凌空，在掺气跌坎处形成全断面掺气。

本发明提供的根据上述方法设计的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞是在泄洪洞底部设置有掺气跌坎和同断面两边墙外开的通气竖井所形成底空腔掺气结构的基础上，在掺气跌坎上游两侧边墙上加设一楔形体的折流器。

由于本发明所涉及的泄洪洞都是明流泄洪洞，洞内有较大的洞顶余幅，因而当在底空腔掺气的基础上，增设侧空腔掺气后，底空腔的补气途径不变，仍通过两侧通风竖井从洞外补给，而侧空腔的补气则从上下两端补给，上端由洞顶直接补给，下端仍由底空腔补给，使得在掺气跌坎处水体四面凌空形成全断面掺气。由于全断面掺气改变了以往单一的底空腔掺气的方式，保证了泄洪洞正常运行时所需的掺气量，从而消除在泄洪洞侧墙形成大面积的清水区，有效地避免了边墙的空蚀破坏。由于本发明设计的侧空腔出口形态为竖直线，与底空腔位于同一断面，因而不存在侧空腔与底空腔贯通困难的问题。

附图说明

图1为泄洪洞及所设置的常规底空腔掺气坎俯视图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为本发明全断面掺气坎俯视图；

图4为图3的A-A向视图；

图5为图4的A1-A1向的一种视图；

图6为图4的A1-A1向的另一种视图；

图7为图4的A1-A1向的第三种视图。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例，以对本实用新型作进一步说明。但所给出的实施例不能理解为对本实用新型保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本实用新型的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图3所示，本实施例给出的具有全断面掺气结构的泄洪洞是在泄洪洞1底部设置有掺气跌坎3，掺气跌坎3的同断面两边2墙外各开有一个相对的“L”型通气竖井4，通气竖井4与掺气跌坎3前下方两侧边墙2上开的通气洞5连通，使空气进入跌坎前下方空间形成底空腔掺气。在掺气跌坎3上游两侧边墙2上各加设了一楔形体的折流器6，该楔形体折流器6是从掺气跌坎3上游方向向掺气跌坎3处逐渐增厚形成，其上、下等宽，使之构成一矩形，见图5，且该折流器6还从洞顶向洞底方向逐渐增厚也形成一楔形体，见图4。

由于楔形体折流器6厚端的端边与掺气跌坎3的坎边位于同一断面，因而既能使坎前水流微微收缩，到掺气跌坎3处边墙宽度突扩复原，从而形成掺气侧空腔，又能与掺气跌坎3前下方底空腔共用边墙2两侧通风竖井4供给的掺气空气。

实施例2

如图3所示，本实施例给出的具有全断面掺气结构的泄洪洞是在泄洪洞1底部设置有掺气跌坎3，掺气跌坎3的同断面两边墙2外各开有一个相对的“L”型通气竖井4，通气竖井4与掺气跌坎3前下方两侧边墙2上开的通气洞5连通，使空气进入跌坎前下方空间形成底空腔掺气。在掺气跌坎3上游两侧边墙2上各加设了一楔形体的折流器6，该楔形体折流器6是从掺气跌坎3上游方向向掺气跌坎3处逐渐增厚形成，其靠洞顶的上边长度小于底边长度，从上边起其下部逐渐向掺气跌坎3上游斜下方延伸增宽，使之构成一梯形，见图6，且该折流器6还从洞顶向洞底方向逐渐增厚也形成一楔形体，见图4。

由于楔形体折流器6厚端的端边与掺气跌坎3的坎边位于同一断面，因而既能使坎前水流微微收缩，到掺气跌坎3处边墙宽度突扩复原，从而形成掺气侧空腔，又能与掺气跌坎3前下方底空腔共用边墙2两侧通风竖井4供给的掺气空气。

实施例3

如图3所示，本实施例给出的具有全断面掺气结构的泄洪洞是在泄洪洞1底部设置有掺气跌坎3，掺气跌坎3的同断面两边墙2外各开有一个相对的“L”型通气竖井4，通气竖井4与掺气跌坎3前下方两侧边墙上开的通气洞5连通，使空气进入跌坎前下方空间形成底空腔掺气。在掺气跌坎3上游两侧边墙2上各加设了一楔形体的折流器6，该楔形体折流器6是从掺气跌坎3上游方向向掺气跌坎3处逐渐增厚形成，其靠洞顶的上边长度为零，其下部逐渐向掺气跌坎3上游斜下方延伸增宽，使之构成一三角形，见图7，且该折流器6还从洞顶向洞底方向逐渐增厚也形成一楔形体，见图4。

由于楔形体折流器6厚端的端边与掺气跌坎3的坎边位于同一断面，因而既能使坎前水流微微收缩，到掺气跌坎3处边墙宽度突扩复原，从而形成掺气侧空腔，又能与掺气跌坎3前下方底空腔共用边墙2两侧通风竖井4供给的掺气空气。

Claims (6)

1.一种泄洪洞全断面掺气方法，该方法是在泄洪洞中水流至洞顶具有较大的余幅空间、泄洪洞底部设置有掺气跌坎和同断面两边墙外开的通气竖井所形成底空腔掺气的基础上，在掺气跌坎上游两侧的边墙上各设置一个折流器，使水流在坎前收缩，到掺气跌坎处突扩复原，形成掺气侧空腔，使得水体四面凌空，在掺气跌坎处形成全断面掺气。

2.一种根据权利要求1所述的方法设计的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞是在泄洪洞(1)底部设置有掺气跌坎(3)和同断面两边墙(2)外开的通气竖井(4)所形成底空腔掺气结构的基础上，在掺气跌坎(3)上游两侧边墙(2)上加设一楔形体的折流器(6)。

3.根据权利要求2所述的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞两侧边墙(2)上加设的楔形体折流器(6)是从掺气跌坎(3)上游方向向掺气跌坎(3)处逐渐增厚形成，其上、下等宽，使之构成一矩形。

4.根据权利要求2所述的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞两侧边墙(2)上加设的楔形体折流器(6)是从掺气跌坎(3)上游方向向掺气跌坎(3)处逐渐增厚形成，其靠洞顶的上边长度小于底边长度，从上边起其下部逐渐向掺气跌坎(3)上游斜下方延伸增宽，使之构成一梯形。

5.根据权利要求2所述的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞两侧边墙(2)上加设的楔形体折流器(6)是从掺气跌坎(3)上游方向向掺气跌坎(3)处逐渐增厚形成，其靠洞顶的上边长度为零，其下部逐渐向掺气跌坎(3)上游斜下方延伸增宽，使之构成一三角形。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的具有全断面掺气结构的泄洪洞，该泄洪洞两侧边墙(2)上加设的折流器(6)还从洞顶向洞底方向逐渐增厚也形成一楔形体。

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