[实用新型]一种突扩突跌掺气坎底板变坡结构

说明书

技术领域

本实用新型属于水利水电工程技术领域，涉及一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，可有效解决突扩突跌掺气坎空腔回流积水问题。

背景技术

隧洞泄洪在水利水电工程中被广泛采用，由于泄洪隧洞一般单宽流量大、流速较高，容易产生空化空蚀现象，需要设置掺气减蚀设施。根据布置形式不同，掺气设施可分为坎式、槽式、突扩突跌式和混合式等。泄洪隧洞弧形闸门后考虑止水和掺气功能，常采用两侧突扩、底板突跌掺气方式，跌坎后常为坡度不变的小底坡衔接。对于突扩突跌型掺气坎，水舌突扩后沿竖直和水平两个方向扩散，可形成相互贯通的底空腔和侧空腔，使水流掺气，对下游固壁形成掺气保护。但一般情况下，如图1所示，弧门跌坎后底板多采用一坡到底或在下游坡度有变化，跌坎后一段长度范围内底板坡度不变。当跌坎后底坡较缓，过坎水流Fr数小时，水舌与固壁之间射流冲击角（即射流冲击角）较大，易在水舌与固壁接触点处形成回溯水流，回溯水流在底空腔形成积水和局部旋滚，积水水面波动，严重时可将空腔淹没，形成淹没旋滚。在这种情况下，跌坎不但失去掺气功能，而且在其下游形成强剪切流，极易产生空化空蚀。

发明内容

本实用新型提出一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，可有效解决突扩突跌掺气坎空腔回流积水问题，其结构简单、通用性强、掺气空腔稳定且无积水。

本实用新型适用于突扩突跌掺气坎的底板变坡结构，其特征在于包括贴坡1和贴坡2，所述贴坡1设置在水舌射流冲击落点处，贴坡1比原底板坡度大，贴坡2设置在贴坡1的上游端，与跌坎衔接，构成底空腔下轮廓线，使空腔积水流向下游。

底空腔内积水由抛射水舌冲击侧墙和底板回溯旋滚水流产生，侧空腔溅水也流入底空腔，因此底空腔内积水产生和产生的积水能否被主流及时“带走”直接关系到掺气坎掺气效果。本实用新型在水舌射流冲击落点处人为设置比原底板坡度陡的贴坡1，通过调整贴坡1坡度，使贴坡1与水舌落点水流夹角（射流冲击角）小于产生回溯水流的临界值，可减弱甚至消除回溯水流。抛射水舌与贴坡射流冲击角小，空腔末端狭长，不易产生剪切旋滚水流，同时由于空腔末端有负压，可及时“吸附”并“带走”已产生积水，达到消除空腔积水的目的。贴坡1坡度可由抛射水舌底缘抛物线来确定，可适应不同水位条件下水舌与贴坡1射流冲击角最小为宜，一般不超过产生回溯水流的临界夹角，贴坡1上游端高程需满足贴坡2为正坡或者平坡条件，使较低水位抛射水舌下缘能与贴坡1相切，具体尺寸需由模型试验确定。

贴坡2设置为正坡或平坡，主要用来及时排空空腔积水，使贴坡2以上水体能够无约束地流向下游。贴坡2是形成的稳定底空腔的下轮廓线，高程不宜超过跌坎顶高程，需留出一定掺气空腔高度。

贴坡1与贴坡2为了适应不同水位水舌底缘曲线，

可根据掺气效果选择剖面图呈点或线或凸型曲线（圆弧、抛物线或多次曲线）连接，点或线连接即平面图为两贴坡呈直线或平面连接，但最好采用曲线（圆弧或抛物线或多次曲线）连接，适应水位范围更广。

贴坡1与下游原底板连接段为了平顺水流，改善底板受力状态，可采用剖面图呈点或线或凹型曲线（圆弧、抛物线或多次曲线）连接。

附图说明

图1是未加贴坡时掺气空腔积水流态示意图；

图2（a）是点连接贴坡剖面示意图；

图2（b）是点连接贴坡平面示意图；

图3（a）是曲线连接贴坡剖面示意图；

图3（b）是图3（a）中虚线框内放大图；

图4（a）是贴坡2为正坡结构剖面示意图；

图4（b）是图4（a）中虚线框内放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细地描述本实用新型。

实施例1

如图2（a）、图2（b）所示，一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，在水舌射流冲击落点处设置比底板坡度大的贴坡1，贴坡1与水舌射流冲击落点处流速夹角小于产生回溯水流的临界夹角值。在紧邻贴坡1的上游端设置与跌坎后底板衔接的水平贴坡2（坡度为0），保证空腔积水流向下游。贴坡2高程低于跌坎顶高程0.5m~3m。贴坡1与贴坡2点连接（剖面图上为衔接点，平面图上为连接线），贴坡1与下游底板点连接。

实施例2