[发明专利]一种差动式掺气挑坎

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于水利工程中泄水建筑物的掺气挑坎，特别为一种差动式掺气挑坎。

技术背景

在高坝建设中，泄水建筑物的投资约占整个工程的40-60％。当水头达到或超过100m时，其流速将达到或超过35m/s，由此带来的水力学问题均属高速水流问题，对工程的安全运行带来严重的威胁。其中，尤以空化空蚀问题最为突出，它直接影响建筑物的安全运行。

众多的试验和工程实践已经证明，通过对水流掺气可以有效地防止和减轻空化空蚀现象的发生，从而保护过水边界免遭空蚀的破坏。而要使水流掺气，在水流边界上设置掺气坎(槽)又是一种最为经济最为简便的措施。所以目前在水工过水建筑物、特别是高速泄水建筑物上已得到广泛的应用。目前工程中采用掺气挑坎、掺气槽、跌坎及其组合型式的掺气设施，其中掺气挑坎以及含有掺气挑坎的组合型式应用最为广泛。如图1-图2所示，在水流(A)流速达到一定程度，在掺气坎下游产生空腔，气流(B)从边墙两侧的通气孔进入空腔，由于空腔水舌的紊动掺入水流中。

通常为了增加挑坎的掺气量，延长保护长度，一般采用增加射距的措施，也即增加射流的空腔长度，由此需要增加坎高或局部加大坎下游底坡。试验证实：在大单宽流量条件下，过多的增大坎高和加大坎下底坡，将加剧水面波动，恶化下游水流流态，对长明流洞，会使洞身安全余幅减小而需加高洞身，增加工程量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的上述缺陷而提出一种差动式掺气挑坎，它可以有效增强挑流水舌下缘的紊动掺混效果，提高挑坎的掺气量，延长掺气坎的保护长度，同时也可以与掺气槽和跌坎组合使用。

本发明的目的通过以下技术解决方案来实现：

一种差动式挑坎，它包括有挑坎体，其中所述的挑坎体上局部设有小挑坎，小挑坎与原来的挑坎体起坡点在同一位置，与挑坎体构成为凹凸相间的水流差动过流面。

本发明的目的还可通过以下技术解决措施来进一步实现：

前述的一种差动式挑坎，其中所述的小挑坎的高度顺水流方向逐渐递增。

前述的一种差动式挑坎，其中所述的差动小挑坎高度逐渐升高为以小挑坎起点至末端的方向与水流方向相同，且小挑坎与挑坎体构成的末端断面的外轮廓线是一条凹凸相间的折线。

前述的一种差动式挑坎，其中所述的小挑坎为凸起的燕尾状挑坎，其以顺水流方向为序，前宽后窄。

前述的一种差动式挑坎，其中所述的小挑坎为凸起的燕尾状挑坎，其以顺水流方向为序，前窄后宽。

前述的一种差动式挑坎，其中所述的小挑坎为凸起的条状挑坎，其以顺水流方向为序，前后等宽。

本发明的优点是：传统挑坎的末端高度相同，即整个挑坎与泄水建筑物过流面的夹角相同。本发明在传统掺气坎的基础上又局部增加小挑坎形成差动，差动挑坎的末端高度不同，根据末端高度不同分别称其为低坎和高坎，与泄水建筑物过流面的夹角分别为α1和α2，其中0<α1<α2。差动坎强迫水流底部在脱离挑坎末端后从两种不同的角度射出，增强底部紊动，从而卷吸更多的空气，增大水流底部的掺气浓度。其施工简单；明显提高掺气量，延长掺气坎的保护长度；在传统的掺气坎上仅增加少量高度的差动，对水面线影响较小，对洞身的安全余幅影响不大。在水利工程中，泄水建筑物的投资占很大的比重，它也直接关系到工程的安全运行。本项发明的有效性已经试验验证，结构简单易行，可以有效提高掺气量，降低工程造价，具有很好的应用前景。

本发明的目的、优点、和特点，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是传统的掺气挑坎示意图。

图2是传统掺气挑坎与掺气槽、跌坎组合的掺气型式。

图3是本发明的只有差动式掺气挑坎的型式结构示意图。

图4是本发明的差动式掺气挑坎与跌坎组合的型式结构示意图。

图5是本发明的差动式掺气挑坎与掺气槽组合的一种型式结构示意图，顺水流方向，差动式掺气挑坎的高坎宽度逐渐增大。

图6是本发明的差动式掺气挑坎与掺气槽、跌坎组合的一种型式结构示意图，顺水流方向，差动式掺气挑坎的高坎宽度逐渐减小。

图7是本发明实验对象某工程泄洪洞纵剖面图。

图8为本发明图7中该泄洪洞的平面图。

图9是本发明方案No.1相应的上游掺气设施体型图。

图10是本发明方案No.1相应的下游掺气设施体型图。

图11是本发明方案No.2相应的上游掺气设施体型图。