CN205100178U - 一种突扩突跌掺气坎底板变坡结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,用以解决掺气空腔回流积水问题。在水舌射流冲击落点处设置比底板坡度大的贴坡1,贴坡1与水舌射流冲击落点流速夹角(射流冲击角)小于等于产生回溯水流的临界夹角值;在贴坡1的上游端设置与跌砍后底板衔接的贴坡2,构成底空腔下轮廓线,保证空腔内积水流向下游。本实用新型通过调整贴坡1坡度,使贴坡1与水舌落点的射流冲击角控制在产生回溯水流的临界值之内,可减弱甚至消除回溯水流。抛射水舌与贴坡夹角小,空腔末端狭长,不易产生剪切旋滚水流,同时由于空腔末端压力较小,可及时“吸附”并“带走”已产生积水,达到消除空腔积水的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于水利水电工程技术领域,涉及一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,可有效解决突扩突跌掺气坎空腔回流积水问题。
背景技术
隧洞泄洪在水利水电工程中被广泛采用,由于泄洪隧洞一般单宽流量大、流速较高,容易产生空化空蚀现象,需要设置掺气减蚀设施。根据布置形式不同,掺气设施可分为坎式、槽式、突扩突跌式和混合式等。泄洪隧洞弧形闸门后考虑止水和掺气功能,常采用两侧突扩、底板突跌掺气方式,跌坎后常为坡度不变的小底坡衔接。对于突扩突跌型掺气坎,水舌突扩后沿竖直和水平两个方向扩散,可形成相互贯通的底空腔和侧空腔,使水流掺气,对下游固壁形成掺气保护。但一般情况下,如图1所示,弧门跌坎后底板多采用一坡到底或在下游坡度有变化,跌坎后一段长度范围内底板坡度不变。当跌坎后底坡较缓,过坎水流Fr数小时,水舌与固壁之间射流冲击角(即射流冲击角)较大,易在水舌与固壁接触点处形成回溯水流,回溯水流在底空腔形成积水和局部旋滚,积水水面波动,严重时可将空腔淹没,形成淹没旋滚。在这种情况下,跌坎不但失去掺气功能,而且在其下游形成强剪切流,极易产生空化空蚀。
发明内容
本实用新型提出一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,可有效解决突扩突跌掺气坎空腔回流积水问题,其结构简单、通用性强、掺气空腔稳定且无积水。
本实用新型适用于突扩突跌掺气坎的底板变坡结构,其特征在于包括贴坡1和贴坡2,所述贴坡1设置在水舌射流冲击落点处,贴坡1比原底板坡度大,贴坡2设置在贴坡1的上游端,与跌坎衔接,构成底空腔下轮廓线,使空腔积水流向下游。
底空腔内积水由抛射水舌冲击侧墙和底板回溯旋滚水流产生,侧空腔溅水也流入底空腔,因此底空腔内积水产生和产生的积水能否被主流及时“带走”直接关系到掺气坎掺气效果。本实用新型在水舌射流冲击落点处人为设置比原底板坡度陡的贴坡1,通过调整贴坡1坡度,使贴坡1与水舌落点水流夹角(射流冲击角)小于产生回溯水流的临界值,可减弱甚至消除回溯水流。抛射水舌与贴坡射流冲击角小,空腔末端狭长,不易产生剪切旋滚水流,同时由于空腔末端有负压,可及时“吸附”并“带走”已产生积水,达到消除空腔积水的目的。贴坡1坡度可由抛射水舌底缘抛物线来确定,可适应不同水位条件下水舌与贴坡1射流冲击角最小为宜,一般不超过产生回溯水流的临界夹角,贴坡1上游端高程需满足贴坡2为正坡或者平坡条件,使较低水位抛射水舌下缘能与贴坡1相切,具体尺寸需由模型试验确定。
贴坡2设置为正坡或平坡,主要用来及时排空空腔积水,使贴坡2以上水体能够无约束地流向下游。贴坡2是形成的稳定底空腔的下轮廓线,高程不宜超过跌坎顶高程,需留出一定掺气空腔高度。
贴坡1与贴坡2为了适应不同水位水舌底缘曲线,
可根据掺气效果选择剖面图呈点或线或凸型曲线(圆弧、抛物线或多次曲线)连接,点或线连接即平面图为两贴坡呈直线或平面连接,但最好采用曲线(圆弧或抛物线或多次曲线)连接,适应水位范围更广。
贴坡1与下游原底板连接段为了平顺水流,改善底板受力状态,可采用剖面图呈点或线或凹型曲线(圆弧、抛物线或多次曲线)连接。
附图说明
图1是未加贴坡时掺气空腔积水流态示意图;
图2(a)是点连接贴坡剖面示意图;
图2(b)是点连接贴坡平面示意图;
图3(a)是曲线连接贴坡剖面示意图;
图3(b)是图3(a)中虚线框内放大图;
图4(a)是贴坡2为正坡结构剖面示意图;
图4(b)是图4(a)中虚线框内放大图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细地描述本实用新型。
实施例1
如图2(a)、图2(b)所示,一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,在水舌射流冲击落点处设置比底板坡度大的贴坡1,贴坡1与水舌射流冲击落点处流速夹角小于产生回溯水流的临界夹角值。在紧邻贴坡1的上游端设置与跌坎后底板衔接的水平贴坡2(坡度为0),保证空腔积水流向下游。贴坡2高程低于跌坎顶高程0.5m~3m。贴坡1与贴坡2点连接(剖面图上为衔接点,平面图上为连接线),贴坡1与下游底板点连接。
实施例2
贴坡1和贴坡2还可以采用直线或曲线连接。如图3(a)、图3(b)所示,与实施例一设置的贴坡结构类似,不同在于贴坡1与贴坡2采用曲线连接,贴坡1与下游底板也采用曲线连接。贴坡1与贴坡2以及贴坡1与下游底板可以采用贴坡本身的结构特征进行衔接(贴坡的衔接处设计成衔接所需形式),也可以额外采用衔接段进行衔接。
实施例3
如图4(a)、图4(b)所示,与实施例一设置的贴坡结构类似,不同在于贴坡2坡度为正坡,即其顶面是自上游向下游的斜面,有利于积水流向下游。
Claims (5)
1.一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,其特征在于包括贴坡1和贴坡2,所述贴坡1设置在水舌射流冲击落点处,贴坡1比原底板坡度大,贴坡2设置在贴坡1的上游端,与跌坎衔接,构成底空腔下轮廓线,使空腔积水流向下游。
2.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,其特征在于贴坡1与水舌射流冲击落点流速夹角小于等于产生回溯水流的临界夹角值。
3.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,其特征在于其特征在于贴坡2高程低于跌坎顶高程。
4.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,其特征在于贴坡1与贴坡2的衔接方式为剖面呈点连接、直线连接或凸型曲线连接,贴坡1与下游原底板的衔接方式为剖面呈点连接、直线连接或凹型曲线连接。
5.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构,其特征在于贴坡2为平坡或正坡。
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CN201520830673.XU CN205100178U (zh) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | 一种突扩突跌掺气坎底板变坡结构 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105401563A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-03-16 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 适用于突扩突跌掺气坎的底板贴坡方法及变坡结构 |
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2015
- 2015-10-23 CN CN201520830673.XU patent/CN205100178U/zh active Active
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CN105401563A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-03-16 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 适用于突扩突跌掺气坎的底板贴坡方法及变坡结构 |
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