一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构制造技术

本发明专利技术公开了一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，包括弧形闸门、边墙、底板、通气孔、一次突扩突跌止水结构和二次突扩突跌掺气结构；弧形闸门横置在边墙上，底板位于边墙底端，通气孔位于弧形闸门下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，一次突扩突跌止水结构位于弧形闸门上游，二次突扩突跌掺气结构位于通气孔下游水流冲击区与低压区的交界处。本发明专利技术提供的弧形闸门掺气结构，侧墙在低压区二次突扩，形成一个较长的侧掺气空腔，使原来低压区的水流不再贴着侧墙，空化空蚀破坏的起点位于低压区，当水流不再贴着侧墙时，即使水流发生空化，侧墙也不会发生空蚀破坏；闸门在各种开度下均可安全运行，闸门的运行不再受限制。

【技术实现步骤摘要】
一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构
本专利技术涉及水利水电领域，尤其涉及一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构。
技术介绍
传统的高水头弧形闸门，由于止水的需要，必须沿着弧形闸门的边缘设置突扩突跌结构，弧形闸门关闭时，依靠偏心绞使闸门紧紧的抵住突扩突跌的部分，从而实现较好的止水。由于高水头泄洪时，水流速度很大，很容易造成空化空蚀破坏，而良好的掺气可以很好的避免空化空蚀破坏，保护过流壁面的安全。已有的技术是利用弧形闸门突扩突跌结构，将突扩的宽度和突跌的高度增加，将止水突扩突跌结构与掺气突扩突跌结构结合在一起，希望能同时满足止水和掺气两方面的要求，这种现在广泛采用的突扩突跌弧形闸门掺气结构如图3和4所示。但在实际工程运行过程中，采用图3和4所示结构后，仍然有大量空蚀破坏的现象。以某工程为例，自投产运行以来，泄洪放空洞内已发生多次冲蚀破坏，如图5和6所示，泄洪放空洞内边墙开始发生空蚀破坏的位置距离弧形闸门出口底板位置的水平距离大约4m，之后破坏逐渐发展至底板处，破坏较为严重。泄洪放空洞闸门局开时，侧空腔长度很小，掺气效果较差，水流中出现较大区域的清水区；闸门全开时，其侧空腔长度虽略有增加，但是其掺气效果仍旧不理想，水流中清水区仍然很大，如图7-10所示。较大的未掺气清水区使得边墙很容易产生空蚀破坏。申请号为CN201911243333.6的中国专利，公开了一种防止有压泄洪弧形闸门出口水流斜射的短平台，平台前端连接弧形闸门底端出水口的止水平台，使得通过弧形闸门向下斜射的水流落在平台上，避免水流长期因斜射大角度冲击底板，造成底板冲刷破坏；并且由于弧形闸门局开时斜射水流只经过很短的距离，就跌落在平台上，其对平台造成的冲击力远远小于直接冲击在底板上。但是，其不能解决侧墙清水区的空化空蚀破坏问题，水流冲击侧墙后，其反弹低压区的水流不能有效掺气，仍然是清水，因此侧墙仍然会发生空蚀破坏。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术的目的是提供一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，以解决现有突扩突跌弧形闸门掺气效果不佳，侧墙清水区极易发生空蚀破坏的问题。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，包括弧形闸门、边墙、底板、通气孔、一次突扩突跌止水结构和二次突扩突跌掺气结构；所述弧形闸门横置在边墙上，所述底板位于边墙底端，所述通气孔位于所述弧形闸门下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，所述一次突扩突跌止水结构位于所述弧形闸门上游，所述二次突扩突跌掺气结构位于所述通气孔下游水流冲击区与低压区的交界处。根据试验研究结果，传统突扩突跌弧形闸门结构的弊端在于侧空腔掺气不足。通过突扩突跌弧形闸门的水流侧向扩散冲击至边墙时，形成冲击区，冲击区的边墙承受压力较大，因此不易发生空蚀破坏，但是，侧向扩散的水流冲击到边墙后会出现反弹的趋势，虽然这种反弹不会使水流脱离侧墙，但却会在冲击区域下游形成一个低压区域，如图11所示。由于侧空腔很短，掺气量不足，往往使得侧墙冲击区和其后的低压区的水流为清水，这就使得边墙很容易产生空蚀破坏。本申请在通气孔下游水流冲击区与低压区的交界处设置二次突扩突跌掺气结构，解决了此缺陷。进一步的是，所述二次突扩突跌掺气结构包括掺气突扩和掺气突跌；所述边墙包括左右两边墙，所述左右两边墙下游侧面向内扩宽，形成所述掺气突扩，解决了侧空腔掺气不足，边墙容易产生空蚀破坏问题；水流在所述底板处产生落差并掺气，形成所述掺气突跌，以提高底空腔掺气效果。进一步的是，所述掺气突扩位于所述弧形闸门底部下游2-3m处，所述左右两边墙侧面向内各扩宽0.5-1m，此位置是第一次突扩水流冲击区与低压区的交界处。进一步的是，所述一次突扩突跌止水结构包括弧形闸门上游的止水突扩以及底端的止水跌坎。进一步的是，所述掺气突跌包括平台、支撑结构和通气通道；所述平台连接所述止水跌坎，且架设在支撑结构上与底板形成落差；所述支撑结构位于所述底板上；所述通气通道位于平台下方，其前端连通所述通气孔，后端连通至下游泄洪后水流的底空腔。平台用于改变向下斜射的水流方向，将斜射水流从平台上水平射出，避免水流长期因斜射大角度冲击底板，造成底板冲刷破坏。支撑结构用于支撑平台，并形成通气通道。通气通道用于连通通气孔和底空腔，向底空腔掺气，水流从平台上水平射出，大大增加了底空腔长度，提高了底掺气效果；避免了因底空腔较短，水流掺气不充分而造成的空蚀破坏；同时，底空腔长度增加，还可以减轻底空腔回水。进一步的是，所述支撑结构为多根均匀分布的支撑柱，多根支撑柱间的空腔区域形成所述通气通道。支撑柱一方面的作用是支撑平台，另一方面的作用是使支撑柱间形成通气通道。进一步的是，所述支撑结构为内部含多根纵横布置的管道的混凝土结构，支撑平台，所述管道内部形成所述通气通道，连通通气孔和底空腔。进一步的是，所述平台的长度为2-3m，材料为混凝土。平台的作用是闸门局开时，将向下斜射出的水流的方向调整为水平，因此不能太短，太短调整不充分，经过研究，2m即可达到调整水平的效果。二次突扩突跌掺气结构最优的选择是在突扩的同时突跌，因此平台不能太长；如果太长，侧墙已经进入反弹低压区，此区域已经会发生空化空蚀破坏，因此最长不超过3m。由于弧形闸门局开时斜射水流只经过很短的距离，就跌落在平台上，其对平台造成的冲击力远远小于直接冲击在底板上，因此，平台不会发生冲刷破坏。进一步的是，所述止水突扩位于弧形闸门上游的左右两边墙上，优选的，所述止水突扩的下游端面为与所述弧形闸门适配的弧形面，所述弧形面向边墙内延伸且与所述边墙连接，形成所述止水突扩。止水突扩作用是当闸门的挡水水头很大时，可以采用偏心绞弧形闸门，增加闸门的止水能力，并且可以使水流出闸门后，侧面形成掺气空腔，对水流进行侧掺气。进一步的是，所述止水跌坎横置于两边墙底端且与所述弧形闸门底端衔接，优选的，所述止水跌坎的侧面为与所述弧形闸门底部适配的弧形面，以便于在弧形闸门关闭时更好地止水。本专利技术的有益效果：1.侧墙在低压区二次突扩，形成一个较长的侧掺气空腔，使原来低压区的水流不再贴着侧墙，空化空蚀破坏的起点位于低压区，当水流不再贴着侧墙时，即使水流发生空化，因不接触侧墙，此区域的侧墙也不会发生空蚀破坏。2.低压区可以将周围的空气吸过来，因此可以更好的掺气，使水流侧面的掺气更加充分，经过充分掺气的水流，经过较长的空腔段，越过低压区，再次接触下游边墙后，边墙也会因水流侧面的大量掺气，不再出现空蚀破坏。3.原有技术突扩的起点是一条弧线，起点均在底空腔起点的上游。原有技术侧空腔的长度一般均不超过5-6m，侧空腔末端的水流极易进入底空腔，严重时封堵底空腔的进气通道，影响底空腔的掺气效果。本专利技术掺气侧空腔和掺气底空腔的起点位置相同，而且在弧形闸门底部止水跌坎后有一长度约为2-3m的平台，弧形闸门止水突扩处扩散的水流，在冲击到侧墙后向下斜射的水流落到这一平台上，被调整水平后再流出，不会落入底空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，其特征在于，包括弧形闸门(1)、边墙(2)、底板(3)、通气孔(4)、一次突扩突跌止水结构和二次突扩突跌掺气结构；/n所述弧形闸门(1)横置在边墙(2)上，所述底板(3)位于边墙(2)底端，所述通气孔(4)位于所述弧形闸门(1)下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，所述一次突扩突跌止水结构位于所述弧形闸门(1)上游，所述二次突扩突跌掺气结构位于所述通气孔(4)下游水流冲击区与低压区的交界处。/n

