高速水流泄洪用防空蚀泄洪洞的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于水利水电工程领域，具体设及一种高速水流泄洪用防空蚀泄洪 桐。
【背景技术】
[0002] 在水利水电工程领域，高速水流素动造成水流空化作用对泄洪建筑物过流面的混 凝±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。
[0003] 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。渗气减蚀技术是一种防止空蚀的有效工程措施，渗气减蚀技术包括合 理的体型设计，渗气、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桐内流 速为50m/s量级的水流而言，防空蚀效果一般。 【实用新型内容】
[0004] 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 用防空蚀泄洪桐。
[0005] 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 桐，包括依次相连的前无压隧桐段、龙落尾隧桐段和后无压隧桐段;所述前无压隧桐段的底 面和后无压隧桐段的底面均倾斜设置且前端高于后端。
[0006] 进一步的是，所述后无压隧桐段底面的坡度i ^ 0.08。
[0007] 进一步的是，所述龙落尾隧桐段包括依次相连的渥奇曲线段、斜坡连接段和反弧 段。
[000引进一步的是，所述渥奇曲线段的走向由W下曲线方程确定;所述曲线方程为：
[0010] 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；
[0011] 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;yW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;化为渥奇曲线段起始 点的有效水头;e为前无压隧桐段与水平面的夹角。
[0012] 进一步的是，K值由W下公式确定；
[0013] P/(pv^2)=aXln 化)+b;
[0014] 其中，P为渥奇曲线段底面纵向中线所受最低压强值;P为水的密度;V为泄洪水流 流速;a、b均为常系数。
[0015] 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。
[0016] 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渗气结构。
[0017]进一步的是，所述斜坡连接段上还设有I~2道渗气结构，且任意相邻的两道渗气 结构之间的间距为8 Om~15 Om。
[0018] 进一步的是，所述渗气结构包括气坎隧桐、设置于气坎隧桐两侧侧壁内部的通气 井、设置于气坎隧桐两侧侧壁表面的边墙折流渗气坎W及设置于气坎隧桐底面上的底板渗 气坎;所述通气井的出口设置在气坎隧桐侧壁的底部，并位于边墙折流渗气坎和底板渗气 坎的末端。
[0019] 进一步的是，所述通气井的进口高于气坎隧桐内的水面线;所述龙落尾隧桐段上 还设置有连通渗气结构与外界大气的补气桐，所述补气桐为两条W上。
[0020] 本实用新型的有益效果是：
[0021] 1)、前无压隧桐段的底面倾斜设置，可控制前无压隧桐段内的过流流速小于30m/ S，降低水流空化作用；后无压隧桐段的底面倾斜设置，可控制渗气结构空腔回水，减少底空 腔内积水，有效渗气从而增加龙落尾隧桐段的渗气浓度，提高了该泄洪桐的防空蚀效果。
[0022] 2)、后无压隧桐段底面的坡度i> 0.0別寸，其控制空腔回水的效果最好，增加的渗 气浓度最高，进一步提高了该泄洪桐的防空蚀效果。
[0023] 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 尾隧桐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， 且方便设置渗气减蚀结构，并能充分发挥渗气减蚀结构的作用。
[0024]4)、通过公式能够合理的确定K值，进而可W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，确保龙落尾隧桐段在各种水头下工作时始终不出现负压，使该 泄洪桐的防空蚀效果更好。
[0025]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 高了该泄洪桐的防空蚀效果。
