專利名稱：泄洪洞全斷面摻氣方法及其具有全斷面摻氣結構的泄洪洞的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利工程中高水頭泄水建筑物過水時，在高速或超高速水流中摻氣減 蝕的技術領域，具體涉及一種泄洪洞全斷面摻氣方法，和根據該方法設計的具有全斷 面摻氣結構的泄洪洞。
背景技術：
近50多年來，國內外大量的工程實例都說明，在高、中水頭泄水建筑物中的某些 部位，當設計不周或施工不慎時，常常發生材料剝蝕的現象，即在砼或金屬的表面輕 則造成斑點麻面，重則形成蜂窩狀甚至大洞(李建中，寧利中.高速水力學.西北工業大 學出版社，1994年)。如1935年巴拿馬麥登壩泄水道進口發現嚴重空蝕破壞；美國的波 爾德壩右岸泄洪洞的嚴重空蝕；我國劉家峽泄洪洞反弧下端發生的空蝕破壞等。空蝕 破壞不僅僅發生在高水頭的大型工程中，事實上在一些中小型工程中的泄水建筑物也 存在空蝕破壞的現象。例如安徽的磨子潭水庫泄洪洞；黃河上游的鹽鍋峽水電站溢流 壩消力池；江西的柘林水電站泄洪洞。我國已建設或正在建設的大型水利水電工程中， 很多都設有高水頭、大流量的明流泄洪洞。在這些泄洪洞的正常運行中也難免遇到高 速水流問題，即水流自身產生的摻氣、空化、空蝕、脈動、振動等現象，使得在現有 的施工條件下因高速水流出現的空蝕破壞問題在所難免。因此，如何合理解決好泄洪 .洞的空蝕破壞是當代水力學工作者面臨的重要任務。經過水力學工作者大量的研究工 作發現摻氣可以減免這些泄洪洞的空蝕破壞作用，據試驗表明當摻氣濃度達到3-7% 就可以起到減免空蝕破壞的作用；當摻氣濃度達到8~10%，則可以完全減免空蝕破壞 的作用(J.A.彼得卡.摻氣對氣蝕的影響，高速水流論文譯叢.科學出版社,第一輯第一 冊,1958.)。但目前這種技術只將其用在泄洪洞底部，即在泄洪洞底部設置摻氣跌坎， 并與同部位兩邊墻外開的通氣豎井匹配形成底空腔摻氣，因而只解決了泄洪洞底部的 空蝕破壞問題，而對高流速泄洪洞摻氣坎下游一段距離內邊墻上出現的清水區的空蝕 則無法同時解決，從而會導致邊墻空蝕破壞，危及工程大壩的安全運行的問題。
發明內容
本發明的目的是針對已有技術存在的問題，提供一種泄洪洞全斷面摻氣方法。 本發明的另一目的是提供一種根據上述的方法設計的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞。
本發明提供的泄洪洞全斷面摻氣方法是在水流至洞頂有較大的余幅空間、泄洪洞 底部設置有摻氣跌坎和同斷面兩邊墻外開的通氣豎井所形成底空腔摻氣的基礎上，在 摻氣跌坎上游兩側的邊墻上各設置一個折流器，使水流在坎前收縮，到摻氣跌坎處突 擴復原，形成摻氣側空腔，使得水體四面凌空，在摻氣跌坎處形成全斷面摻氣。
本發明提供的根據上述方法設計的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪洞是在 泄洪洞底部設置有摻氣跌坎和同斷面兩邊墻外開的通氣豎井所形成底空腔摻氣結構的 基礎上，在摻氣跌坎上游兩側邊墻上加設一楔形體的折流器。
由于本發明所涉及的泄洪洞都是明流泄洪洞，洞內有較大的洞頂余幅，因而當在 底空腔摻氣的基礎上，增設側空腔摻氣后，底空腔的補氣途徑不變，仍通過兩側通風 豎井從洞外補給，而側空腔的補氣則從上下兩端補給，上端由洞頂直接補給，下端仍 由底空腔補給，使得在摻氣跌坎處水體四面凌空形成全斷面摻氣。由于全斷面摻氣改 變了以往單一的底空腔摻氣的方式，保證了泄洪洞正常運行時所需的摻氣量，從而消 除在泄洪洞側墻形成大面積的清水區，有效地避免了邊墻的空蝕破壞。由于本發明設 計的側空腔出口形態為豎直線，與底空腔位于同一斷面，因而不存在側空腔與底空腔 貫通困難的問題。
