泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工制造技术

一种泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工，包括在两高度不同的平行泄洪洞或有压隧洞与下游泄洪洞之间的曲线连接洞体进口处设置的掺气装置、在曲线连接洞体底板上设置的阶梯消能工，所述阶梯消能工位于曲线连接洞体底板的调整斜坡段后，从高位至低位，依次为斜面阶梯段、过渡阶梯段和水平阶梯段。掺气装置可以有效地对进口高速水流进行掺气，减轻或避免阶梯台阶发生空蚀破坏的可能性，阶梯消能工可以将高速水流的方向过渡到与阶梯坡度平行，调整好曲线连接洞体的流态，降低曲线连接洞体出口流速，减小对下游泄洪洞的冲刷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利水电工程中使用的消能设施，特别涉及一种用于高流速的两高度不 同的平行泄洪洞或有压隧洞与下游泄洪洞的曲线连接洞体的阶梯消能工。
技术介绍
现有工程中，两高度不同的平行泄洪洞的连接洞体底板往往设计为光滑渥奇曲线， 由于连接洞体进口流速很大，导致连接洞体内和连接洞体后的下游泄洪洞流速也很大， 因此要设置掺气保护措施。为了达到消能的目的，减小对下游河道的冲刷，在泄洪洞出 口或者在泄洪洞内需设置消力池等消能设施，但是需要较大的工程量，增加工程投资。阶梯消能工在水利工程中的应用历史虽然较长，但通常使用在溢流坝和溢洪道的直 坡上，与其它消能工一起使用，共同消能。对于高流速的明流泄洪洞，或者高流速有压 出口的泄洪洞，设置突跌突扩型掺气设施时，如果阶梯面为传统的水平面时，连接段水 流流态不好，容易产生水翅现象，同时阶梯上难于产生横向旋滚水流，而易产生空腔， 形成负压区，因此一般不使用阶梯消能工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能 工，以解决两高度不同的平行泄洪洞或有压隧洞与下游泄洪洞的连接洞体内和下游泄洪 洞流速大，流态难以调节，容易空化空蚀、消能率低等问题，并减小工程量，降低工程 投资。本专利技术的技术方案在曲线连接洞体的进口处设置掺气装置，在曲线连接洞体底板 上设置阶梯消能工并对阶梯体型进行优化。本专利技术所述泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工，包括在两高度不同的平行泄洪洞或有 压隧洞与下游泄洪洞之间的曲线连接洞体进口处设置的掺气装置、在曲线连接洞体底板 上设置的阶梯消能工，所述阶梯消能工位于曲线连接洞体底板的调整斜坡段后，从高位 至低位，依次为斜面阶梯段、过渡阶梯段和水平阶梯段，水平阶梯段或直接与下游泄洪 洞底板相接，或通过反弧段、调整水平段与下游泄洪洞底板相接。本专利技术所述泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工的机理来自上游泄洪洞或有压隧洞的高速水流进入曲线连接洞体，曲线连接洞体进口处设置的掺气装置对水流侧面和底部掺 气，调整斜坡段调整好水舌与底板的接触，有效的避免水舌冲击底板，同时也可以为掺 气装置提供足够的空腔长度；水舌流过调整斜坡段后，斜面阶梯段和过渡阶梯段将水流 过渡到水平阶梯段，使水流方向与底板坡度方向趋于平行，主要消能处在水平阶梯段， 水流经水平阶梯段后能量大大减小，流速降低，平缓地进入下游泄洪洞。曲线连接洞体底板上的调整斜坡段坡度和长度根据上游泄洪洞或有压隧洞来流的 流速决定，流速越大，其坡度越小，长度越长，以便有效控制该段的空腔长度和水流表 面形态。斜面阶梯段的长度也根据上游泄洪洞或有压隧洞来流的流速决定，流速越大， 长度越长；水平阶梯段的长度根据上游泄洪洞或有压隧洞与下游泄洪洞之间的高程差和 设计需要的消能率确定，高程差越大，要求的消能越大，水平阶梯段的长度越长。为了更好地实现专利技术目的，阶梯消能工的有关几何参数如下斜面阶梯段的阶梯坡度/尸l :20 5，阶梯高度(K/z,〈.0m;水平阶梯段的阶梯高度 A大于斜面阶梯段的阶梯高度&，阶梯长度/为阶梯高度A的1 5倍。过渡阶梯段的阶梯高度从斜面阶梯段的阶梯的高度&过渡至水平阶梯段的阶梯高 度/ 。本专利技术具有以下有益效果1、 曲线连接洞体进口处的掺气装置可以有效地对进口高速水流进行掺气，掺气水 流能够保护好前几级阶梯，减轻或避免台阶发生空蚀破坏的可能性，曲线连接洞体底板 上的阶梯消能工可以将高速水流的方向有效的过渡到与阶梯坡度平行，调整好曲线连接 洞体的流态，大大降低曲线连接洞体出口流速，从而达到消能目的，减小对下游泄洪洞 的冲刷。2、 下游泄洪洞不需设置惨气减蚀设施，体型设计和施工更为方便和简单。3、 与在泄洪洞出口或者泄洪洞内设置消力池等消能装置相比，工程量减小，工程 投资降低。