[发明专利]洞内自补气消能方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种洞内自补气消能方法和装置，是一种水工方法和装置，是一种用于旋流竖井泄洪洞在出水洞中的消能方法和装置。

背景技术

将水坝施工中的导流洞改建为泄洪洞的方式即节省人工和资金，施工难度也相对较小，是一种多快好省的施工设计方法。例如中国专利申请《一种旋流环形堰防蚀、消能的泄洪方法及装置》（申请号200910089562.7）所提出的旋流环形堰竖井泄洪洞，可以避免溢流堰和竖井空蚀，泄洪消能效果好，出口下游无雾化现象，避免滑坡，同时，泄洪洞施工简单，经济。但该种泄洪洞的出水洞尚需要解决如何使阻水墩在增加消能的同时又能保证自身的安全问题。为消除阻水墩背水面的具有破坏性的负压涡，以往传统的工程措施是在压板或消力墩背水面的出水洞洞顶，开挖一条通向山上的通气井自然掺气。然而，出水洞通常的位置是在山的深处，与山体表面距离较大。从出水洞顶端向山体表面开挖通气井工程量大，在山顶打井的施工比较困难，同时破坏生态环境，不是一种理想的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种洞内自补气消能方法和装置。所述的方法和装置在出水洞的阻水墩中设置通气管形成自掺气，可以消减阻水墩背水面的负压涡，同时使下游形成稳定的明流流态，消能效果明显。

本发明的目的是这样实现的：一种洞内自补气消能装置，包括：泄洪洞入口，所述泄洪洞入口与连接井的顶端连接，所述的连接井的底部与出水洞连接，所述的连接井与出水洞中设置有阻水墩，所述的阻水墩带有可以将出水洞顶部的气水混合流引导到阻水墩背水面的通气管。

一种使用上述装置的洞内自补气消能方法，所述方法的步骤包括：

水流进入出水洞的步骤：用于水流流入出水洞，水流中携带有大量空气；

水流流过边墩：  

在边墩的作用下水流进入出水洞并消能的步骤：用于水流在进入出水洞后水流中的空气上升，这时水充斥在整个出水洞的截面上，在城门洞型的出水洞的圆弧形顶部空间形成有空气占多数的气水混合流，由于在出水洞的进口附近设置了边墩，利用水流通过边墩后空间突然扩大消除水中能量；

从边墩背水面吸气水混合流的步骤：用于水流在流过边墩后在边墩背水面产生负压，所述的负压通过边墩背水面通气管的支管开口联通到主管，主管在墩顶部的开口端吸取出水洞顶部的气水混合流；

在边墩背水面掺气并消能的步骤：用于出水洞顶部的气水混合流通过边墩通气管的主管到支管被吸到边墩背水面掺入边墩背水面的水流中，使边墩背水面的水流中掺入大量空气，产生防蚀、消能的作用；

水流流过压板：

压板阻止水流增压消能的步骤：用于水流受到压板的阻挡，在压板前形成水垫塘增压消能，之后水流流过压板；

从压板背水面吸气水混合流的步骤：用于水流在流过压板后在压板背水面产生负压，所述的负压通过压板通气管吸取在压板迎水面的气水混合流；

在压板背水面掺气消减负压和增强消能的步骤：用于出水洞顶部的气水混合流通过压板通气管被吸到压板背水面掺入压板背水面的水流中，空气弥散，负压消失形成净水射流，使压板背水面的水流形成稳定的明流流态；

水流排气出水洞的步骤：用于水流以稳定的明流流态从出水洞中排出。

本发明产生的有益效果是：本发明采用在阻水墩内设置通气管的方式，利用阻水墩背水面的负压吸取出水洞顶部的气水混合流进行自掺气的方式，有效的解决了阻水墩背水面的负压涡的问题，使出水洞内水流平稳，消能效果明显。本发明的阻水墩后和水流出出水洞之前即获得了稳定的低流速的明流流态，这对于低尾水位的出水洞十分有意义，可以有效的防止出水洞出口冲蚀和避免发生雾化现象，保护下游生态环境。本发明所述的装置仅仅是简单的在阻水墩中埋设通气管，而阻水墩都是一些设置在出水洞中的简单、易于施工的小型构建物，如：边墩、挑坎、压板、组合墩和分散组合墩等，在这些小型的构建物中埋设的通气管也十分的短小，基本不增加施工难度。相对于传统的从出水洞到大气的通气井施工，工程量大大减小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例二所述装置的边墩结构示意图；

图2是本发明的实施例二所述装置的边墩结构示意图，是图1 C-C向剖面图；

图3是本发明的实施例二所述装置的边墩结构示意图，是图1 B-B向剖面图

图4是传统的通气井补气的压板结构示意图；

图5是本发明的实施例二所述装置的压板结构示意图；