[发明专利]一种突扩突跌弧形闸门后侧墙掺气结构

说明书

本发明公开了一种突扩突跌弧形闸门后侧墙掺气结构，属于水利水电领域，包括弧形闸门、边墙、底板、通风井、突扩突跌止水机构和侧墙掺气机构；边墙位于底板两侧，边墙和底板间形成水流通道，弧形闸门安装在水流通道上，通风井位于弧形闸门下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，突扩突跌止水机构位于弧形闸门上游，侧墙掺气机构位于通风井下游的两侧边墙上。本发明提供的侧墙掺气结构，在不扩宽原泄洪洞宽度的条件下，通过在通风井下游的两侧边墙上设置多级呈先向内收缩后侧扩的侧墙，水流通过闸门冲击边墙后，经过多级侧墙，水流充分掺气，侧墙水流不再出现清水区，边墙不再出现空蚀破坏。

技术领域

本发明涉及水利水电领域，尤其涉及一种突扩突跌弧形闸门后侧墙掺气结构。

背景技术

全球自20世纪50年代开始，在高压弧形闸门方面，陆续使用偏心绞弧形工作闸门，并采用突扩迭坎式通气减蚀，如龙羊峡、小浪底、美国德沃歇克、日本二濑等工程。这种弧形闸门将闸门止水与通气孔设施有机结合起来，通过弧形突扩结构形成的侧空腔和迭坎形成的底空腔向水流掺气，防止下游边墙发生空蚀破坏，其布置一般如图4和5所示。

在实际水利枢纽运行过程中，仍然发现有空蚀破坏的现象。以某工程为例，自投产运行以来，泄洪放空洞内已发生多次冲蚀破坏，如图6和7所示，泄洪放空洞内边墙开始发生空蚀破坏的位置距离弧形闸门出口底板位置的水平距离约3m，之后破坏逐渐发展至底板处，破坏较为严重。泄洪放空洞闸门局开时，侧空腔长度很小，掺气效果较差，水流中出现较大区域的清水区；闸门全开时，其侧空腔长度虽略有增加，但是其掺气效果仍旧不理想，水流中清水区仍然很大，如图8-11所示。较大的未掺气清水区使得边墙容易产生空蚀破坏。

针对上述问题，申请号为CN202010686563.6的中国专利，公开了一种侧墙冲击反弹低压区突扩突跌的弧形闸门掺气结构，包括弧形闸门、边墙、底板、通气孔、一次突扩突跌止水结构和二次突扩突跌掺气结构；弧形闸门横置在边墙上，底板位于边墙底端，通气孔位于弧形闸门下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，一次突扩突跌止水结构位于弧形闸门上游，二次突扩突跌掺气结构位于通气孔下游水流冲击区与低压区的交界处，如图12所示。

上述专利提供的弧形闸门掺气结构，边墙在低压区二次突扩，形成一个较长的侧掺气空腔，使原来低压区的水流不再贴着边墙，空化空蚀破坏的起点位于低压区，当水流不再贴着边墙时，即使水流发生空化，边墙也不会发生空蚀破坏。

上述专利中，二次突扩突跌处，突扩的尺寸要求0.5-1m，否则将达不到有效的掺气效果。这一技术对于新建工程非常适用，但是对于已建工程，由于受到闸室结构的影响，无法在冲击区与低压区的交界处突扩0.5-1m，因此，上述发明的方案在很多已建工程中将无法实施。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种突扩突跌弧形闸门后侧墙掺气结构，在不扩宽原泄洪洞宽度的条件下，通过多级相邻的侧墙解决突扩突跌弧形闸门后边墙清水区发生空蚀破坏的问题。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种突扩突跌弧形闸门后侧墙掺气结构，包括弧形闸门、边墙、底板、通风井、突扩突跌止水机构和侧墙掺气机构；

所述边墙位于所述底板两侧，边墙和底板间形成水流通道，所述弧形闸门安装在所述水流通道上，所述通风井位于所述弧形闸门下游且连通下游泄洪后水流顶部的空腔区域，所述突扩突跌止水机构位于所述弧形闸门上游，所述侧墙掺气机构位于所述通风井下游的两侧边墙上。

根据试验研究结果，传统突扩突跌弧形闸门结构的弊端在于侧空腔掺气不足。通过突扩突跌弧形闸门的水流侧向扩散冲击边墙，过接触点后，近壁区水流呈反射状态。冲击区形成高压冲击，之后压力急速下降，压力梯度较大，会导致冲击区后空蚀破坏，如图13所示。由于侧空腔较短，掺气量不足，往往使得低压区水流为清水，掺气浓度达不到减蚀临界值，导致边墙易发生空蚀破坏。本申请通过在通风井下游的两侧边墙上设置有侧墙掺气机构，解决了此缺陷。