洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法技术

本发明专利技术涉及一种洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法，属于水电站洞塞泄洪洞结构设计技术领域。本发明专利技术自进口控制闸门开启至下平段刚充满水时所需的时间设定为t，本发明专利技术中下平段刚充满水的状态是指下平段起始端的水面与该部位洞顶齐平，该状态下进口控制闸门孔口泄流能力为Q

【技术实现步骤摘要】
洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法


[0001]本专利技术涉及一种洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法，属于水利水电工程洞塞泄洪洞结构设计


技术介绍

[0002]洞塞泄洪洞是在洞内设置洞塞消能工，将洞塞所在断面洞径缩小，利用水流流经洞塞产生突缩、突扩造成的水流剧烈紊动来消刹水流能量，从而达到降低出口下游水流流速、减轻下游河床冲刷的泄洪洞。
[0003]洞塞泄洪洞具有水流流态稳定、结构简单、布置灵活等特点，适用于下游高水位条件。工程中导流洞高程低，常常可满足改建为洞塞泄洪洞的条件。加之其具有结构简单、改建施工方便，较其他改建型式，可节省工程投资，因此，洞塞泄洪洞一般用于导流洞改建为永久泄洪洞。
[0004]洞塞泄洪洞一般包括进口控制段、上平段、竖井段和下平段及出口，下平段常分为洞塞消能段和退水洞组成，也可全部设置为洞塞消能段。消能工一般由设置在竖井段内的多级垂直洞塞和设置在水平段内的多级水平洞塞组成。为保证洞塞内有足够的正压，以防止发生水流空化和隧洞结构空蚀破坏，洞塞消能段末端通常设置压坡结构。
[0005]为减小工作闸门规模，一般将工作闸门设置在进口，当下游水位较低、水流未充满隧洞下平段时，如此将带来闸门开启之初，在水流封满出口压坡段孔口前，下平段上部的气体在压力作用下形成压力气囊，在水流的携带作用下，压力气囊移动至压坡段孔口产生气爆现象。为避免气爆现象的发生，通常需要在下平段设置排气通道。洞塞泄洪洞的具体结构方案可参考公告号为CN209429070U的专利文献。
[0006]由于洞塞泄洪洞在工程实践中应用仍较少，其设计理论仍有待进一步深入研究和完善，目前下平段排气通道的断面面积计算方法仍未提出。现有技术方案主要通过水工模型试验来确定排气通道的断面面积，由于缺少排气通道断面面积的计算方法，造成前期设计阶段很难开展洞塞泄洪洞排气通道的设计，需要设计大量的水工模型试验比较方案，增加试验成本和试验时间。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法，可以节约水工模型试验的试验成本和试验时间。
[0008]为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是：洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法，包括如下步骤：
[0009]一、预先获取如下的工艺参数：进口控制闸门孔口流量系数μ
进
，进口控制闸门孔口宽度B，从孔口底板起算的闸前水头H0，出口淹没系数σ
s
，压坡出口孔口断面面积A
出
，从出口底板高程起算的下平段起始端水头H
上
，从出口底板高程起算的出口水头H
下
，闸门提升速率v，排气通道容许风速[v
w
]以及封闭在下平段洞顶的气体体积V；封闭在下平段洞顶的气体
体积V是指洞塞泄洪洞下平段在压坡孔口被水体封住时，各洞塞段之间水面以上空腔体积；
[0010]二、根据如下公式计算进口控制闸门孔口开启高度e：
[0011][0012]其中，g为重力加速度；
[0013]三、根据如下公式计算自进口控制闸门开启至下平段刚充满水时所需的时间t：
[0014]t＝e/v；
[0015]四、根据如下公式计算排气通道断面面积A：
[0016][0017]进一步的是：下平段刚充满水的状态为下平段起始端的水面与该部位洞顶齐平。
