一种突扩突跌掺气坎底板变坡结构的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]贴坡1与贴坡2为了适应不同水位水舌底缘曲线，
[0008]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。
[0009]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】
[0010]图1是未加贴坡时掺气空腔积水流态示意图；
[0011]图2(a)是点连接贴坡剖面示意图；
[0012]图2(b)是点连接贴坡平面示意图；
[0013]图3(a)是曲线连接贴坡剖面示意图；
[0014]图3(b)是图3 (a)中虚线框内放大图；
[0015]图4(a)是贴坡2为正坡结构剖面示意图；
[0016]图4(b)是图4 (a)中虚线框内放大图。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]实施例1
[0019]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。
[0020]实施例2
[0021]贴坡1和贴坡2还可以采用直线或曲线连接。如图3 (a)、图3 (b)所示，与实施例一设置的贴坡结构类似，不同在于贴坡1与贴坡2采用曲线连接，贴坡1与下游底板也采用曲线连接。贴坡1与贴坡2以及贴坡1与下游底板可以采用贴坡本身的结构特征进行衔接(贴坡的衔接处设计成衔接所需形式)，也可以额外采用衔接段进行衔接。
[0022]实施例3
[0023]如图4 (a)、图4 (b)所示，与实施例一设置的贴坡结构类似，不同在于贴坡2坡度为正坡，即其顶面是自上游向下游的斜面，有利于积水流向下游。
【主权项】
1.一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，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。2.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，其特征在于贴坡1与水舌射流冲击落点流速夹角小于等于产生回溯水流的临界夹角值。3.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，其特征在于其特征在于贴坡2高程低于跌坎顶高程。4.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，其特征在于贴坡1与贴坡2的衔接方式为剖面呈点连接、直线连接或凸型曲线连接，贴坡1与下游原底板的衔接方式为剖面呈点连接、直线连接或凹型曲线连接。5.如权利要求1所述的适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，其特征在于贴坡2为平坡或正坡。
【专利摘要】本实用新型公开一种适用于突扩突跌掺气坎底板变坡结构，用以解决掺气空腔回流积水问题。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流速夹角（射流冲击角）小于等于产生回溯水流的临界夹角值；在贴坡1的上游端设置与跌砍后底板衔接的贴坡2，构成底空腔下轮廓线，保证空腔内积水流向下游。本实用新型通过调整贴坡1坡度，使贴坡1与水舌落点的射流冲击角控制在产生回溯水流的临界值之内，可减弱甚至消除回溯水流。抛射水舌与贴坡夹角小，空腔末端狭长，不易产生剪切旋滚水流，同时由于空腔末端压力较小，可及时“吸附”并“带走”已产生积水，达到消除空腔积水的目的。
【IPC分类】E02B8/06
【公开号】CN205100178
【申请号】CN201520830673
【发明人】吴时强, 王芳芳, 王威, 吴修锋, 周杰, 沙海飞, 薛万云, 戴江玉, 曹昊, 陈惠玲
【申请人】水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月23日