[实用新型]高速水流泄洪用防空蚀泄洪洞

说明书

技术领域

本实用新型属于水利水电工程领域，具体涉及一种高速水流泄洪用防空蚀泄洪洞。

背景技术

在水利水电工程领域，高速水流紊动造成水流空化作用对泄洪建筑物过流面的混凝土形成微小冲击力，长期、巨量的微冲击作用易造成泄洪建筑物空蚀破坏。

目前，对于流速在30～40m/s量级的泄洪建筑物的空化空蚀问题已经有比较成熟的经验和工程措施。掺气减蚀技术是一种防止空蚀的有效工程措施，掺气减蚀技术包括合理的体型设计，掺气、补气和通气等设施的合理布置。但是，现有的泄洪建筑物对于洞内流速为50m/s量级的水流而言，防空蚀效果一般。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种有效提高防空蚀效果的高速水流泄洪用防空蚀泄洪洞。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：高速水流泄洪用防空蚀泄洪洞，包括依次相连的前无压隧洞段、龙落尾隧洞段和后无压隧洞段；所述前无压隧洞段的底面和后无压隧洞段的底面均倾斜设置且前端高于后端。

进一步的是，所述后无压隧洞段底面的坡度i≥0.08。

进一步的是，所述龙落尾隧洞段包括依次相连的渥奇曲线段、斜坡连接段和反弧段。

进一步的是，所述渥奇曲线段的走向由以下曲线方程确定；所述曲线方程为：

渥奇曲线段的起始点为曲线方程的原点，渥奇曲线段的终止点为曲线方程上斜率与斜坡连接段的斜率相同的点；

其中，x表示渥奇曲线段上某点到渥奇曲线段起始点的水平距离；y以竖直向下为正方向，表示x所对应点竖直向下的深度；K为安全系数；为流速系数；H₀为渥奇曲线段起始点的有效水头；θ为前无压隧洞段与水平面的夹角。

进一步的是，K值由以下公式确定；

P/(ρv²/2)＝a×ln(K)+b；

其中，P为渥奇曲线段底面纵向中线所受最低压强值；ρ为水的密度；v为泄洪水流流速；a、b均为常系数。

进一步的是，所述反弧段的反弧半径为反弧段水深与反弧段水流速度乘积的2～3倍。

进一步的是，所述渥奇曲线段的末端反弧段的末端均设置有一道掺气结构。

进一步的是，所述斜坡连接段上还设有1～2道掺气结构，且任意相邻的两道掺气结构之间的间距为80m～150m。

进一步的是，所述掺气结构包括气坎隧洞、设置于气坎隧洞两侧侧壁内部的通气井、设置于气坎隧洞两侧侧壁表面的边墙折流掺气坎以及设置于气坎隧洞底面上的底板掺气坎；所述通气井的出口设置在气坎隧洞侧壁的底部，并位于边墙折流掺气坎和底板掺气坎的末端。

进一步的是，所述通气井的进口高于气坎隧洞内的水面线；所述龙落尾隧洞段上还设置有连通掺气结构与外界大气的补气洞，所述补气洞为两条以上。

本实用新型的有益效果是：

1)、前无压隧洞段的底面倾斜设置，可控制前无压隧洞段内的过流流速小于30m/s，降低水流空化作用；后无压隧洞段的底面倾斜设置，可控制掺气结构空腔回水，减少底空腔内积水，有效掺气从而增加龙落尾隧洞段的掺气浓度，提高了该泄洪洞的防空蚀效果。

2)、后无压隧洞段底面的坡度i≥0.08时，其控制空腔回水的效果最好，增加的掺气浓度最高，进一步提高了该泄洪洞的防空蚀效果。

3)、通过曲线方程合理的设置渥奇曲线段、斜坡连接段和反弧段的体型，保证龙落尾隧洞段在各种水头下工作时水流流态稳定，压强梯度小，不出现负压，避免了空蚀破坏，且方便设置掺气减蚀结构，并能充分发挥掺气减蚀结构的作用。

4)、通过公式能够合理的确定K值，进而可以针对不同的来流量及水头对渥奇曲线段的体型进行针对性设置，确保龙落尾隧洞段在各种水头下工作时始终不出现负压，使该泄洪洞的防空蚀效果更好。

5)、通过水流水深和流速可定量确定合理的反弧段半径，减小压强梯度，进一步提高了该泄洪洞的防空蚀效果。

6)、通过在防空蚀关键点合理的设置多个掺气结构，加强了掺气水流对过流表面的减蚀效果，防止过流表面发生空蚀破坏，有利于泄洪洞的安全运行。

7)、边墙折流掺气坎和底板掺气坎能够挑射流并对全断面水流充分掺气，有效防止了水流的空蚀作用。

8)、补气洞不仅能提高泄洪洞余幅内的气流压力和改善余幅气流速度分布，对水流的稳定有利，而且能增加掺气坎下游的水流掺气浓度。

附图说明

图1是本实用新型的实施结构示意图；

图2是掺气结构的横截面示意图；