[实用新型]一种泄洪洞掺气结构

说明书

本实用新型提供了一种泄洪洞掺气结构，包括泄洪洞、通气洞、环形通气管、环形掺气坎和多根通气支管；所述环形掺气坎设于所述泄洪洞的壁面内侧，所述环形通气管设于所述泄洪洞的壁面外侧；所述环形掺气坎的下游设有所述通气洞，所述通气洞与外部大气连通，所述通气洞的出气端与所述环形通气管的进气端连通；所述泄洪洞的底部、侧壁和顶部通过所述多根通气支管与所述环形通气管连通；所述多根通气支管与所述环形掺气坎下游形成的掺气空腔连通。该结构形成多独立通道、多节点、联合补气的立体补气网络，适用泄洪洞的明流和有压流流态；同时该结构简单，施工方便，气流组织顺畅，满足泄洪洞高水头、大流量、长距离和对通风量要求高的特点。

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种泄洪洞掺气结构。

背景技术

对于大型泄洪洞工程而言，当混凝土过流面水流流速达到30m/s时，泄洪洞将面临巨大的空蚀破坏风险。为了减免空蚀破坏风险，在混凝土过流壁面设置掺气减蚀设施是一种经济且有效的技术措施，并得到了大量工程的实践论证。

目前，泄洪洞掺气减蚀设施布置形式大体分为以下三种：底部掺气、侧壁掺气以及底部掺气与侧壁掺气组合布置形式。通过利用挑坎或跌坎的导向作用，使高速水流在挑坎或跌坎的下游侧形成一定长度的稳定掺气空腔或负压空腔，掺气空腔或负压空腔通过连通的通气管道将外部空气吸入到空腔内，水流将空气剪切卷吸入水体内部形成掺气水流，从而达到保护混凝土过流壁面的目的。

现有的泄洪洞底部掺气的通气管道一般布置在洞壁两侧，出气端与挑坎或跌坎下游侧的掺气空腔连通，进气端连通至外部大气或连通至泄洪洞洞顶，现有的掺气减蚀设施仅适用于泄洪洞明流流态的掺气减蚀。

我国新建的泄洪洞大多具有高水头、大流量、长距离。对底部、侧壁和洞顶的通风补气量提出了较高的要求，尤其当泄洪洞洞口水位变幅较大时，泄洪洞可能出现明流流态或有压流流态，然而现有的掺气减蚀设施不能用于泄洪洞有压流流态的掺气减蚀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种泄洪洞掺气结构，能够同时适用泄洪洞的明流流态和有压流流态，以解决泄洪洞进口水位变幅较大，泄洪洞水流可能出现明流流态或有压流流态的问题。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种泄洪洞掺气结构，包括泄洪洞、通气洞、环形通气管、环形掺气坎和多根通气支管；

所述环形掺气坎设于所述泄洪洞的壁面内侧，所述环形通气管设于所述泄洪洞的壁面外侧；

所述环形掺气坎的下游设有所述通气洞，所述通气洞的进气端与外部大气连通，所述通气洞的出气端与所述环形通气管的进气端连通；

所述泄洪洞的底部、侧壁和顶部通过所述多根通气支管与所述环形通气管连通；

所述多根通气支管与所述环形掺气坎下游形成的掺气空腔连通。

上述一种泄洪洞掺气结构当泄洪洞低水位、小流量泄洪时，水流呈现为明流流态，此时的气流组织为：泄洪洞顶部的通气支管及部分高出水面的侧壁通气支管向泄洪洞洞顶补气，水流自由表面卷吸掺气，低于水面的泄洪洞侧壁通气支管向环形掺气坎下游的掺气空腔补气，水流剪切掺气，泄洪洞底部的通气支管向水流底部掺气空腔补气，水流剪切卷吸掺气；当泄洪洞高水位、大流量泄洪时，水流呈现为有压流流态，泄洪洞水流无自由表面，此时的气流组织为：所有通气支管的出气端均处于掺气坎下游的掺气空腔内，外部空气被负压吸入到空腔内补气，在掺气空腔区域的水流呈临空射流水舌形状，水舌外周通过剪切卷吸作用向水体内部掺气；因此，上述一种泄洪洞掺气结构能同时适用泄洪洞的明流流态和有压流流态。

进一步的，所述多根通气支管包括设置在所述泄洪洞左右两端同一高度的若干组第一通气支管、第二通气支管和第三通气支管；所述泄洪洞的底部、侧壁、顶部分别通过所述第一通气支管、第二通气支管、第三通气支管与所述环形通气管连通。