CN108842733A - 一种非同步立体掺气减蚀结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非同步立体掺气减蚀结构，包括多道掺气减蚀设施，每道掺气减蚀设施采用不同步的突扩侧掺气减蚀结构和突跌底掺气减蚀结构，且水流经突扩侧掺气减蚀结构形成的侧掺气空腔和水流经突跌底掺气减蚀结构形成的底掺气空腔连通，在对应所述底掺气空腔处设置有主进气口，突扩侧掺气减蚀结构位于突跌底掺气减蚀结构的上游处，在侧掺气空腔中形成侧部上游引流扩散掺气空腔。本发明形成稳定的立体贯通空腔使水体全断面掺气，同时每道掺气设施设置独立的通气竖井（或通气洞）直接从洞外引入空气，确保掺气充分；设置通气管连接侧空腔与环形通气孔，提高了侧空腔掺气效果。该方法施工方便，施工成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种非同步立体掺气减蚀结构，适用于水利水电工程中泄水建筑物的掺气减蚀设施。
背景技术
随着国民经济的发展，我国正在大量修建水利水电工程，这些工程建设中往往需设置泄水建筑物。高流速的泄水建筑物，为避免流道发生空蚀破坏，一般设置掺气减蚀设施。掺气减蚀设施有底部掺气，如采用掺气挑坎和跌坎、掺气槽等，侧墙掺气以及他们的各种组合型式。掺气减蚀技术的应用减轻了对施工材料和技术的要求，是一项投资少、安全可靠和有效的防蚀措施，得到了广泛应用。但在运用过程中也存在掺气设施设置不当，反而成为空蚀破坏源的问题。侧墙掺气与底掺气结合不好，会影响掺气效果、会引发水翅封顶造成空蚀破坏；掺气槽从洞顶内部空气掺气导致掺气量不足等问题，严重影响高速水流掺气减蚀效果，降低泄洪洞运行的安全度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种非同步立体掺气减蚀结构，保证高速水流掺气减蚀效果和泄洪洞运行的安全度。为此，本发明采用以下技术方案：
一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：包括多道掺气减蚀设施，每道掺气减蚀设施采用不同步的突扩侧掺气减蚀结构和突跌底掺气减蚀结构，且水流经突扩侧掺气减蚀结构形成的侧掺气空腔和水流经突跌底掺气减蚀结构形成的底掺气空腔连通，在对应所述底掺气空腔处设置有主进气口，突扩侧掺气减蚀结构位于突跌底掺气减蚀结构的上游处，在侧掺气空腔中形成侧部上游引流扩散掺气空腔。
进一步地，突扩侧掺气减蚀结构处在突跌底掺气减蚀结构的上游0.8~1.2m处。
进一步地，每道突跌底掺气减蚀结构底部两侧洞壁设置主进气口连通洞外环形通气道，环形通气道与洞外空气连通。
进一步地，每道掺气减蚀设施设置一条专用通气竖井与环形通气道连接，由洞外向掺气减蚀供气。
进一步地，环形通气道对应在洞壁的部位设置侧面通气管，作为突扩侧掺气减蚀结构的补充通气口，洞外空气由底部通气孔及侧面通气管(4)被吸入突扩侧掺气减蚀结构后的侧掺气空腔和突跌底掺气减蚀结构后的底掺气空腔。
进一步地，所述多道掺气减蚀设施设置在泄洪洞高速水流段或空化数小于0.3的部位，按掺气保护长度设置若干道掺气减蚀设施。
进一步地，突跌底掺气减蚀结构采用跌坎式结构，坎高1.5~2m，突扩侧掺气减蚀结构的突扩宽度0.15~0.35m。
本发明的非同步立体掺气减蚀结构，将侧掺气向底掺气上游进行一段距离的扩散性引气，侧掺气空腔形成相对于底掺气空腔的侧部上游引流扩散掺气空腔，提高了掺气效果，并确保侧掺气空腔的下游端不超过底掺气空腔的下游端，形成稳定的立体贯通空腔使水体全断面掺气，同时每道掺气设施设置独立的通气竖井（或通气洞）直接从洞外引入空气，确保掺气充分；设置通气管连接侧空腔与环形通气孔，提高了侧空腔掺气效果。该方法施工方便，施工成本低。
附图说明
图1是本发明非同步立体掺气减蚀结构横剖面图。
图2是本发明非同步立体掺气减蚀结构轴侧示意图。
图3、4分别为本发明非同步立体掺气减蚀结构的平剖面图和纵剖面图。
具体实施方式
如图1~图2所示，本发明为一种非同步立体掺气减蚀结构，其主要特点在于：采用不同步的突扩侧掺气减蚀结构2和突跌底掺气减蚀结构1，将突扩侧掺气向突跌底掺气上游进行一段距离的扩散性引气，侧掺气空腔21形成相对于底掺气空腔11的侧部上游引流扩散掺气空腔210，每道掺气减蚀设施设置专门的独立通气井5由洞外向掺气减蚀结构供气，形成稳定的立体贯通空腔使水体全断面掺气，避免高速水流空蚀破坏。