4、 本专利技术所述的掺气型曲线阶梯消能工结构简单，体型优化容易，可广泛使用在 不同流量和不同坡度的泄洪洞的曲线连接洞体中。附图说明图1是本专利技术所述泄洪洞内惨气型曲线阶梯消能工的一种结构示意图2是图1的A-A剖视图3是图1的I一I剖面放大图4是图1的II一II剖面放大图5是图i的ni—m剖面放大图6是图1的IV — IV剖面放大图7是本专利技术所述泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工的又一种结构示意图8是图7的A-A剖视图9是图7的I一I剖面放大图图1o是图7的n — n剖面放大图； 图ii是图7的m—ni剖面放大图。图中，l一有压隧洞或上游泄洪洞、2—压坡、3—掺气装置、4一调整斜坡段、5— 斜面阶梯段、6—过渡阶梯段、7—水平阶梯段、8—反弧段、9—调整水平段、IO—下游 泄洪洞、ll一水面线、12—底空腔、13—侧空腔。A—跌坎高度、/o—调整斜坡段坡度、L！—调整斜坡段长度、L2—斜面阶梯段长度、 /i一斜面阶梯段的阶梯坡度、斜面阶梯段的阶梯高度、L3—过渡阶梯段长度、U—水 平阶梯段长度、/一水平阶梯段的阶梯长度、//一水平阶梯段的阶梯高度、^一水平阶梯段 坡度、Ls—反弧段长度、R—反弧半径、L6—调整水平段长度、V—曲线连接洞体进口流 速。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术所述泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工的结构作进一步说明。 实施例l本实施例中，泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工用于上游有压隧洞(放空洞)l与下 游泄洪洞IO之间的曲线连接洞体。有压隧洞(放空洞)1与下游泄洪洞IO相互平行， 它们之间的高程差为28m左右；有压隧洞(放空洞)l直径d为3.5m，最大流量Q-190 m3/s,最大单宽流量9=541113/3.111，出口处设置压坡2，断面逐渐由圆形变为矩形(见图 3、图4)，矩形断面的宽度B产2.5m、高度H,二2.25m ;曲线连接洞体的断面如图5所 示，其宽度Bf3.5m，其边墙直墙面的高度H2=5.0m，其进口最大流速V =30m/s;下 游泄洪洞的断面如图6所示，其宽度Bf7.5m，边墙直墙面的高度H3二8.0m。本实施例中的泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工，其结构如图l、图2所示，由在曲 线连接洞体进口处设置的掺气装置3和在曲线连接洞体底板上设置的阶梯消能工组成。 掺气装置3为突扩突跌式结构，其跌坎高度AK).5m。阶梯消能工位于曲线连接洞体底 板的调整斜坡段4后，从高位至低位，依次为斜面阶梯段5、过渡阶梯段6和水平阶梯段7，水平阶梯段7通过反弧段8、调整水平段9与下游泄洪洞10的底板相接。有关几 何参数如下调整斜坡段4的长度L产15m，坡度/c=0.10;斜面阶梯段5的长度L2=34m， 阶梯个数8个，阶梯坡度Z尸1 : 10 6，阶梯长度从5m过渡到3m,阶梯高度A尸0.5m; 过渡阶梯段6的长度L^18m，阶梯个数6个，阶梯高度由0.5m过渡到lm，阶梯长度 均为3m;水平阶梯段7的长度L4=36m，坡度0=1:3，阶梯个数12个，阶梯高度为A =lm，阶梯长度卜3m;反弧段8的长度L5=12m，反弧半径R=40m;调整水平段9的长 度L6=6m。实验表明，曲线连接洞体内水流流态平顺，没有不利的水力现象，阶梯段水流掺气 明显，阶梯消能工的的消能率在40% 50%之间，曲线连接洞体的出口流速为25m/s， 大大减小了下游泄洪洞的流速。实施例2本实施例中，泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工用于上游本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泄洪洞内掺气型曲线阶梯消能工，包括在两高度不同的平行泄洪洞或有压隧洞（１）与下游泄洪洞（１０）之间的曲线连接洞体进口处设置的掺气装置（３），其特征在于还包括在曲线连接洞体底板上设置的阶梯消能工，所述阶梯消能工位于曲线连接洞体底板的调整斜坡段（４）后，从高位至低位，阶梯消能工依次为斜面阶梯段（５）、过渡阶梯段（６）和水平阶梯段（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建民，许唯临，王韦，刘善均，曲景学，邓军，田忠，张法星，李贵吉，王曾恩，陈剑刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]