[发明专利]新型掺气设施

摘要

新型掺气设施，涉及水利水电工程领域，尤其是一种有效减轻过流表面的空化、冲蚀问题，且适用于任意水流条件下的新型掺气设施。本发明的新型掺气设施，设置在泄水建筑物过流面受保护段的上游，其特征在于该掺气设施沿水流方向由依次相接的上游挑坎段和掺气槽组成，掺气槽内顺序设置掺气槽上游壁面、掺气槽底板、掺气槽下游连接过渡段壁面，掺气槽两侧侧壁上还设置有补气孔。本发明的新型掺气设施，设计科学合理，与现有掺气设施相比，能显著弥合空腔高度不足致使掺气减蚀效果不理想与挑坎高度过大导致水舌越出边墙高度外溢的冲突，并能减缓出射水流对下游的扰动，维持流态平顺，更重要的是还能有效减轻过流表面的冲蚀、空化问题，保护结构安全。

主权项

1.一种新型掺气设施，设置在泄水建筑物过流面受保护段的上游，其特征在于该掺气设施沿水流方向由依次相接的上游挑坎段和掺气槽组成，掺气槽内顺序设置掺气槽上游壁面、掺气槽底板、掺气槽下游连接过渡段壁面，掺气槽两侧侧壁上还设置有补气孔，其中：上游挑坎段是一个设置在泄水建筑物过流面的挑坎，使泄洪水流上挑，形成掺气空腔，掺气空腔与补气孔连通；挑坎尺寸按照抛射体理论计算，挑射水舌下缘挑距不小于掺气槽的纵向尺寸，挑坎末端的高度由水面流线抛射高度不超过边墙顶部，且低于边墙顶部0.3m~0.5m；挑坎坡度i的计算公式为i=1:（0.4~1.0）V其中V为挑坎设置断面水流的平均速度；掺气槽上游壁面设置为垂直跌落或斜坡段，掺气槽上游壁面底部与补气孔底部相切，掺气槽上游壁面倾斜度与溢流面倾斜度比值为4:1.5，掺气槽上游壁面顶部与上游挑坎段连接；掺气槽底板与泄水建筑物过流面平行，其纵向长度不小于掺气空腔的最小长度，掺气槽底板与水流的过流面底部间距为1.5m；掺气槽下游连接过渡段壁面为1/4椭圆曲线，与泄水建筑物过流面下游底板相切，保证在任意水流条件水舌均落入该曲线或曲线下游；由于曲线形成陡坡不会有空腔积水回水，且因曲线以及曲线与下游底板的连接均是光滑的，不会发生空化；掺气槽下游壁面与下游底板平顺连接，出射水流流态稳定，对下游水流的扰动小；掺气空腔的长度根据各种工况下的模型试验水力学参数测量成果确定，或者根据水舌最下缘流体微团抛射长度确定，水舌最下缘流体微团抛射长度可以按照抛射体公式进行计算；掺气槽底板比水流的过流面底部间距为1.5m，有效增大了掺气空腔的高度，还能够确保挑坎水流不会封堵补气孔，能够保证有效的掺气量，同时补气孔尺寸小于该间距，可减小掺气挑坎的高度。