泄水建筑物掺气设施的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种泄水建筑物掺气设施，涉及水利水电工程领域，提供一种结构简单并能够防止掺气空腔回水的泄水建筑物掺气设施。泄水建筑物掺气设施包括倾斜设置的泄水建筑物底板1，泄水建筑物底板1上设置有掺气坎2，掺气坎2的下游方向设置有凸出泄水建筑物底板1的坎后结构5，坎后结构5包括距离掺气坎2较近的第一斜坡4和距离掺气坎2较远的第二斜坡6；第一斜坡4的长度略小于掺气空腔7长度，使得水流流过掺气坎2后首先落于第二斜坡6上；第二斜坡6的坡度大于泄水建筑物底板1的坡度且大于0.15。本实用新型适用于小底坡、低Fr数的泄槽，可解决掺气空腔回水的问题，具有掺气效果好、体型简单和施工方便的特点。
【专利说明】泄水建筑物掺气设施
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水利水电工程领域，尤其涉及适用于小底坡、低Fr数泄槽的泄水建筑物掺气设施。
【背景技术】
[0002]随着一批大中型水电站的陆续兴建，泄洪的水头和流量不断增加，高速水流条件下泄水建筑物的空蚀破坏问题日益突出，如刘家峡、盐锅峡、二滩等电站的泄水建筑物都遭受过空蚀破坏。空蚀的发生，轻则造成斑点麻面，重则形成蜂窝状甚至大洞，直接影响泄水建筑物的寿命，甚至危及整个建筑物的安全。工程实践表明，布置掺气设施促使水流掺气可以有效地减轻甚至消除空蚀破坏，掺气减蚀技术已广泛应用于已建和在建工程，如冯家山、三峡、溪洛渡等电站。掺气设施通常包括掺气坎和坎后结构。
[0003]在小底坡和低Fr数情况下，若掺气设施体型设计不当，掺气空腔(掺气空腔是指挑射水舌与泄水建筑物底板间的空间；挑射水舌是指水流流过掺气坎后的跃起的水流)容易产生回水，减小有效空腔长度和通气量，严重时还可能封堵进气通道，使掺气设施完全失效。例如如图2、图3所示为现有技术中的泄水建筑物掺气设施，包括简单衔接型式(坎后采用一段较缓斜坡与原底板相接)和下凹衔接型式(坎后一陡一缓两段斜坡均低于原底板)；简单衔接型式不能消除空腔回水，下凹衔接型式坎后水面波动明显、流态较差。
[0004]为了消除掺气空腔回水，部分工程对常用的连续掺气坎进行了修改，提出几种异型掺气坎，如U型坎、V型坎和凹型坎等，将连续掺气坎末端的直线型改成平面U型、V型和凹型，利用射流的冲击作用将回溯水流推向下游，可减弱掺气空腔回水。异型掺气坎主要存在两个问题:(I)异型掺气坎是在二维掺气坎基础上发展的三维掺气坎，体型复杂，施工难度较大；(2)异型掺气坎体型突变处的抗冲磨能力较弱，在高速水流的作用下可能会产生破坏，形成新的空化源，不能发挥掺气减蚀的作用。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种结构简单并能够防止掺气空腔回水的泄水建筑物掺气设施。
[0006]为解决上述问题采用的技术方案是:泄水建筑物掺气设施包括倾斜设置的泄水建筑物底板，泄水建筑物底板上设置有掺气坎，流过掺气坎后跃起的水流与泄水建筑物底板间形成的空腔为掺气空腔；掺气坎的下游方向设置有凸出泄水建筑物底板的坎后结构，坎后结构包括距离掺气坎较近的第一斜坡和距离掺气坎较远的第二斜坡；坎后结构长度大于掺气空腔长度，第一斜坡的长度小于掺气空腔长度，使得水流流过掺气坎后首先落于第二斜坡上；第二斜坡的坡度大于泄水建筑物底板的坡度且大于0.15。
[0007]进一步的是:第一斜坡与第二斜坡平滑过渡。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型适用于小底坡、低Fr数的泄槽，可解决掺气空腔回水的问题，具有掺气效果好、体型简单和施工方便的特点。本实用新型掺气设施弥补了异型掺气坎结构复杂，施工不便的不足，经水力学模型试验验证，在各种运行工况时均能消除回水，形成稳定空腔，通气孔风速、通气量及坎后掺气浓度满足设计要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型泄水建筑物掺气设施结构示意图；