【技术特征摘要】
1.一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，其特征在于，包括弧形闸门(1)、边墙(2)、底板(3)、通气孔(4)、一次突扩突跌止水结构和二次突扩突跌掺气结构；
所述弧形闸门(1)横置在边墙(2)上，所述底板(3)位于边墙(2)底端，所述通气孔(4)位于所述弧形闸门(1)下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，所述一次突扩突跌止水结构位于所述弧形闸门(1)上游，所述二次突扩突跌掺气结构位于所述通气孔(4)下游水流冲击区与低压区的交界处。


2.如权利要求1所述的掺气结构，其特征在于，所述二次突扩突跌掺气结构包括掺气突扩(5)和掺气突跌；所述边墙(2)包括左右两边墙，所述左右两边墙(2)下游侧面向内扩宽，形成所述掺气突扩(5)；水流在所述底板(3)处产生落差并掺气，形成所述掺气突跌。


3.如权利要求2所述的掺气结构，其特征在于，所述掺气突扩(5)位于所述弧形闸门(1)底部下游2-3m处，所述左右两边墙(2)侧面向内各扩宽0.5-1m。


4.如权利要求2所述的掺气结构，其特征在于，所述一次突扩突跌止水结构包括弧形闸门(1)上游的止水突扩(6)以及底端的止水跌坎(7)。


5.如权利要求4所述的掺气结构，其特征在于，所述掺气突跌包括平台(8)、支撑结构(9)和通...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓军，王正，宋廖超，田忠，张法星，卫望汝，王亚蒙，龚静，许唯临，刘善均，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51