[发明专利]一种高速水流隧洞的补气系统及其通气量控制方法

权利要求书

1.一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：所述补气系统包括水体掺气减蚀补气设施及对于被高速水流拖曳带走空气的补气设施，水体掺气减蚀补气设施与对于被高速水流拖曳带走空气的补气设施互相隔离；

其中，水体掺气减蚀设施沿隧洞长度方向设置多道，各道水体掺气减蚀设施的补气通道通过其专门的补气洞或补气井与外界大气连通，实现对水体掺气减蚀设施的独立洞外补气，水体掺气不减蚀受洞顶水汽的影响；

对于高速水流拖曳带走空气的补气设施通过其专门的洞顶补气通道而与外界大气连通。

2.根据权利要求1所述的一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：所述水体掺气减蚀补气设施采用掺气坎，所述掺气坎采用跌坎或挑坎与跌坎组合，所述掺气坎还可配置有侧壁突扩结构，高速水流经过掺气坎后在水体底部形成一定长度的空腔，空腔内为较低的负压。

3.根据权利要求1所述的一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：所述水体掺气减蚀设施的补气通道，由掺气坎后空腔、通气孔、所述补气井或补气洞组成；所述通气孔位于掺气坎后空腔一侧，通气孔与补气井或补气洞连通，当隧洞埋深较小时，补气井直接与外界大气连通，当隧洞埋深较大时，补气井通过补气洞与外界大气连通。

4.根据权利要求1所述的一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：水体掺气减蚀的补气控制方法是利用掺气坎后的底部空腔的负压与洞外大气之间的压力差，通过所述掺气减蚀补气通道将外界空气自动吸入水流底部空腔，使水体掺气充分。

5.根据权利要求1所述的一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：对于所述高速水流拖曳带走空气的补气设施，包括：在所述隧洞的工作闸门后和高速水流段的水体之上设置的补气通道，所述补气通道通过通气井与外界大气连通；当隧洞埋深较大时，所述通气井再通过通气洞与外界大气连通。

6.根据权利要求1或5所述的一种高速水流隧洞的补气系统，其特征在于：高速水流拖曳带走空气的补气控制方法是：当洞顶空气被高速水流拖曳带走后，洞顶气压降低，与外界形成压力差，通过洞顶补气通道自动将外界空气吸入洞内。

7.高速水流隧洞补气系统的通气量控制方法，其特征在于，它对水体掺气减蚀补气采取由外界大气供气，并独立于高速水流拖曳带走空气的洞顶补气之外，并且，高速水流拖曳带走空气的补气也采用外界大气供气，两者通气量互不影响；所述高速水流隧洞补气系统采用权利要求1所述的一种高速水流隧洞的补气系统，洞顶补气通道的通气量按照高速水流拖曳带走的空气量Qa计算，为隧洞水流流量Qw的18％～33％，洞顶补气通道的断面面积Ac＝(18％～33％)·Qw/Vc；若洞顶补气通道的风速Vc大于阈值，易导致闸门和结构振动及有害啸叫，则调整洞顶补气通道的断面面积Ac使之风速小于阈值。

8.如权利要求7所述的高速水流隧洞补气系统的通气量控制方法，其特征在于所述阈值为50～60m/s。

9.权利要求7所述的高速水流隧洞补气系统的通气量控制方法，其特征在于，必须将洞内水流与空气交界面处两种介质流速视为相等，交界面的空气流速Va’＝水面流速Vw’；由此推断高速水流拖曳带走的空气量Qa为隧洞水流流量Qw的18％～33％。