[發(fā)明專利]新型摻氣設(shè)施

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910577216.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110258466A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 艾永平;張宗亮;劉善均;陳江;楊宜文;張法星;龔永生;遲福東;鄧良軍;陳建安;張彩秀;許暉;謝洪林;周鈞;李文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華能瀾滄江水電股份有限公司;中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: E02B8/00
• 分類號: E02B8/00;E02B8/06
• 代理公司: 昆明祥和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53114
• 代理人: 施建輝

新型摻氣設(shè)施，涉及水利水電工程領(lǐng)域，尤其是一種有效減輕過流表面的空化、沖蝕問題，且適用于任意水流條件下的新型摻氣設(shè)施。本發(fā)明的新型摻氣設(shè)施，設(shè)置在泄水建筑物過流面受保護段的上游，其特征在于該摻氣設(shè)施沿水流方向由依次相接的上游挑坎段和摻氣槽組成，摻氣槽內(nèi)順序設(shè)置摻氣槽上游壁面、摻氣槽底板、摻氣槽下游連接過渡段壁面，摻氣槽兩側(cè)側(cè)壁上還設(shè)置有補氣孔。本發(fā)明的新型摻氣設(shè)施，設(shè)計科學(xué)合理，與現(xiàn)有摻氣設(shè)施相比，能顯著彌合空腔高度不足致使摻氣減蝕效果不理想與挑坎高度過大導(dǎo)致水舌越出邊墻高度外溢的沖突，并能減緩出射水流對下游的擾動，維持流態(tài)平順，更重要的是還能有效減輕過流表面的沖蝕、空化問題，保護結(jié)構(gòu)安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利水電工程領(lǐng)域，尤其是一種有效減輕過流表面的空化、沖蝕問題，且適用于任意水流條件下的新型摻氣設(shè)施。

背景技術(shù)

近年來，隨著我國水利水電建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高壩的數(shù)量也在持續(xù)增加。這些工程的泄水建筑物會因為水流流速高而產(chǎn)生空化空蝕問題，導(dǎo)致泄水建筑物的過流表面發(fā)生破壞；影響水流形態(tài)，降低過流能力；嚴重時還會影響泄水建筑物的正常使用，縮短泄水建筑物的使用壽命，危害建筑物泄洪安全。因此，防止空蝕破壞對于高流速泄水建筑物的正常運行至關(guān)重要。目前，解決高速水流產(chǎn)生的空蝕破壞問題，最有效的措施是在特定部位設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施，常采用的設(shè)施主要有以下幾種形式：

1）摻氣挑坎，即在泄水建筑物過流面修建一個一定坡度的挑坎，把水流挑離過流面，經(jīng)過一段距離，然后在重力作用下重新回落至壁面，這樣就形成摻氣空腔，適合于底坡坡度較小的情況；

2）摻氣跌坎，即在某一位置處使下游過水邊界向下錯開一定的距離，由于慣性作用，水流會脫離錯開的邊界一段距離，然后在重力作用下回落至底板形成摻氣空腔。相對摻氣挑坎來講，摻氣跌坎對水流的擾動小一些，水舌落水對底板的沖擊力也小；但是為了保證足夠長的摻氣空腔，需要采用較大的跌坎高度；

3）摻氣槽，即在泄水建筑物過流面上垂直于水流方向設(shè)置一凹槽，通過射流形成空腔，在空腔內(nèi)布置摻氣設(shè)施，保證正常通氣，達到減蝕效果，適用于泄水道底坡坡度較大的情況；

4）摻氣坎槽結(jié)合，即在摻氣槽的上游側(cè)設(shè)置一個小的摻氣挑坎，充分利用摻氣坎和摻氣槽的優(yōu)點，在各種水流條件下均可形成穩(wěn)定摻氣空腔，結(jié)合在空腔內(nèi)布置的摻氣設(shè)施，保證正常通氣，達到減蝕效果。

當(dāng)水流具有大單寬流量、低弗勞德數(shù)的特點時，第一、二種型式的摻氣設(shè)施盡管可以使水流挑起來脫離原過流表面，但在落點處與底板沖擊會形成一定量的積水，積水過多會造成摻氣空腔被封堵，使水流摻氣不充分，達不到摻氣減蝕的效果，需要防止空腔回水。

第四種摻氣坎槽結(jié)合型摻氣設(shè)施成功與否，取決于能否確保各種水流條件下水舌落點能越過槽的下游側(cè)，防止水流沖擊到凹槽內(nèi)，致使空腔積水，以形成穩(wěn)定的摻氣空腔；更重要的是摻氣凹槽下游角部相當(dāng)于水下的凸體，在下泄高速水流沖擊下，該部位極易發(fā)生沖蝕破壞。一些泄水建筑物的水頭運行范圍變幅較大，在高水頭、流速很大時，水流能夠順利越過凹槽，形成穩(wěn)定的摻氣空腔；而當(dāng)水頭較低、流速較小時，水流水舌挑距較小，水流沖蝕摻氣凹槽下游角部易發(fā)生沖蝕破壞，此時需要減短摻氣槽長度才能滿足安全運行要求，但結(jié)構(gòu)按此布置則意味著摻氣空腔長度很小，難以滿足大流量條件下的摻氣減蝕要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的就是現(xiàn)有泄水建筑物所采用的摻氣減蝕設(shè)施難以滿足各種運行工況水流條件下?lián)綒鉁p蝕要求，無法保證水流形態(tài)與結(jié)構(gòu)安全的問題，提供一種摻氣良好，水流平順，適用于任意水流條件額新型摻氣設(shè)施。

本發(fā)明的新型摻氣設(shè)施，設(shè)置在泄水建筑物過流面受保護段的上游，其特征在于該摻氣設(shè)施沿水流方向由依次相接的上游挑坎段和摻氣槽組成，摻氣槽內(nèi)順序設(shè)置摻氣槽上游壁面、摻氣槽底板、摻氣槽下游連接過渡段壁面，摻氣槽兩側(cè)側(cè)壁上還設(shè)置有補氣孔，其中：