消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施制造技术

本发明专利技术涉及一种消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞内下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通，以消减泄洪洞底板负压，避免泄洪洞的底板局部破坏。跌坎高度通常为0.30～1.00m，平压孔尺寸则由跌坎高度、跌坎挟气能力和负压区范围等因素决定。物理模型试验成果表明，本发明专利技术提出的平压设施可以有效消除泄洪洞急流扩散段底板负压值，并能增大水流掺气浓度和增加消力池消能效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程中消除泄洪洞底板负压的措施，更为具体地说是消除高佛汝德数泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的措施。
技术介绍
泄洪建筑物是水电站的重要组成部分，占其总投资的1/3左右，所以泄洪建筑物的运行安全对于整个水电站枢纽来说十分重要。目前主要的泄洪建筑物包括坝身溢洪道 (溢流孔)、岸边溢洪道(泄洪洞)及放空洞等。对于岸边泄洪洞，为了减小开挖投资，通常根据实际地形将其底坡体型布置为变坡曲线的衔接形式。当采取底流消能时，为了减小水流入池(消力池)单宽功率以降低下游消能压力，泄洪洞出口至消力池段通常设计为渐扩形式，并以此来减小入池单宽流量和增加消能率，从而节省消力设施的投资。从泄洪洞出口至消力池之间的扩散变坡段，高水头泄洪洞水流速度可达到35m/s 以上，这种高流速、浅水深和大底坡梯度(即高佛汝德数)的水流，容易导致扩散变坡段底板在一定范围形成局部负压区(且负压值相对较大)，该负压区在底板扬压力和负压吸力的共同作用下，容易导致泄洪洞的底板破坏，从而影响整个泄水建筑物的安全。直到本专利技术完成之前，专利技术人还未发现在泄洪洞出口急流扩散变坡段采用本专利技术提出的消减泄洪洞出口急流扩散变坡段底板负压的措施。
技术实现思路
本专利技术针对底流消能型式的高佛汝德数泄洪洞急流扩散变坡段底板易发生负压破坏，提出了在该扩散变坡段内适当部位设计平压设施，以消除该负压区在底板扬压力和负压力的共同作用下产生的底板负压破坏。本专利技术的基本思想是在泄洪洞急流扩散变坡段底板负压产生部位前设置跌坎，以使底部水流发生分离而形成平压空腔，平压空腔通过平压孔与大气连通，以消除泄洪洞急流扩散变坡段的底板负压，保护泄洪洞设施的安全。本专利技术公开的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通，即平压孔穿过泄洪洞侧墙与跌坎底板上方空间连通。本专利技术公开的消除泄洪洞出口急流扩散变坡段底板负压的设施，既可适用于急流扩散变坡段底板为抛物线型的泄洪洞，也可适用于急流扩散变坡段底板为渥奇曲线后衔接反弧曲线型的泄洪洞，同样也适用于急流扩散变坡段底板为前部缓坡后衔接陡坡型的泄洪洞。当泄洪洞急流扩散变坡段底板为抛物线型时，所述跌坎宜设计为垂直跌坎；当泄洪洞急流扩散变坡段底板为渥奇曲线后衔接反弧曲线型时，所述跌坎宜设计为坎槽结合型；当泄洪洞急流扩散变坡段底板为前部缓坡后衔接陡坡型时，可通过增大跌坎下游底板坡度以增大下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔长度。在本专利技术的上述技术方案中，当泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面不能覆盖泄洪洞扩散段底板负压区时，可通过在跌坎前设计一高度不大于0. 30m的挑坎，以增大泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔范围，即增大下泄水流经跌坎产生的射流面长度。挑坎的高度最好是在0. 10 0. 20m范围。在本专利技术的上述技术方案中，跌坎高度最好控制在0. 30 1. OOm范围。平压孔的出口位置可位于泄洪洞侧墙外，也可设置在泄洪洞侧墙适当的部位。平压孔可按单宽通气量12 15!117(8.111)，风速小于60111/8来设计。平压孔尺寸由跌坎高度、跌坎挟气能力和底板负压范围等因素决定，其断面积Aa可由下述公式计算。Aa=QJ^ L^Aha(1)V Pa式中Qa-总通气量，A = Bqa，m3/s ；Qa-单宽通气量，礼=0.023//^7 cos a , m3/ Cs . m)B-平压设施过流断面宽度，m ；μ r平压设施跌坎上流速，m/s ；Lc-平压通气空腔长度，m ；α-下游底板坡度；%-通气孔风速系数，0.67 0.82 ；pw, Pa-水和空气的密度，Pw/ P a = 773 ；Aha-空腔中的允许负压值，不超过0. 5m水柱；Lc的计算见以下抛射体理论公式O)Lc=LmJl-0.4揭)’ Δ云=年；υΚT Fr2Oh0 Γ1 I 2rcosanLmax=——-；cos α ]J (OFr)T= (A+yo)/ho,0 = ^h(-^-), Fr =食(2)式中Lfflax-抛射水体形成的最大空腔长度，m ；Δ ρ-空腔负压，pa;Ap -修正后的空腔负压系数；h0-平压设施坎上水深，m ；Δ -平压设施跌坎高度，m ；y0-平压设施挑坎高度，m ；θ -平压设施挑坎角度；θ -修正后的平压设施挑坎角度；对于该平压空腔长度，根据模型试验和原型观测成果得到以下拟合方程权利要求1.一种消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通。2.根据权利要求1所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于当泄洪洞急流扩散变坡段底板为抛物线型时，所述跌坎为垂直跌坎。3.根据权利要求1所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于当泄洪洞急流扩散变坡段底板为渥奇曲线后衔接反弧曲线型时，所述跌坎为坎槽结合型。4.根据权利要求1所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于当泄洪洞急流扩散变坡段底板为前部缓坡后衔接陡坡型时，通过增大跌坎下游底板坡度增大下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔长度。5.根据权利要求1至4之一所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于当泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面不能覆盖泄洪洞扩散段底板负压区时，在跌坎前设计一高度不大于0. 30m的挑坎。6.根据权利要求5所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于挑坎的高度为0. 10 0. 20m。7.根据权利要求1至4之一所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于跌坎高度为0. 30 1. OOm08.根据权利要求6所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于跌坎高度为0. 30 1. OOm9.根据权利要求1至4之一所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于平压孔按单宽通气量12 151117(8.111)，风速小于60111/8确定。10.根据权利要求8所述的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于平压孔按单宽通气量12 151117(8.111)，风速小于60111/8确定。全文摘要本专利技术涉及一种消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞内下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通，以消减泄洪洞底板负压，避免泄洪洞的底板局部破坏。跌坎高度通常为0.30～1.00m，平压孔尺寸则由跌坎高度、跌坎挟气能力和负压区范围等因素决定。物理模型试验成果表明，本专利技术提出的平压设施可以有效消除泄洪洞急流扩散段底板负压值，并能增大水流掺气浓度和增加消力池消能效果。文档编号E02B8/06GK102251504SQ201110154878公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月10日 优先权日20本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，其特征在于包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，马旭东，戴光清，李国敬，李鹏，王川，赵蕾蕾，林陶枫，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90