一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α≥150°時(shí)，后直線坡頂端通過一段水平線或斜向上的折線交于挑坎的末端向下的垂線形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽；當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α＜150°時(shí)，后直線坡頂端先通過一段斜向上的曲線連接一段水平線或斜向上的折線，然后水平線或斜向上的折線交于挑坎的末端向下的垂線形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽。本發(fā)明體型簡單，易施工，空腔大，摻氣足，挑坎段泄槽流態(tài)好。
【專利說明】一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種摻氣槽設(shè)置方法，具體的說是一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泄水建筑物高速水流泄槽，從進(jìn)口到出口因地形地質(zhì)原因，或流態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，變坡是一種常用坡度銜接的布置方式。如泄洪洞進(jìn)口位置較高時(shí)，無論用龍?zhí)ь^或龍落尾方式，均有一段由較緩底坡變?yōu)檩^陡底坡的現(xiàn)階段，同樣在溢洪道泄槽中，一坡到底較少，比較多的是由緩坡變?yōu)槎钙碌脑O(shè)計(jì)方法。眾所周知，摻氣槽是高速水流減少空化空蝕的有效手段。通常泄槽底坡不變時(shí)，摻氣槽只要通過摻氣槽體形變化與優(yōu)化達(dá)到通氣足、空腔長、摻氣濃度滿足防止空化空蝕要求的效果，同時(shí)也能達(dá)到坎后泄槽流態(tài)平穩(wěn)的目的。
[0003]對(duì)于由緩底坡變?yōu)槎傅灼裸暯佣卧O(shè)置的摻氣槽，除摻氣槽體形要適應(yīng)變坡的特點(diǎn)夕卜，還需對(duì)變坡點(diǎn)區(qū)域內(nèi)底板形狀加以優(yōu)化。變坡分為兩種情況:一種變坡交點(diǎn)前后段均為直線，另一種變坡交點(diǎn)前段底板前為直線，交點(diǎn)之后底板為渥奇曲線或其他形狀連接曲線。底坡變化點(diǎn)亦是曲率的畸變點(diǎn)，水流特別是高速水流流動(dòng)時(shí)易發(fā)生脫離邊壁現(xiàn)象而產(chǎn)生低壓區(qū)或負(fù)壓區(qū)，導(dǎo)致水流發(fā)生空化，以致空蝕。摻氣槽作為防止空化空蝕的一種設(shè)施，也因?yàn)樽兤聯(lián)綒獠鄣捏w型相對(duì)常規(guī)體型要復(fù)雜些。
[0004]當(dāng)前我國高壩水庫大量建設(shè)，泄水建筑物的高速水流水力學(xué)問題是必然要有效解決的技術(shù)問題，同時(shí)亦要求措施易于實(shí)現(xiàn)以及便于施工和管理，在泄水建筑物中溢洪道、溢流壩及泄水隧洞中，高速水流空化空蝕，就是這類嚴(yán)重的需有效解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，體型簡單，易施工，空腔大，摻氣足，挑坎段泄槽流態(tài)好。
[0006]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0007]一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，該高速水流泄槽底坡包括位于上游的前直線坡和位于下游的后直線坡，且前直線坡高于后直線坡并形成由緩變陡的結(jié)構(gòu)，前直線坡的長度il小于后直線坡的長度i2，前直線坡末端接有挑坎；
[0008]當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α >150°時(shí)，后直線坡頂端通過一段水平線或斜向上的折線交于挑坎的末端向下的垂線形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽；
[0009]當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α <150°時(shí)，后直線坡頂端先通過一段斜向上的曲線連接一段水平線或斜向上的折線，然后水平線或斜向上的折線交于挑坎的末端向下的垂線形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽；
