[实用新型]一种侧壁掺气坎及其设置有侧壁掺气坎的明流隧洞

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利工程的泄洪消能领域，特别涉及一种侧壁掺气坎及其设置有侧壁掺气坎的明流隧洞。

背景技术

高水头低位泄洪洞在压力洞向明流洞过渡段为配合闸门止水设计一般采用突扩突跌掺气坎的衔接型式。对于突扩突跌掺气坎的衔接型式，由于闸门出口处水流流速高，且前后宽度不同，水流由压力流向明流过渡的过程中，必然伴随着水力特性的剧烈调整。突扩突跌掺气坎的衔接型式的缺点在于：弧门局部开启时水流流态差，侧面水流掺气困难，掺气设施两侧边墙存在清水带，容易发生空蚀破坏，不利于泄洪洞的安全。如龙羊峡底孔、紫坪铺冲沙放空洞在运行过程中都出现了不同程度的空蚀破坏。为了避免空蚀破坏，在突扩突跌掺气坎后增设过渡段，来做进一步的水力调整。

目前压力隧洞出口突扩突跌掺气坎后直接与明流隧洞相连接，或者是增设一定长度的渐扩段过渡衔接。

如图1所示，是现有技术中压力隧洞连接宽度不变的明流隧洞的结构示意图。压力隧洞1与宽度不变的明流隧洞2相连接。对于该连接型式，其突扩宽度是该体型的主要参数。合适的突扩宽度可保证水流流态良好，有利于水流掺气，实现泄洪洞水流由有压向无压的良好过渡。过大的突扩宽度导致侧向扩散水流对边壁的冲击角偏大，不仅引起流态恶化，还影响侧壁掺气效果，不利于泄洪洞的安全运行。而过小的突扩宽度导致侧空腔太小，通气不畅，影响水流掺气，还可能形成负压区。水流侧向冲击边墙产生的反弹折流作用容易发生水流分离现象，导致存在负压区，这种水流条件下容易诱发空化水流，同时由于边墙冲击区压力升高妨碍水流挟气，影响侧壁水流掺气效果，不能对边墙形成有效的掺气保护。

如图2所示，是现有技术中压力隧洞连接含渐扩段的明流隧洞的结构示意图。压力隧洞1与含渐扩段的明流隧洞3相连接。对于该连接型式，渐扩段的扩散角是设计中的重要参数。合理的扩散角有利于水流平稳过渡，而不当的扩散角很容易引起高速水流的边壁分离现象，诱发空蚀破坏。由于扩散角受具体工程布置等多种因素限制，出于各自水力条件、运行特点、工程布置等因素考虑，工作弧门和下游明流段的宽度可能不同，选择合适的扩散角以适应不同的水力运行条件有一定难度。因此在实际应用中，多选用压力隧洞1出口突扩突跌掺气坎后直接与宽度不变的明流隧洞2相连接的型式。

现有技术中的连接形式在闸门局部开启时侧空腔短，水翅强，而且受闸门底缘作用，水流封堵侧空腔，减弱侧壁掺气效果，侧空腔后往往存在大面积掺气盲区，容易发生空蚀风险，影响泄洪洞安全。以某工程冲沙放空洞为例，工作闸门出口下游设计体型不善引起水流分离使边墙局部压力陡然降低并发生空化水流；而突扩突跌掺气坎后侧空腔较短，边墙附近水流掺气能力不足，不能对边墙提供有效的掺气减蚀保护。以上两个因素是闸室出口两侧边墙容易发生空蚀破坏的主要原因。目前没有很好的解决压力隧洞与明流隧洞连接后水流流态差、掺气困难、边壁容易发生空化空蚀问题的办法。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种侧壁掺气坎及其设置有侧壁掺气坎的明流隧洞，其能有效的解决现有技术中压力隧洞连接明流隧洞后水流流态差、掺气困难、边壁容易发生空化空蚀及闸门不能局部开启运行的问题。

技术方案如下：

一种侧壁掺气坎，所述侧壁掺气坎为五面体，所述五面体结构包括，上表面、下表面、左侧面、右侧面和背面；所述上表面和下表面均为直角梯形，所述左侧面和右侧面均为直角三角形，所述背面为长方形。

进一步，还包括长方体，所述长方体设置在所述五面体的背面位置。

进一步，还包括底板，所述底板设置在所述长方体和五面体的下部。

进一步，掺气坎沿流向倾斜比的取值范围在0.5～1之间；侧向收缩比的取值范围在0.05～0.125之间。

一种设置有侧壁掺气坎的明流隧洞，所述明流隧洞包括宽度不变的明流隧洞和含二次突扩段的明流隧洞，其特征在于：所述侧壁掺气坎设置在所述宽度不变的明流隧洞起始部位的两侧，或者所述侧壁掺气坎设置在所述含二次突扩段的明流隧洞二次突扩部位的两侧；所述侧壁掺气坎为五面体，所述五面体结构包括，上表面、下表面、左侧面、右侧面和背面；所述上表面和下表面均为直角梯形，所述左侧面和右侧面均为直角三角形，所述背面为长方形

进一步，还包括长方体，所述长方体设置在所述五面体的背面位置。