[发明专利]一种高尾水位旋流泄洪洞和泄洪洞的排气方法

权利要求书

1.一种高尾水位旋流泄洪洞，所述的泄洪洞包括进水口，所述的进水口与引水道连接，所述的引水道与可以产生竖直涡旋水流的竖直圆筒形涡室连接，所述的竖直圆筒形涡室的顶端设置有通气井，所述的竖直圆筒形涡室的底部与竖井的顶端采用收缩段连接，所述的竖井底部与由导流洞改建的出水洞连接，其特征在于，所述的出水洞前段设置形成水垫塘的阻水墩，所述的出水洞的末段设置排气井装置。

2.根据权利要求1所述的泄洪洞，其特征在于，所述的排气井装置包括两个按水流方向排列的第一排气井和第二排气井，所述的第二排气井的中心距到出水洞出水口的距离为1.4倍的竖井直径，所述的第二排气井的中心距到第一排气井的中心距的距离为1.6倍的竖井直径，所述的第一排气井和第二排气井的直径为0.15倍的竖井直径。

3.根据权利要求2所述的泄洪洞，其特征在于，所述的第一排气井与出水洞的顶部连接处的进气口的上游设有集气坎，所述的集气坎的纵向中心剖面为直角三角形，所述直角三角形的长直角边紧贴水洞顶部，所述直角三角形的斜边为迎水面，所述直角三角形的短直角边为背水面，所述集气坎的水平投影为顶角为圆弧的等腰三角形，所述等腰三角形的底边为背水面，所述等腰三角形的圆弧顶角为迎水面。

4.根据权利要求3所述的泄洪洞，其特征在于，所述的集气坎的纵向中心剖面的直角三角形的长直角边为0.4倍的竖井直径，所述直角三角形的短直角边为0.3倍的竖井直径，三角形的短直角边到排气井井口的距离为0.06倍的竖井直径。

5.根据权利要求2所述的泄洪洞，其特征在于，所述的第一排气井与出水洞顶端的连接处的进口为喇叭形，喇叭口的大端设有端盖，所述的端盖上均匀分布多个排气孔。

6.根据权利要求5所述的泄洪洞，其特征在于，所述的第一排气井的喇叭口的大端直径为0.4倍的竖井直径，所述端盖的厚度为0.1倍的竖井直径，端盖上设置五个纵切面为腰型的排气孔，排气孔的腰型最细部直径为0.04倍竖井直径。

7.根据权利要求2所述的泄洪洞，其特征在于，所述的第二排气井与出水洞顶端的连接处的进口为喇叭形，喇叭口的大端设有端盖，所述的端盖设置至少一个直径小于第二排气井直径的排气孔。

8.根据权利要求7所述的泄洪洞，其特征在于，所述的第二排气井的喇叭口的端盖厚度为0.05倍的竖井直径，端盖上设置一个纵切面为腰型的排气孔，所述排气孔的大端直径为0.12倍的竖井直径，腰型最细部位的直径为0.05倍的竖井直径。

9.根据权利要求1-8之一所述的泄洪洞，其特征在于，所述的出水洞的出水口处的顶端设置破气坎，所述的破气坎的纵向中心剖面为直角三角形，所述直角三角形的长直角边紧贴水洞顶部，所述直角三角形的斜边为迎水面，所述直角三角形的短直角边为背水面，所述集气坎的水平投影为顶角为等腰三角形，所述等腰三角形的底边为背水面，所述等腰三角形的顶角为迎水面。

10.一种使用权利要求9所述泄洪洞的排气方法，所述方法的步骤如下：

水流进入泄洪洞进水口的步骤：用于水流平稳流入泄洪洞的进水口，水流中仅带有小量空气；

水流在泄洪洞引水道中流动的步骤：用于水流在引水道中以有压状态流动；

水流进入涡室并产生旋流水流的步骤：用于水流从涡室的竖直圆筒的切线方向进入竖直圆筒中，并在竖直圆筒中形成绕竖井轴的竖直旋转流，竖直旋流在旋转过程中，从有压流引水道涡室顶上的通气井吸入大量空气；

竖直旋流沿竖井下落的步骤：用于水流在涡室中形成竖直旋流后从涡室底部流入竖井中，所述的竖直旋流在竖井上部形成紧贴竖井井壁的旋流，在竖井中轴线处形成旋流空气腔，在竖井的中、下部产生环形水跃和气、水混合体水垫层阻止了下落的水流冲击竖井的底板，同时进行强力的紊动消能，大量空气以气泡形式保持在水流中，水流在竖井底部为高压和脉动压力水流；

其特征在于：

在水垫塘的作用下水流进入出水洞的步骤：用于水流在重力作用下下落至竖井底部，由于在出水洞的进口附近设置了阻水墩，使出水洞的进口段形成水垫塘，水垫塘再次产生强烈的消能作用，并使转弯段出水洞的水流平稳的进入直段的出水洞内；

气泡逐渐析出的步骤：水流在出水洞出口段流动的过程中，水中的气泡逐渐从水中析出，在水面上形成气囊；

集气的步骤：用于在出水洞末段设置集气坎收集气囊中的空气；

排出空气的步骤：用于在集气坎后设置的排气井将气囊中的空气排入大气中，使出水洞中的压力降低；

残余的气囊从出水洞出口排出的步骤：用于在出水口洞顶的破气坎作用下撕开残留的气囊，破坏产生气爆的根源，水流在没有气爆的情况下平稳流入下游。