[发明专利]消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程中消除泄洪洞底板负压的措施，更为具体地说是消除高佛汝德数泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的措施。

背景技术

泄洪建筑物是水电站的重要组成部分，占其总投资的1/3左右，所以泄洪建筑物的运行安全对于整个水电站枢纽来说十分重要。目前主要的泄洪建筑物包括坝身溢洪道(溢流孔)、岸边溢洪道(泄洪洞)及放空洞等。对于岸边泄洪洞，为了减小开挖投资，通常根据实际地形将其底坡体型布置为变坡曲线的衔接形式。当采取底流消能时，为了减小水流入池(消力池)单宽功率以降低下游消能压力，泄洪洞出口至消力池段通常设计为渐扩形式，并以此来减小入池单宽流量和增加消能率，从而节省消力设施的投资。

从泄洪洞出口至消力池之间的扩散变坡段，高水头泄洪洞水流速度可达到35m/s以上，这种高流速、浅水深和大底坡梯度(即高佛汝德数)的水流，容易导致扩散变坡段底板在一定范围形成局部负压区(且负压值相对较大)，该负压区在底板扬压力和负压吸力的共同作用下，容易导致泄洪洞的底板破坏，从而影响整个泄水建筑物的安全。

直到本发明完成之前，发明人还未发现在泄洪洞出口急流扩散变坡段采用本发明提出的消减泄洪洞出口急流扩散变坡段底板负压的措施。

发明内容

本发明针对底流消能型式的高佛汝德数泄洪洞急流扩散变坡段底板易发生负压破坏，提出了在该扩散变坡段内适当部位设计平压设施，以消除该负压区在底板扬压力和负压力的共同作用下产生的底板负压破坏。

本发明的基本思想是在泄洪洞急流扩散变坡段底板负压产生部位前设置跌坎，以使底部水流发生分离而形成平压空腔，平压空腔通过平压孔与大气连通，以消除泄洪洞急流扩散变坡段的底板负压，保护泄洪洞设施的安全。

本发明公开的消除泄洪洞急流扩散变坡段底板负压的设施，包括设置在泄洪洞扩散段底板负压区之前的跌坎和设置在跌坎两端位于泄洪洞侧墙外的平压孔，泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔通过平压孔与大气连通，即平压孔穿过泄洪洞侧墙与跌坎底板上方空间连通。

本发明公开的消除泄洪洞出口急流扩散变坡段底板负压的设施，既可适用于急流扩散变坡段底板为抛物线型的泄洪洞，也可适用于急流扩散变坡段底板为渥奇曲线后衔接反弧曲线型的泄洪洞，同样也适用于急流扩散变坡段底板为前部缓坡后衔接陡坡型的泄洪洞。当泄洪洞急流扩散变坡段底板为抛物线型时，所述跌坎宜设计为垂直跌坎；当泄洪洞急流扩散变坡段底板为渥奇曲线后衔接反弧曲线型时，所述跌坎宜设计为坎槽结合型；当泄洪洞急流扩散变坡段底板为前部缓坡后衔接陡坡型时，可通过增大跌坎下游底板坡度以增大下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔长度。

在本发明的上述技术方案中，当泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面不能覆盖泄洪洞扩散段底板负压区时，可通过在跌坎前设计一高度不大于0.30m的挑坎，以增大泄洪洞下泄水流经跌坎产生的射流面与跌坎底板面之间形成的空腔范围，即增大下泄水流经跌坎产生的射流面长度。挑坎的高度最好是在0.10～0.20m范围。

在本发明的上述技术方案中，跌坎高度最好控制在0.30～1.00m范围。平压孔的出口位置可位于泄洪洞侧墙外，也可设置在泄洪洞侧墙适当的部位。平压孔可按单宽通气量12～15m³/(s.m)，风速小于60m/s来设计。平压孔尺寸由跌坎高度、跌坎挟气能力和底板负压范围等因素决定，其断面积A_α可由下述公式计算。

式中：

Q_a-总通气量，Q_a＝Bq_a，m³/s；

Q_a-单宽通气量，qa=0.023μ1Lccosα,m3/(s.m)]]>