高速水流泄洪用防空蝕泄洪洞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于水利水電工程領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高速水流泄洪用防空蝕泄洪 桐。
【背景技術(shù)】
[0002] 在水利水電工程領(lǐng)域，高速水流素動造成水流空化作用對泄洪建筑物過流面的混 凝±形成微小沖擊力，長期、巨量的微沖擊作用易造成泄洪建筑物空蝕破壞。
[0003] 目前，對于流速在30~40m/s量級的泄洪建筑物的空化空蝕問題已經(jīng)有比較成熟 的經(jīng)驗和工程措施。滲氣減蝕技術(shù)是一種防止空蝕的有效工程措施，滲氣減蝕技術(shù)包括合 理的體型設(shè)計，滲氣、補氣和通氣等設(shè)施的合理布置。但是，現(xiàn)有的泄洪建筑物對于桐內(nèi)流 速為50m/s量級的水流而言，防空蝕效果一般。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種有效提高防空蝕效果的高速水流泄洪 用防空蝕泄洪桐。
[0005] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：高速水流泄洪用防空蝕泄洪 桐，包括依次相連的前無壓隧桐段、龍落尾隧桐段和后無壓隧桐段;所述前無壓隧桐段的底 面和后無壓隧桐段的底面均傾斜設(shè)置且前端高于后端。
[0006] 進一步的是，所述后無壓隧桐段底面的坡度i ^ 0.08。
[0007] 進一步的是，所述龍落尾隧桐段包括依次相連的渥奇曲線段、斜坡連接段和反弧 段。
[000引進一步的是，所述渥奇曲線段的走向由W下曲線方程確定;所述曲線方程為：
[0010] 渥奇曲線段的起始點為曲線方程的原點，渥奇曲線段的終止點為曲線方程上斜率 與斜坡連接段的斜率相同的點；
[0011] 其中，X表示渥奇曲線段上某點到渥奇曲線段起始點的水平距離;yW豎直向下為 正方向，表示X所對應(yīng)點豎直向下的深度;K為安全系數(shù)；為流速系數(shù);化為渥奇曲線段起始 點的有效水頭;e為前無壓隧桐段與水平面的夾角。
[0012] 進一步的是，K值由W下公式確定；
[0013] P/(pv^2)=aXln 化)+b;
[0014] 其中，P為渥奇曲線段底面縱向中線所受最低壓強值;P為水的密度;V為泄洪水流 流速;a、b均為常系數(shù)。
[0015] 進一步的是，所述反弧段的反弧半徑為反弧段水深與反弧段水流速度乘積的2~3 倍。
[0016] 進一步的是，所述渥奇曲線段的末端反弧段的末端均設(shè)置有一道滲氣結(jié)構(gòu)。
[0017]進一步的是，所述斜坡連接段上還設(shè)有I~2道滲氣結(jié)構(gòu)，且任意相鄰的兩道滲氣 結(jié)構(gòu)之間的間距為8 Om~15 Om。
[0018] 進一步的是，所述滲氣結(jié)構(gòu)包括氣坎隧桐、設(shè)置于氣坎隧桐兩側(cè)側(cè)壁內(nèi)部的通氣 井、設(shè)置于氣坎隧桐兩側(cè)側(cè)壁表面的邊墻折流滲氣坎W及設(shè)置于氣坎隧桐底面上的底板滲 氣坎;所述通氣井的出口設(shè)置在氣坎隧桐側(cè)壁的底部，并位于邊墻折流滲氣坎和底板滲氣 坎的末端。
[0019] 進一步的是，所述通氣井的進口高于氣坎隧桐內(nèi)的水面線;所述龍落尾隧桐段上 還設(shè)置有連通滲氣結(jié)構(gòu)與外界大氣的補氣桐，所述補氣桐為兩條W上。
[0020] 本實用新型的有益效果是：
[0021] 1)、前無壓隧桐段的底面傾斜設(shè)置，可控制前無壓隧桐段內(nèi)的過流流速小于30m/ S，降低水流空化作用；后無壓隧桐段的底面傾斜設(shè)置，可控制滲氣結(jié)構(gòu)空腔回水，減少底空 腔內(nèi)積水，有效滲氣從而增加龍落尾隧桐段的滲氣濃度，提高了該泄洪桐的防空蝕效果。
[0022] 2)、后無壓隧桐段底面的坡度i> 0.0別寸，其控制空腔回水的效果最好，增加的滲 氣濃度最高，進一步提高了該泄洪桐的防空蝕效果。
[0023] 3)、通過曲線方程合理的設(shè)置渥奇曲線段、斜坡連接段和反弧段的體型，保證龍落 尾隧桐段在各種水頭下工作時水流流態(tài)穩(wěn)定，壓強梯度小，不出現(xiàn)負壓，避免了空蝕破壞， 且方便設(shè)置滲氣減蝕結(jié)構(gòu)，并能充分發(fā)揮滲氣減蝕結(jié)構(gòu)的作用。
[0024]4)、通過公式能夠合理的確定K值，進而可W針對不同的來流量及水頭對渥奇曲線 段的體型進行針對性設(shè)置，確保龍落尾隧桐段在各種水頭下工作時始終不出現(xiàn)負壓，使該 泄洪桐的防空蝕效果更好。
[0025]5)、通過水流水深和流速可定量確定合理的反弧段半徑，減小壓強梯度，進一步提 高了該泄洪桐的防空蝕效果。
[0026] 6)、通過在防空蝕關(guān)鍵點合理的設(shè)置多個滲氣結(jié)構(gòu)，加強了滲氣水流對過流表面 的減蝕效果，防止過流表面發(fā)生空蝕破壞，有利于泄洪桐的安全運行。