[0026] 6)、通过在防空蚀关键点合理的设置多个渗气结构，加强了渗气水流对过流表面 的减蚀效果，防止过流表面发生空蚀破坏，有利于泄洪桐的安全运行。
[0027]7)、边墙折流渗气坎和底板渗气坎能够挑射流并对全断面水流充分渗气，有效防 止了水流的空蚀作用。
[0028] 8)、补气桐不仅能提高泄洪桐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，而且能增加渗气坎下游的水流渗气浓度。
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型的实施结构示意图；
[0030] 图2是渗气结构的横截面示意图；
[0031 ]图3是渗气结构的轴侧示意图；
[0032] 图中标记为:前无压隧桐段1、龙落尾隧桐段2、渥奇曲线段21、斜坡连接段22、反弧 段23、后无压隧桐段3、渗气结构4、气坎隧桐41、通气井42、边墙折流渗气坎43、底板渗气坎 44、泄洪桐出口挑坎5和补气桐6。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0034]如图I所示，高速水流泄洪用防空蚀泄洪桐，包括依次相连的前无压隧桐段1、龙落 尾隧桐段2和后无压隧桐段3;所述前无压隧桐段1的底面倾斜设置，且前无压隧桐段1底面 的前端高于后端;所述后无压隧桐段3的底面倾斜设置，且后无压隧桐段3底面的前端高于 后端。其中，前无压隧桐段1的长度大于后无压隧桐段3的长度;通常，前无压隧桐段1根据泄 洪桐立面的布置、过流流速情况选择合理的坡度，W保证将该段过流流速控制在30m/sW内 为准。后无压隧桐段3的长度主要由桐口位置及桐室围岩上覆厚度确定，越短越好;优选的， 后无压隧桐段3底面的坡度i ^ 0.08;当后无压隧桐段3底面的坡度i ^ 0.08时，后无压隧桐 段3可有效控制设置于龙落尾隧桐段2内的渗气结构空腔回水，减少底空腔内积水，有效渗 气从而增加龙落尾隧桐段2的渗气浓度，提高了该泄洪桐的防空蚀效果。
[0035]具体的，再如图1所示，所述龙落尾隧桐段2包括依次相连的渥奇曲线段21、斜坡连 接段22和反弧段23。
[0036]为了避免在水头作用下产生负压，降低水流空蚀，并充分发挥渗气减蚀结构的作 用，所述渥奇曲线段21的走向由W下曲线方程确定;所述曲线方程为：
[0038]渥奇曲线段21的起始点为曲线方程的原点，渥奇曲线段21的终止点为曲线方程上 斜率与斜坡连接段22的斜率相同的点，如图1所示；
[0039]其中，X表示渥奇曲线段21上某点到渥奇曲线段21起始点的水平距离;yW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；梦为流速系数;册为渥奇曲线 段21起始点的有效水头；0为前无压隧桐段1与水平面的夹角。曲线方程所确定的渥奇曲线 段21体型更为合理，保证了龙落尾隧桐段2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。
[0040]对于K值，应根据工程和水力指标选定，在实际工程中，K的取值范围较大。一般说 来，渥奇曲线段21越胖，对水流流态和压强梯度的影响就越小。作为本实用新型的一种优选 方案，K值由W下公式确定；
[0041 ] P/(pv^2)=aXln化)+b;
[0042] 其中，P为渥奇曲线段21底面纵向中线所受最低压强值;P为水的密度;V为泄洪水 流流速;a、b均为常系数。a和b的值可查表得到，例如：
[0043]公式中的系数和临界安全系数
[0045] 注:K〉K0时不出现负压。
[0046] 斜坡连接段22的作用是平顺连接渥奇曲线段21和反弧段23,如果确定了渥奇曲线 段21的体型或斜坡连接段22的起点，斜坡连接段22越缓，反弧段23需要过渡的坡度越小，采 用同样大小半径的反弧段23去连接斜坡连接段22和后无压隧桐段3,需要的反弧长度越小。 而且，斜坡连接段22坡度越缓，水流降落相同的高程，流程越长，沿程水头损失越大，流速增 加幅度变小；同时，相同流量下，较缓的斜坡连接段22某一高程断面水深h较大，坡度的余弦 值也大，对应的动水压强hcos0就大，水流空化数大。
[0047] 反弧段23的反弧半径增大，水流空化数并不明显减小，但压力梯度却明显减小，而 离屯、力的减小(气泡溢出速度减小)和压力梯度的减小对于安全是有利的，因此反弧半径应 适当加大；作为本实用新型的一种优选方案，所述反弧段23的反弧半径为反弧段23水深与 反弧段23水流速度乘积的2~3倍。反弧段23的选择还应该考虑：渥奇曲线段21与斜坡连接 段22的衔接，方便设置渗气减蚀结构，并能充分发