[0010]摻氣槽的槽深h2為挑坎末端與水平線或斜向上的折線之間的垂直距離，槽深h2為I?IOm ；[0011]通過調(diào)整摻氣槽上游前直線坡結(jié)束點(diǎn)和摻氣槽下游后直線坡起始點(diǎn)相對(duì)高差和水平距離以及摻氣槽的坎下槽底的形狀，達(dá)到摻氣空腔最長最大，摻氣量最足，使挑坎下水流下緣水面線與摻氣槽下游底坡交角最小，沖擊下游底板作用弱化到最小；所述相對(duì)高差是5?IOm,所述水平距離是30?50m。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
[0013]前述的高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，其中曲線為拋物曲線，曲線表達(dá)式為:y=0.05x+0.00425x2，或曲線表達(dá)式:y=0.023x+0.0025x2 ;以水平線或斜向上的折線與拋物曲線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，作水平線為橫坐標(biāo)X。
[0014]前述的高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，其中挑坎的坎高h(yuǎn)i為挑坎的末端至坡底的垂直距離，坎高h(yuǎn)i為0.3?1.5m。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明變底坡?lián)綒怏w形及布置，體型簡單，易施工，空腔大，摻氣足，挑坎段泄槽流態(tài)好。本發(fā)明摻氣槽的設(shè)置方法是解決高速水流空蝕空化有效可行的方法，而常規(guī)通用挑坎體形和布置方法適用于不變底坡的條件，而本發(fā)明適用于變坡?lián)綒獠邸?br> [0017]由于本發(fā)明不僅優(yōu)化挑坎形狀，保證坎下泄槽流態(tài)好，而且調(diào)整摻氣槽上游坡結(jié)束點(diǎn)和摻氣槽下游坡起始點(diǎn)相對(duì)高差和水平距離以及摻氣槽的坎下槽底的坡度與形狀，達(dá)到摻氣空腔最長最大，摻氣量最足，而且使挑坎下水流下緣水面線與摻氣槽下游底坡交角最小，沖擊下游底板作用弱化到最小。換言之，摻氣槽下游底坡上沒壓力峰值，且脈動(dòng)最小，同時(shí)又能確?？蚕聸]有回溯水流，摻氣槽后水流平穩(wěn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]本實(shí)施例提供一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，摻氣槽結(jié)構(gòu)如圖1所示，該高速水流泄槽底坡包括位于上游的前直線坡I和位于下游的后直線坡2，且前直線坡高于后直線坡并形成由緩變陡的結(jié)構(gòu)，即泄槽底坡由緩變陡，泄槽底坡面呈凸面，水流流經(jīng)凸面易脫離邊界，形成低壓區(qū)產(chǎn)生空穴，特別高速水流狀態(tài)，更易發(fā)生空蝕，前直線坡的長度il小于后直線坡的長度i2，前直線坡I的末端A接有挑坎3，即挑坎3的前端連接前直線坡I的末端A ;前直線坡I與后直線坡2的延長線夾角α >150° ;后直線坡2的頂端通過一段水平線或斜向上的折線4交于挑坎3的末端向下的垂線5形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽，即穿過下游底坡頂部接點(diǎn)B作水平線或折線交于坎末垂線，定出槽深h2，槽深h2為挑坎末端與水平線或斜向上的折線之間的垂直距離，槽深h2為I?10m，挑坎的坎高為挑坎的末端至坡底的垂直距離，坎高h(yuǎn)i為0.3?1.5m。
[0022]本實(shí)施例通過調(diào)整摻氣槽上游前直線坡結(jié)束點(diǎn)和摻氣槽下游后直線坡起始點(diǎn)相對(duì)高差(相對(duì)高差是5?IOm)和水平距離(水平距離是30?50m)以及摻氣槽的坎下槽底的形狀(水平線或斜向上的折線4)，達(dá)到摻氣空腔最長最大，摻氣量最足，使挑坎下水流下緣水面線與摻氣槽下游底坡交角最小，沖擊下游底板作用弱化到最小。
[0023]實(shí)施例2