[0027]7)、邊墻折流滲氣坎和底板滲氣坎能夠挑射流并對全斷面水流充分滲氣，有效防 止了水流的空蝕作用。
[0028] 8)、補氣桐不僅能提高泄洪桐余幅內(nèi)的氣流壓力和改善余幅氣流速度分布，對水 流的穩(wěn)定有利，而且能增加滲氣坎下游的水流滲氣濃度。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型的實施結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是滲氣結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0031 ]圖3是滲氣結(jié)構(gòu)的軸側(cè)示意圖；
[0032] 圖中標記為:前無壓隧桐段1、龍落尾隧桐段2、渥奇曲線段21、斜坡連接段22、反弧 段23、后無壓隧桐段3、滲氣結(jié)構(gòu)4、氣坎隧桐41、通氣井42、邊墻折流滲氣坎43、底板滲氣坎 44、泄洪桐出口挑坎5和補氣桐6。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0034]如圖I所示，高速水流泄洪用防空蝕泄洪桐，包括依次相連的前無壓隧桐段1、龍落 尾隧桐段2和后無壓隧桐段3;所述前無壓隧桐段1的底面傾斜設(shè)置，且前無壓隧桐段1底面 的前端高于后端;所述后無壓隧桐段3的底面傾斜設(shè)置，且后無壓隧桐段3底面的前端高于 后端。其中，前無壓隧桐段1的長度大于后無壓隧桐段3的長度;通常，前無壓隧桐段1根據(jù)泄 洪桐立面的布置、過流流速情況選擇合理的坡度，W保證將該段過流流速控制在30m/sW內(nèi) 為準。后無壓隧桐段3的長度主要由桐口位置及桐室圍巖上覆厚度確定，越短越好;優(yōu)選的， 后無壓隧桐段3底面的坡度i ^ 0.08;當后無壓隧桐段3底面的坡度i ^ 0.08時，后無壓隧桐 段3可有效控制設(shè)置于龍落尾隧桐段2內(nèi)的滲氣結(jié)構(gòu)空腔回水，減少底空腔內(nèi)積水，有效滲 氣從而增加龍落尾隧桐段2的滲氣濃度，提高了該泄洪桐的防空蝕效果。
[0035]具體的，再如圖1所示，所述龍落尾隧桐段2包括依次相連的渥奇曲線段21、斜坡連 接段22和反弧段23。
[0036]為了避免在水頭作用下產(chǎn)生負壓，降低水流空蝕，并充分發(fā)揮滲氣減蝕結(jié)構(gòu)的作 用，所述渥奇曲線段21的走向由W下曲線方程確定;所述曲線方程為：
[0038]渥奇曲線段21的起始點為曲線方程的原點，渥奇曲線段21的終止點為曲線方程上 斜率與斜坡連接段22的斜率相同的點，如圖1所示；
[0039]其中，X表示渥奇曲線段21上某點到渥奇曲線段21起始點的水平距離;yW豎直向 下為正方向，表示X所對應(yīng)點豎直向下的深度;K為安全系數(shù)；夢為流速系數(shù);冊為渥奇曲線 段21起始點的有效水頭；0為前無壓隧桐段1與水平面的夾角。曲線方程所確定的渥奇曲線 段21體型更為合理，保證了龍落尾隧桐段2在各種水頭下工作時水流流態(tài)穩(wěn)定，壓強梯度 小，不出現(xiàn)負壓，避免了空蝕破壞。
[0040]對于K值，應(yīng)根據(jù)工程和水力指標選定，在實際工程中，K的取值范圍較大。一般說 來，渥奇曲線段21越胖，對水流流態(tài)和壓強梯度的影響就越小。作為本實用新型的一種優(yōu)選 方案，K值由W下公式確定；
[0041 ] P/(pv^2)=aXln化)+b;
[0042] 其中，P為渥奇曲線段21底面縱向中線所受最低壓強值;P為水的密度;V為泄洪水 流流速;a、b均為常系數(shù)。a和b的值可查表得到，例如：
[0043]公式中的系數(shù)和臨界安全系數(shù)
[0045] 注:K〉K0時不出現(xiàn)負壓。
[0046] 斜坡連接段22的作用是平順連接渥奇曲線段21和反弧段23,如果確定了渥奇曲線 段21的體型或斜坡連接段22的起點，斜坡連接段22越緩，反弧段23需要過渡的坡度越小，采 用同樣大小半徑的反弧段23去連接斜坡連接段22和后無壓隧桐段3,需要的反弧長度越小。 而且，斜坡連接段22坡度越緩，水流降落相同的高程，流程越長，沿程水頭損失越大，流速增 加幅度變??；同時，相同流量下，較緩的斜坡連接段22某一高程斷面水深h較大，坡度的余弦 值也大，對應(yīng)的動水壓強hcos0就大，水流空化數(shù)大。
[0047] 反弧段23的反弧半徑增大，水流空化數(shù)并不明顯減小，但壓力梯度卻明顯減小，而 離屯、力的減小(氣泡溢出速度減小)和壓力梯度的減小對于安全是有利的，因此反弧半徑應(yīng) 適當加大；作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述反弧段23的反弧半徑為反弧段23水深與 反弧段23水流速度乘積的2~3倍。反弧段23的選擇還應(yīng)該考慮：渥奇曲線段21與斜坡連接 段22的銜接，方便設(shè)置滲氣減蝕結(jié)構(gòu)，并能充分發(fā)