[0010]图2是现有技术简单衔接型式泄水建筑物掺气设施结构示意图；
[0011]图3是现有技术下凹衔接型式泄水建筑物掺气设施结构示意图；
[0012]图中标记为泄水建筑物底板1、掺气坎2、通气孔3、第一斜坡4、坎后结构5、第二斜坡6、掺气空腔7。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0014]如图1所示，泄水建筑物掺气设施包括倾斜设置的泄水建筑物底板1，泄水建筑物底板I上设置有掺气坎2，流过掺气坎2后跃起的水流与泄水建筑物底板I间形成的空腔为掺气空腔7 ;掺气坎2的下游方向设置有凸出泄水建筑物底板I的坎后结构5，坎后结构5包括距离掺气坎2较近的第一斜坡4和距离掺气坎2较远的第二斜坡6 ;坎后结构5长度大于掺气空腔7长度，第一斜坡4的长度小于掺气空腔7长度，使得水流流过掺气坎2后首先落于第二斜坡6上；第二斜坡6的坡度大于泄水建筑物底板I的坡度且大于0.15。
[0015]应避免水流越过掺气坎2后首先落于第一斜坡4或泄水建筑物底板I上，因为这两种情况下挑射水舌冲击区的坡度较小，不能消除空腔回水。因此坎后结构5长度大于掺气空腔7长度，第一斜坡4的长度小于掺气空腔7长度，使得水流流过掺气坎2后首先落于第二斜坡6上，第二斜坡6坡度较大，能够消除空腔回水。
[0016]本实用新型相对于简单结构的掺气设施具有能达到消除空腔回水和保持流态稳定两个目的。相对于异性结构的掺气设施具有结构简单，便于施工的优点。
[0017]第一斜坡4与第二斜坡6若直接相连，则会形成突变，容易发生冲磨破坏，因此第一斜坡4与第二斜坡6连接处应作倒圆处理，使两段斜坡平滑过渡。
[0018]实施例:
[0019]如图1所示一种泄水建筑物掺气设施包括倾斜设置的泄水建筑物底板1，泄水建筑物底板I上设置有掺气坎2，掺气坎2的下游方向设置有凸出泄水建筑物底板I的坎后结构5，坎后结构5包括距离掺气坎2较近的第一斜坡4和距离掺气坎2较远的第二斜坡6，掺气坎2高度为1.5m，掺气坎高度与长度之比为1:10。泄水建筑物底板I坡度为0.1039，第一斜坡4坡度为0.04，第二斜坡6坡度为0.2。泄水建筑物掺气设施还包括通气孔3，通气孔3与掺气空腔7连通将泄水建筑物外部的空气引入掺气空腔7。
【权利要求】
1.泄水建筑物掺气设施，包括倾斜设置的泄水建筑物底板(I)，泄水建筑物底板(I)上设置有掺气坎(2)，流过掺气坎(2)后跃起的水流与泄水建筑物底板(I)间形成的空腔为掺气空腔(7);其特征在于:掺气坎(2)的下游方向设置有凸出泄水建筑物底板(I)的坎后结构(5)，坎后结构(5)包括距离掺气坎(2)较近的第一斜坡(4)和距离掺气坎(2)较远的第二斜坡(6);坎后结构(5)长度大于掺气空腔(7)长度，第一斜坡(4)的长度小于掺气空腔(7)长度，使得水流流过掺气坎⑵后首先落于第二斜坡(6)上；第二斜坡(6)的坡度大于泄水建筑物底板(I)的坡度且大于0.15。
2.根据权利要求1所述的泄水建筑物掺气设施，其特征在于:第一斜坡(4)与第二斜坡(6)平滑过渡。
【文档编号】E02B8/06GK203977379SQ201420429732
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】叶茂, 吴宪生, 黄武林, 周钟, 游湘, 蒙富强, 吕海艳, 王川, 蒲云娟, 黄跃 申请人:中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司