CN104389299A - 龙落尾泄洪洞掺气结构 - Google Patents

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杨怀德
杨敬
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Abstract

本发明涉及水利水电领域，尤其是一种龙落尾泄洪洞掺气结构。所要解决的技术问题是提供一种有效降低高速水流的空化作用对泄洪洞过流面的破坏的龙落尾泄洪洞掺气结构。龙落尾泄洪洞掺气结构，包括泄洪隧洞，所述泄洪隧洞由隧洞起始段、斜坡段、反弧段和下游坡段依次连接构成，所述泄洪隧洞内设置有至少一个掺气气坎。在实际使用时，由于泄洪隧洞由隧洞起始段、斜坡段、反弧段和下游坡段依次连接构成，通过掺气气坎为泄洪隧洞内的水流进行补气，可以有效降低高速水流紊动造成水流空化作用对泄洪洞过流面的混凝土形成的微小冲击力，而且也降低了对泄洪洞的空蚀破坏，达到水流流态平顺、掺气充分的效果，本发明尤其适用于龙落尾泄洪洞的建造中。

Description

龙落尾泄洪洞掺气结构
技术领域
本发明涉及水利水电领域，尤其是一种龙落尾泄洪洞掺气结构。
背景技术
随着国家对水电清洁能源的需求，修建大量的高坝，相应也修建了用于泄洪的高水头、高流速的泄洪设施。龙落尾泄洪洞布置方式减少了高流速段的范围和掺气减蚀的难度，有利于对高速水流问题进行集中处理。高速水流紊动造成水流空化作用对泄洪洞过流面的混凝土形成微小冲击力，长期、巨量的微冲击作用易造成泄洪洞空蚀破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效降低高速水流的空化作用对泄洪洞过流面的破坏的龙落尾泄洪洞掺气结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：龙落尾泄洪洞掺气结构，包括泄洪隧洞，所述泄洪隧洞由隧洞起始段、斜坡段、反弧段和下游坡段依次连接构成，所述泄洪隧洞内设置有至少一个掺气气坎。
进一步的是，所述掺气气坎为梯形气坎，所述梯形气坎由梯形气坎洞、设置于梯形气坎洞内壁两侧的梯形气坎气井、设置于梯形气坎洞内壁两侧且位于梯形气坎气井上游段的梯形气坎边墙侧坎和设置于梯形气坎边墙侧坎之间的底板梯形掺气坎上的梯形坎构成，其中梯形气坎气井底部设置有梯形气坎气井通孔。
进一步的是，所述梯形气坎设置于隧洞起始段和斜坡段之间。
进一步的是，所述梯形气坎设置于反弧段和下游坡段之间。
进一步的是，所述掺气气坎为平底气坎，所述平底气坎由平底气坎洞、设置于平底气坎洞内壁两侧的平底气坎气井，设置于平底气坎洞内壁两侧且位于平底气坎气井上游段的平底气坎边墙侧坎和设置于平底气坎边墙侧坎之间的平底掺气坎构成，其中平底气坎气井底部设置有平底气坎气井通孔。
进一步的是，所述平底气坎设置于斜坡段和反弧段之间。
进一步的是，所述掺气气坎为无侧坎气坎，所述无侧坎气坎由无侧坎气坎洞、设置于无侧坎气坎洞内壁两侧的无侧坎气坎气井、设置于无侧坎气坎气井上游段的无侧坎气坎底部掺气坎构成，其中无侧坎气坎气井底部设置有无侧坎气坎气井通孔。
进一步的是，所述无侧坎气坎设置于下游坡段的末端。
进一步的是，所述隧洞起始段的曲线轨迹为渥奇曲线。
本发明的有益效果是：在实际使用时，由于泄洪隧洞由隧洞起始段、斜坡段、反弧段和下游坡段依次连接构成，通过掺气气坎为泄洪隧洞内的水流进行补气，可以有效降低高速水流紊动造成水流空化作用对泄洪洞过流面的混凝土形成的微小冲击力，而且也降低了对泄洪洞的空蚀破坏，达到水流流态平顺、掺气充分的效果，最终达到泄洪洞龙落尾段安全运行的目的，本发明尤其适用于龙落尾泄洪洞的建造中。
附图说明
图1是本发明的泄洪隧洞的示意图。
图2是本发明的梯形气坎的示意图。
图3是本发明的梯形气坎的斜视图。
图4是本发明的平底气坎的示意图。
图5是本发明的平底气坎的斜视图。
图6是本发明的平底气坎的俯视图。
图7是本发明的平底气坎的侧视图。
图8是本发明的无侧坎气坎的示意图。
图中标记为：隧洞起始段1、斜坡段2、反弧段3、下游坡段4、水面5、梯形气坎6、梯形气坎洞61、梯形气坎气井62、梯形气坎气井通孔621、梯形气坎边墙侧坎63、底板梯形掺气坎64、梯形坎641、平底气坎7、平底气坎洞71、平底气坎气井72、平底气坎气井通孔721、平底气坎边墙侧坎73、平底掺气坎74、平底掺气坎挑射水流741、无侧坎气坎8、无侧坎气坎洞81、无侧坎气坎气井82、无侧坎气坎气井通孔821、无侧坎气坎底部掺气坎84。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1至图4所示的龙落尾泄洪洞掺气结构，包括泄洪隧洞，所述泄洪隧洞由隧洞起始段1、斜坡段2、反弧段3和下游坡段4依次连接构成，所述泄洪隧洞内设置有至少一个掺气气坎。
龙落尾，是一种将较高水头集中隧洞下游侧较短范围的泄洪洞型式，在这一过程中，高速水流紊动造成水流空化作用对泄洪洞过流面的混凝土形成微小冲击力，长期、巨量的微冲击作用易造成泄洪洞空蚀破坏。因此的，本发明首先在龙落尾泄洪洞内设置有至少一个掺气气坎，将空气通过掺气气坎注入到水流内，从而防止水流直接对泄洪洞的空蚀破坏。而其中的掺气，就是指为减少高速水流对混凝土结构的空蚀空化破坏利用负压作用把空气强迫掺入水流的过程。当然的，在实际中，所述隧洞起始段1的曲线轨迹一般为渥奇曲线。所述的渥奇曲线是一种抛物线曲线，常用于水电龙落尾的起始段，保证水流的起始流速不至于太高。
当然本发明的一大改进点是对掺气气坎的结构改进，所述掺气气坎包括梯形气坎6、平底气坎7以及无侧坎气坎8。
其中的，如图2和图3所示的，梯形气坎6的结构为：所述梯形气坎6由梯形气坎洞61、设置于梯形气坎洞61内壁两侧的梯形气坎气井62、设置于梯形气坎洞61内壁两侧且位于梯形气坎气井62上游段的梯形气坎边墙侧坎63和设置于梯形气坎边墙侧坎63之间的底板梯形掺气坎64上的梯形坎641构成，其中梯形气坎气井62底部设置有梯形气坎气井通孔621。在实际应用时，水流从底板梯形掺气坎64流过，然后被梯形坎641以及底板梯形掺气坎64挑起，所述掺气通过梯形气坎气井通孔621流入到水流底部。梯形气坎边墙侧坎63则保证了下游边墙附近水流掺气充分。
如图4至图7所示的，平底气坎7的结构为：所述平底气坎7由平底气坎洞71、设置于平底气坎洞71内壁两侧的平底气坎气井72，设置于平底气坎洞71内壁两侧且位于平底气坎气井72上游段的平底气坎边墙侧坎73和设置于平底气坎边墙侧坎73之间的平底掺气坎74构成，其中平底气坎气井72底部设置有平底气坎气井通孔721。同样的原理，水流从平底掺气坎74流过，然后被平底掺气坎74挑起，形成平底掺气坎挑射水流741，而掺气通过平底气坎气井通孔721在负压的作用下进入到平底掺气坎挑射水流741下方。平底气坎边墙侧坎73也保证了下游边墙附近水流掺气充分。
如图8所示的，无侧坎气坎8的结构为：无侧坎气坎8由无侧坎气坎洞81、设置于无侧坎气坎洞81内壁两侧的无侧坎气坎气井82、设置于无侧坎气坎气井82上游段的无侧坎气坎底部掺气坎84构成，其中无侧坎气坎气井82底部设置有无侧坎气坎气井通孔821。
对于上述的梯形气坎6、平底气坎7以及无侧坎气坎8在泄洪隧洞的设置位置，有以下的最佳布置方案，其中：所述梯形气坎6设置于隧洞起始段1和斜坡段2之间，以及设置于反弧段3和下游坡段4之间；对于平底气坎7则设置于斜坡段2和反弧段3之间；无侧坎气坎8则设置于下游坡段4的末端。
当然的，所述的梯形气坎6、平底气坎7以及无侧坎气坎8可以根据实际的需要灵活调整实际的个数，如设置于隧洞起始段1和斜坡段2之间的梯形气坎6，可以依据实际的起始段1和斜坡段2之间的长度来灵活设置若干个梯形气坎6。同样的道理也可应用于平底气坎7以及无侧坎气坎8的个数。