[0024]本實(shí)施例提供一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，摻氣槽結(jié)構(gòu)如圖2所示，該高速水流泄槽底坡包括位于上游的前直線坡I和位于下游的后直線坡2，且前直線坡高于后直線坡并形成由緩變陡的結(jié)構(gòu)，即泄槽底坡由緩變陡，泄槽底坡面呈凸面，水流流經(jīng)凸面易脫離邊界，形成低壓區(qū)產(chǎn)生空穴，特別高速水流狀態(tài)，更易發(fā)生空蝕，前直線坡的長度il小于后直線坡的長度i2，前直線坡I的末端A接有挑坎3，即挑坎3的前端連接前直線坡I的末端A ;前直線坡I與后直線坡2的延長線夾角α <150° ;后直線坡2頂端先通過一段斜向上的拋物曲線6連接一段水平線或斜向上的折線4，然后水平線或斜向上的折線4交于挑坎3的末端向下的垂線5形成位于挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽，α < 150°時(shí)，槽底突起較大，泄槽宜用渥奇曲線，由于直線坡I的末端A (摻氣槽底坎起坡點(diǎn))與下游底坡頂部接點(diǎn)B (下游坡起點(diǎn))水平距離不宜過長和過高，因此，將渥奇段頂部(從B點(diǎn)起)削成較緩坡，形成槽；即穿過下游底坡頂部接點(diǎn)B先作拋物曲線6，然后連接水平線或折線交于坎末垂線，定出槽深h2，槽深h2為挑坎末端與水平線或斜向上的折線之間的垂直距離，槽深h2為I?10m，挑坎的坎高為挑坎的末端至坡底的垂直距離，坎高h(yuǎn)i為0.3?1.5m。其中曲線為拋物曲線，曲線表達(dá)式為:y=0.05x+0.00425x2，或曲線表達(dá)式:y=0.023x+0.0025x2 ;如圖2所示，以水平線或斜向上的折線4與拋物曲線6的交點(diǎn)為原點(diǎn)，作水平線為橫坐標(biāo)X軸，作垂直線為豎坐標(biāo)I軸。
[0025]本實(shí)施例通過調(diào)整摻氣槽上游前直線坡結(jié)束點(diǎn)和摻氣槽下游后直線坡起始點(diǎn)相對(duì)高差(相對(duì)高差是5?IOm)和水平距離(水平距離是30?50m)以及摻氣槽的坎下槽底的形狀(渥奇曲線6及水平線或斜向上的折線4)，達(dá)到摻氣空腔最長最大，摻氣量最足，使挑坎下水流下緣水面線與摻氣槽下游底坡交角最小，沖擊下游底板作用弱化到最小。
[0026]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，其特征在于:該高速水流泄槽底坡包括位于上游的前直線坡和位于下游的后直線坡，且前直線坡高于后直線坡并形成由緩變陡的結(jié)構(gòu)，前直線坡的長度il小于后直線坡的長度i2，所述前直線坡末端接有挑坎； 當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α >150°時(shí)，所述后直線坡頂端通過一段水平線或斜向上的折線交于所述挑坎的末端向下的垂線形成位于所述挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽； 當(dāng)前直線坡與后直線坡的延長線夾角α <150°時(shí)，所述后直線坡頂端先通過一段斜向上的曲線連接一段水平線或斜向上的折線，然后所述水平線或斜向上的折線交于所述挑坎的末端向下的垂線形成位于所述挑坎末端與后直線坡頂端之間的摻氣槽； 所述摻氣槽的槽深h2為所述挑坎末端與所述水平線或斜向上的折線之間的垂直距離，所述槽深h2為I?IOm; 通過調(diào)整摻氣槽上游前直線坡結(jié)束點(diǎn)和摻氣槽下游后直線坡起始點(diǎn)相對(duì)高差和水平距離以及摻氣槽的坎下槽底的形狀，達(dá)到摻氣空腔最長最大，摻氣量最足，使挑坎下水流下緣水面線與摻氣槽下游底坡交角最小，沖擊下游底板作用弱化到最?。凰鱿鄬?duì)高差是5?IOm,所述水平距離是30?50m。
2.如權(quán)利要求1所述的高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，其特征在于:所述曲線為拋物曲線，曲線表達(dá)式為:y=0.05x+0.00425x2，或曲線表達(dá)式:y=0.023x+0.0025x2 ;以水平線或斜向上的折線與拋物曲線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，作水平線為橫坐標(biāo)Xo
3.如權(quán)利要求1或2所述的高速水流泄槽底坡由緩變陡的摻氣槽設(shè)置方法，其特征在于:所述挑坎的坎高h(yuǎn)i為挑坎的末端至坡底的垂直距離，所述坎高h(yuǎn)i為0.3?1.5m。
【文檔編號(hào)】E02B8/06GK103821113SQ201410029555
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】吳時(shí)強(qiáng), 周輝, 周杰, 吳修鋒, 陳惠玲, 戴江玉, 王芳芳 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院