[0018]进一步的是：封闭在下平段洞顶的气体体积V根据如下公式计算得到：
[0019]V＝∑A
空
L，
[0020]式中：A
空
为下平段隧洞过流断面水面以上的空腔面积；
[0021]L为下平段隧洞各分段长度。
[0022]本专利技术的有益效果是：在前期设计阶段即可准确估算排气通道的断面面积，并用于指导水工模型试验方案的设计，减少水工模型试验的比较方案数量，从而节约水工模型试验的试验成本和试验时间。
附图说明
[0023]图1是本专利技术涉及的洞塞泄洪洞结构示意图。
[0024]图2是洞塞处放大图。
[0025]图中标记：洞体1、进口控制段11、上平段12、竖井段13、下平段14、洞塞2、出口压坡3、消力池4、尾坎5、闸门6、排气通道7。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]参见图1和图2，洞塞泄洪洞包括洞体1，洞体1包括沿上游至下游方向依次设置的进口控制段11、上平段12、竖井段13和下平段14，下平段14的下游端设置有出口压坡3，竖井段13和下平段14内均设置有洞塞2，洞塞2中部设置有过流孔；洞塞2顶部设有洞塞排气孔作为排气通道7，下平段14下游端的排气通道7可沿水平向直接延伸至洞外，也可拐弯后，沿竖向连通至洞外。为了使得泄洪时洞体1内空气能够顺利排出，因此需要对排气通道7的断面面积进行合理设计。本专利技术即是应用于在前期设计阶段准确估算排气通道7的断面面积。本专利技术的具体计算方法如下：
[0028]一、预先获取如下的工艺参数：进口控制闸门孔口流量系数μ
进
，进口控制闸门孔口宽度B，从孔口底板起算的闸前水头H0，出口淹没系数σ
s
，下平段流量系数μ
下
，压坡出口孔口断面面积A
出
，从出口底板高程起算的下平段起始端水头H
上
，从出口底板高程起算的出口水
头H
下
，闸门提升速率v，排气通道容许风速[v
w
]以及封闭在下平段洞顶的气体体积V，封闭在下平段洞顶的气体体积V是指洞塞泄洪洞下平段在压坡孔口被水体封住时，各洞塞段之间水面以上空腔体积。
[0029]其中，进口控制闸门孔口宽度B，从孔口底板起算的闸前水头H0，压坡出口孔口断面面积A
出
，从出口底板高程起算的下平段起始端水头H
上
，从出口底板高程起算的出口水头H
下
，闸门提升速率v(进口控制闸门为匀速开启)，排气通道容许风速[v
w
]均为已知参数，可直接从设计图纸得知；进口控制闸门孔口流量系数μ
进
，出口淹没系数σ
s
，下平段流量系数μ
下
也为已知参数，可由规范或手册查取；封闭在下平段洞顶的气体体积V可根据如下公式计算得到：
[0030]V＝∑A
空
L，
[0031]式中：A
空
为下平段隧洞过流断面水面以上的空腔面积；
[0032]L为下平段隧洞各分段长度。
[0033]二、根据如下公式计算进口控制闸门孔口开启高度e：
[0034][0035]其中，g为重力加速度；
[0036]三、根据如下公式计算自进口控制闸门开启至下平段刚充满水时所需的时间t：
[0037]t＝e/v；
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.洞塞泄洪洞下平段排气通道断面面积计算方法，其特征在于：包括如下步骤：一、预先获取如下的工艺参数：进口控制闸门孔口流量系数μ
进
，进口控制闸门孔口宽度B，从孔口底板起算的闸前水头H0，出口淹没系数σ
s
，下平段流量系数μ
下
，压坡出口孔口断面面积A
出
，从出口底板高程起算的下平段起始端水头H
上
，从出口底板高程起算的出口水头H
下
，闸门提升速率v，排气通道容许风速[v
w
]以及封闭在下平段洞顶的气体体积V；封闭在下平段洞顶的气体体积V是指洞塞泄洪洞下平段在压坡孔口被水...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡理，杨怀德，黄庆，游湘，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：