[發明專利]底板下彎式摻氣設施

有效

• 申請號: 201210530820.2
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102966082A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉少斌;衛勇
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團西北勘測設計研究院
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術領域

本發明涉及泄洪建筑領域，是底板下彎式摻氣設施。

背景技術

具有高水頭的泄洪建筑物，其過流邊壁容易發生空化空蝕破壞，工程中通常需要設置摻氣設施，以促使水流摻氣，防止壁面空蝕破壞的發生。

保持一個穩定的進氣空腔是摻氣設施能夠發揮其正常功能的前提，如果空腔不穩或是進氣通道被積水堵塞，則摻氣設施不但起不到摻氣減蝕的作用，反而會變成空化源，引起或加重建筑物的空化空蝕破壞。因此，消除空腔回水，確保通氣順暢是摻氣設施成敗的關鍵。研究表明，空腔回水的產生與泄槽的底坡有關，底坡越緩，空腔內越容易產生回水。國內學者曾研究提出了U?型坎、V型坎、凸型坎等異形摻氣坎形式，能夠在一定程度上消除空腔回水。但是，這些研究都是從改變摻氣坎的形狀入手，仍然受到泄槽底坡的限制，其適用的底坡范圍較小。對于底坡較緩的泄水建筑物，特別是由導流洞改建成的泄洪洞，底坡一般較緩，如何避免摻氣槽空腔積水仍然是設計和試驗研究中面臨的一個難題。

另外，對于底坡較大的溢洪道等泄流建筑物，雖然摻氣空腔內不易產生積水，但摻氣坎的設置改變了原有泄槽的水面線，必將對其下游泄槽的流態產生影響。因此，當泄槽內水深變化較大時，摻氣坎的設置會面臨這樣一個問題：即如果水深較大時能形成足夠的?摻氣空腔，則水深較小時，摻氣坎下游往往形成較強的濺水，流態較差；反之，如果水深較小時泄槽流態較好，則水深較大時又不能形成足夠的摻氣空腔，摻氣保護長度減小。所以，如何設置合理的摻氣設施，使其能較好地適應泄槽水深的變化，既能保證良好的摻氣效果，又能盡量使其下游泄槽水流平順，不產生濺水，是摻氣設施體型研究的又一個難題，而這個問題利用常規的摻氣坎甚至異形摻氣坎都是無法解決的。

發明內容

本發明的目的是提供一種底板下彎式摻氣設施，它不僅適用于較緩底坡的泄流建筑物，能夠消除摻氣空腔積水，而且適用于較陡的底坡，能使其在各種水深時都能保持良好的水流流態。

本發明的技術方案是底板下彎式摻氣設施，它至少包括摻氣坎、通氣孔、底板下彎段和反弧段，其特征是：摻氣坎、底板下彎段和反弧段依次設置構成整體，該拼接整體是泄洪建筑物底板的一部分；通氣孔設置在摻氣坎的下游兩側，通過側墻埋管與通風井、通風廊道或直接與大氣連通；摻氣坎采用挑坎與跌坎的組合型式；底板下彎段是一段圓弧曲線，半徑為80米至150米，圓心角為6°至10°，底板下彎段的上游與摻氣坎的下游連接，底板下彎段的下游與反弧段的上游連接；反弧段的半徑取值為斷面水深的3至6倍。

所述的摻氣坎的挑坎高度為0.1米至0.5米，挑坎挑角為5°至7°，挑砍高度與單寬泄量成正比，挑坎挑角為5°至7°；跌坎高度為0.3米至1.5米，跌坎高度與流速成反比。

所述的通氣孔是矩形或圓形端面的孔，它設置在摻氣坎的下游兩側，并與通風井、通風廊道或直接與大氣連通，通氣孔的斷面積應滿足風速不大于60米/秒。

所述的底板下彎段是一段圓弧曲線，半徑為80米至150米，圓心角為6°至10°，半徑與水流Fr數成正比，圓心角與水流Fr數成反比。

所述的反弧段的半徑取值為斷面水深的3至6倍，其半徑與流速成正比。

所述的摻氣坎與底板下彎段之間可以設置一段水平段，其長度為3.5米至10米，長度與水流Fr值成正比，水平段使摻氣坎挑射水落在底板下彎段的中后部。

本發明的特點是將傳統的摻氣坎改為具有底板下彎段的摻氣設施，一方面，由于下彎段底板形狀與摻氣坎挑射水流底緣形狀接近，因此減小了射流沖擊角，可以有效避免空腔回水的產生，減小水舌對底板的沖擊，使下游流態大大改善，消除水深較淺時的水翅和濺水現象；另一方面，由于下彎段底坡是連續變化的，因此其所適應的水頭和水深的變化范圍也較大。與常規的摻氣坎及異形坎相比，本發明具有以下優點：（1）它既能解決較緩底坡上設置摻氣設施時的空腔積水難題，又能改善下游泄槽的水流流態；（2）它適用的水頭及水深變化范圍較廣，而且適用的底坡范圍也較大，不僅適用于底坡較陡的溢洪道，也適用于底坡較緩的泄洪洞。

附圖說明

下面將結合實施例對本發明作進一步的說明：

圖1是底板下彎式摻氣設施的結構示意圖；

圖2是底板下彎式摻氣設施的縱剖面結構示意圖；

圖3是底板下彎式摻氣設施的平面圖。

圖中：1、摻氣坎；?2、通氣孔；?3、底板下彎段；?4、反弧段；5、底板；6、側墻埋管。

具體實施方式

實施例1