圖1為泄洪洞及所設置的常規底空腔摻氣坎俯視圖2為圖1的A-A向視圖3為本發明全斷面摻氣坎俯視圖4為圖3的A-A向視圖5為圖4的A1-A1向的一種視圖6為圖4的A1-A1向的另一種視圖7為圖4的A1-A1向的第三種視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖給出實施例，以對本實用新型作進一步說明。但所給出的實施例不
能理解為對本實用新型保護范圍的限制，因而本專業的技術人員根據上述本實用新型 的內容和設計思想所作出的非本質的改進和調整也應屬于本實用新型的保護范圍。 實施例1
如圖3所示，本實施例給出的具有全斷面慘氣結構的泄洪洞是在泄洪洞1底部設 置有摻氣跌坎3，摻氣跌坎3的同斷面兩邊2墻外各開有一個相對的"L"型通氣豎井 4，通氣豎井4與摻氣跌坎3前下方兩側邊墻2上開的通氣洞5連通，使空氣進入跌坎 前下方空間形成底空腔摻氣。在摻氣跌坎3上游兩側邊墻2上各加設了一楔形體的折 流器6，該楔形體折流器6是從摻氣跌坎3上游方向向摻氣跌坎3處逐漸增厚形成，其 上、下等寬，使之構成一矩形，見圖5，且該折流器6還從洞頂向洞底方向逐漸增厚也 形成一楔形體，見圖4。
由于楔形體折流器6厚端的端邊與摻氣跌坎3的坎邊位于同一斷面，因而既能使 坎前水流微微收縮，到摻氣跌坎3處邊墻寬度突擴復原，從而形成摻氣側空腔，又能 與摻氣跌坎3前下方底空腔共用邊墻2兩側通風豎井4供給的摻氣空氣。
實施例2
如圖3所示，本實施例給出的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞是在泄洪洞1底部設 置有慘氣跌坎3，摻氣跌坎3的同斷面兩邊墻2外各開有一個相對的"L"型通氣豎井 4，通氣豎井4與摻氣跌坎3前下方兩側邊墻2上開的通氣洞5連通，使空氣進入跌坎 前下方空間形成底空腔摻氣。在摻氣跌坎3上游兩側邊墻2上各加設了一楔形體的折 流器6，該楔形體折流器6是從摻氣跌坎3上游方向向慘氣跌坎3處逐漸增厚形成，其 靠洞頂的上邊長度小于底邊長度，從上邊起其下部逐漸向摻氣跌坎3上游斜下方延伸 增寬，使之構成一梯形，見圖6，且該折流器6還從洞頂向洞底方向逐漸增厚也形成一 楔形體，見圖4。
由于楔形體折流器6厚端的端邊與摻氣跌坎3的坎邊位于同一斷面，因而既能使 坎前水流微微收縮，到摻氣跌坎3處邊墻寬度突擴復原，從而形成摻氣側空腔，又能 與摻氣跌坎3前下方底空腔共用邊墻2兩側通風豎井4供給的摻氣空氣。
實施例3
如圖3所示，本實施例給出的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞是在泄洪洞1底部設 置有摻氣跌坎3，摻氣跌坎3的同斷面兩邊墻2外各開有一個相對的"L"型通氣豎井