Claims (9)

1.龙落尾泄洪洞掺气结构，包括泄洪隧洞，其特征在于：所述泄洪隧洞由隧洞起始段(1)、斜坡段(2)、反弧段(3)和下游坡段(4)依次连接构成，所述泄洪隧洞内设置有至少一个掺气气坎。
2.如权利要求1所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述掺气气坎为梯形气坎(6)，所述梯形气坎(6)由梯形气坎洞(61)、设置于梯形气坎洞(61)内壁两侧的梯形气坎气井(62)、设置于梯形气坎洞(61)内壁两侧且位于梯形气坎气井(62)上游段的梯形气坎边墙侧坎(63)和设置于梯形气坎边墙侧坎(63)之间的底板梯形掺气坎(64)上的梯形坎(641)构成，其中梯形气坎气井(62)底部设置有梯形气坎气井通孔(621)。
3.如权利要求2所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述梯形气坎(6)设置于隧洞起始段(1)和斜坡段(2)之间。
4.如权利要求2所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述梯形气坎(6)设置于反弧段(3)和下游坡段(4)之间。
5.如权利要求1所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述掺气气坎为平底气坎(7)，所述平底气坎(7)由平底气坎洞(71)、设置于平底气坎洞(71)内壁两侧的平底气坎气井(72)，设置于平底气坎洞(71)内壁两侧且位于平底气坎气井(72)上游段的平底气坎边墙侧坎(73)和设置于平底气坎边墙侧坎(73)之间的平底掺气坎(74)构成，其中平底气坎气井(72)底部设置有平底气坎气井通孔(721)。
6.如权利要求4所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述平底气坎(7)设置于斜坡段(2)和反弧段(3)之间。
7.如权利要求1所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述掺气气坎为无侧坎气坎(8)，所述无侧坎气坎(8)由无侧坎气坎洞(81)、设置于无侧坎气坎洞(81)内壁两侧的无侧坎气坎气井(82)、设置于无侧坎气坎气井(82)上游段的无侧坎气坎底部掺气坎(84)构成，其中无侧坎气坎气井(82)底部设置有无侧坎气坎气井通孔(821)。
8.如权利要求6所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述无侧坎气坎(8)设置于下游坡段(4)的末端。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的龙落尾泄洪洞掺气结构，其特征在于：所述隧洞起始段(1)的曲线轨迹为渥奇曲线。
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