在泄洪洞高速水流段（大于30m/s）或空化数小于0.3的部位，按掺气保护长度设置若干道掺气减蚀设施。其中，附图标号100表示高速水流，附图标号101表示水面
每道掺气减蚀设施采用不同步的突扩侧掺气减蚀结构2和突跌底掺气减蚀结构1，突跌底掺气减蚀结构是指位于洞底于下游侧突然降低高度的结构，比如采用跌坎或挑坎，后者为向下游方向先逐渐升高然后再突然降低高度的结构，突扩侧掺气减蚀结构2是指位于洞的侧壁，在宽度方向上于下游侧突然放大的结构。
突扩侧掺气减蚀结构2位于突跌底掺气减蚀结构1的上游。
本实施例中，突跌底掺气减蚀结构1采用跌坎式，坎高1.5~2m，突扩侧掺气减蚀结构2的突扩宽度0.15~0.35m，高速水流冲过突扩侧掺气减蚀减蚀结构2时形成具有一定真空度和一定长度的侧掺气空腔21，高速水流冲过突跌底掺气减蚀结构1时形成具有一定真空度和一定长度的底掺气空腔11，突扩侧掺气减蚀结构2起点需位于突跌底掺气减蚀结构1上游0.8~1.2m，高速水流冲过突扩侧掺气减蚀减蚀结构2时，在侧掺气空腔21中形成相对于底掺气空腔11的侧部上游引流扩散掺气空腔210，优化了侧掺气空腔21和底掺气空腔11所构成的立体贯通空腔，提高了掺气效果，使任何情况下侧空腔21的下游端211不超过底空腔11的下游端111，避免水翘现象发生。
上述非同步立体掺气减蚀结构，体型简单，对水流扰动小，掺气空腔稳定，不仅避免收缩式侧掺气对水流的扰动，而且施工也方便，降低工程造价。
每道突跌底掺气减蚀结构1底部两侧洞壁设置主进气口31连通洞外环形通气道3；每道掺气减蚀设施设置一条专用通气竖井5与环形通气道3连接，直接从洞外引入空气。
环形通气道3对应在洞壁的部位设置侧面通气管4，作为突扩侧掺气减蚀结构2的补充通气口，增加侧掺气空腔21的补气来源，提高立体贯通的掺气减蚀安全性。侧面通气管4在上下游方向上的位置也与主进气口31基本相同。
洞外空气由通气竖井5和环形通气道3通过底部主进气孔31及侧面通气管4进入突扩侧掺气减蚀结构2后的侧掺气空腔21和突跌底掺气减蚀结构1后的底掺气空腔11，避免常规掺气坎从洞内水面以上的空间补气而影响补气效果的缺陷。
以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：包括多道掺气减蚀设施，每道掺气减蚀设施采用不同步的突扩侧掺气减蚀结构(2)和突跌底掺气减蚀结构(1)，且水流经突扩侧掺气减蚀结构(2)形成的侧掺气空腔(21)和水流经突跌底掺气减蚀结构(1)形成的底掺气空腔(11)连通，在对应所述底掺气空腔(11)处设置有主进气口(31)，突扩侧掺气减蚀结构(2)位于突跌底掺气减蚀结构(1)的上游处，在侧掺气空腔(21)中形成侧部上游引流扩散掺气空腔(210)。
2.如权利要求1所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：突扩侧掺气减蚀结构(2)处在突跌底掺气减蚀结构(1)的上游0.8~1.2m处。
3.如权利要求1所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：每道突跌底掺气减蚀结构(1)底部两侧洞壁设置主进气口(31)连通洞外环形通气道(3)，环形通气道(3)与洞外空气连通。
4.如权利要求3所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：每道掺气减蚀设施设置一条专用通气竖井(5)与环形通气道(3)连接，由洞外向掺气减蚀供气。
5.如权利要求3所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：环形通气道(3)对应在洞壁的部位设置侧面通气管(4)，作为突扩侧掺气减蚀结构(2)的补充通气口，洞外空气由底部通气孔(31)及侧面通气管(4)被吸入突扩侧掺气减蚀结构(2)后的侧掺气空腔(21)和突跌底掺气减蚀结构(1)后的底掺气空腔(11)。
6.如权利要求1所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：所述多道掺气减蚀设施设置在泄洪洞高速水流段或空化数小于0.3的部位，按掺气保护长度设置若干道掺气减蚀设施。
7.如权利要求1所述的一种非同步立体掺气减蚀结构，其特征在于：突跌底掺气减蚀结构(1)采用跌坎式结构，坎高1.5~2m，突扩侧掺气减蚀结构(2)的突扩宽度0.15~0.35m。
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