4，通氣豎井4與摻氣跌坎3前下方兩側邊墻上開的通氣洞5連通，使空氣進入跌坎前 下方空間形成底空腔摻氣。在摻氣跌坎3上游兩側邊墻2上各加設了一楔形體的折流 器6，該楔形體折流器6是從摻氣跌坎3上游方向向摻氣跌坎3處逐漸增厚形成，其靠 洞頂的上邊長度為零，其下部逐漸向摻氣跌坎3上游斜下方延伸增寬，使之構成一三 角形，見圖7，且該折流器6還從洞頂向洞底方向逐漸增厚也形成一楔形體，見圖4。 由于楔形體折流器6厚端的端邊與摻氣跌坎3的坎邊位于同一斷面，因而既能使 坎前水流微微收縮，到摻氣跌坎3處邊墻寬度突擴復原，從而形成摻氣側空腔，又能 與摻氣跌坎3前下方底空腔共用邊墻2兩側通風豎井4供給的摻氣空氣。
權利要求
1、一種泄洪洞全斷面摻氣方法，該方法是在泄洪洞中水流至洞頂具有較大的余幅空間、泄洪洞底部設置有摻氣跌坎和同斷面兩邊墻外開的通氣豎井所形成底空腔摻氣的基礎上，在摻氣跌坎上游兩側的邊墻上各設置一個折流器，使水流在坎前收縮，到摻氣跌坎處突擴復原，形成摻氣側空腔，使得水體四面凌空，在摻氣跌坎處形成全斷面摻氣。
2、 一種根據權利要求l所述的方法設計的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪 洞是在泄洪洞(1)底部設置有摻氣跌坎(3)和同斷面兩邊墻(2)外開的通氣豎井(4) 所形成底空腔摻氣結構的基礎上，在摻氣跌坎(3)上游兩側邊墻(2)上加設一楔形 體的折流器(6)。
3、 根據權利要求2所述的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪洞兩側邊墻(2) 上加設的楔形體折流器(6)是從摻氣跌坎(3)上游方向向摻氣跌坎(3)處逐漸增厚 形成，其上、下等寬，使之構成一矩形。
4、 根據權利要求2所述的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪洞兩側邊墻(2) 上加設的楔形體折流器(6)是從摻氣跌坎(3)上游方向向摻氣跌坎(3)處逐漸增厚 形成，其靠洞頂的上邊長度小于底邊長度，從上邊起其下部逐漸向摻氣跌坎(3)上游 斜下方延伸增寬，使之構成一梯形。
5、 根據權利要求2所述的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪洞兩側邊墻(2) 上加設的楔形體折流器(6)是從摻氣跌坎(3)上游方向向摻氣跌坎(3)處逐漸增厚 形成，其靠洞頂的上邊長度為零，其下部逐漸向摻氣跌坎(3)上游斜下方延伸增寬， 使之構成一三角形。
6、 根據權利要求2或3或4或5所述的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞，該泄洪洞 兩側邊墻(2)上加設的折流器(6)還從洞頂向洞底方向逐漸增厚也形成一楔形體。
全文摘要
本發明公開的泄洪洞全斷面摻氣方法，是在明流泄洪洞中底部設置有摻氣跌坎和通氣豎井所形成底空腔摻氣的基礎上，在摻氣跌坎上游兩側的邊墻上各設置一個折流器，使之形成摻氣側空腔，進而在摻氣跌坎處形成全斷面摻氣，根據該方法設計的具有全斷面摻氣結構的泄洪洞中的折流器為一楔形體的折流器。由于全斷面摻氣改變了以往單一的底空腔摻氣的方式，保證了泄洪洞正常運行時所需的摻氣量，從而消除在泄洪洞側墻形成大面積的清水區，有效地避免了邊墻的空蝕破壞。
文檔編號E02B8/06GK101177937SQ200710050529
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月16日 優先權日2007年11月16日
發明者超 劉, 劉善均, 張建民, 曲景學, 楊永全, 韋 王, 肖白云, 許唯臨, 軍 鄧, 黃新生 申請人:四川大學