[发明专利]一种阶梯溢流坝宽尾墩尾部的防空化设施

说明书

本发明公开了一种阶梯溢流坝宽尾墩尾部的防空化设施，本发明采用闸墩与宽尾墩结合的入口大于出口的闸室，能够利用宽尾墩增大对水流的压缩能力，将下泄水流横向收缩竖向拉伸，挑射至下游，成股的挑射水舌在空中互相掺气、碰撞，从而提高宽尾墩的消能效果，而宽尾墩尾部的挑坎，可将从闸室流出的水体挑离溢流面，从而使之后的溢流面形成无水区，利用带有掺气槽新型过渡阶梯的体型来改变掺气空腔面积的大小和形状，加之通气孔、通气井进行掺气，提高该处的掺气量，进而让最容易受空蚀空化破坏的溢流坝面合理掺气，降低破坏可能。空腔后的台阶恰好是水舌前沿跌落点，利用台阶对水流的摩阻作用，加速台阶对泄流能量的耗散；之后利用反弧段和消力池进一步消能。

技术领域

本发明涉及一种阶梯溢流坝宽尾墩尾部的防空化设施，属于水利水电工程中泄洪消能领域。

背景技术

近年来，随着我国筑坝技术的日益发展，阶梯溢流坝已在国内外中小型工程中得到大量的应用。而传统的消能方式，消能率高仅仅局限于40m³(s·m)的小单宽流量，在大单宽流量和高水头的情况下（单宽流量q>40m³(s·m)），由于溢流水舌的覆盖，阶梯面通气难，可能产生空蚀空化破坏，因而不可能应用于高水头、大单宽流量的泄洪建筑物中。

根据已有的工程实践及无数试验表明，掺气减蚀是防止阶梯溢流坝发生空蚀破坏最有效、最经济的办法。试验研究表明，水体中掺气浓度达到2%左右时，掺气效果明显得到改善，已经大大减轻了空蚀破坏的可能性，当掺气浓度达到7%左右时，完全可避免空蚀破坏。故高效的掺气设施对避免阶梯溢流坝发生空蚀破坏以及确保水利水电工程安全运行具有一定的意义。

根据张挺对贵州索风营水电站X型宽尾墩+台阶+消力池的一体化消能工的研究中发现在首级台阶立面与溢流坝面交界处发生了空化现象，说明这种一体化消能工对溢流坝面的掺气量还未达到要求。

发明内容

本发明提供了一种阶梯溢流坝宽尾墩尾部的防空化设施，以用于解决在首级阶梯立面与溢流坝面交界处发生了空化现象的问题。

本发明的技术方案是：一种阶梯溢流坝宽尾墩尾部的防空化设施，包括采用掺气槽的过渡阶梯62、通气井66、通气孔67；其中采用掺气槽的过渡阶梯62由两级阶梯构成且两个阶梯立面位置为掺气槽，采用掺气槽的过渡阶梯62的首级阶梯连接阶梯溢流坝的宽尾墩3墩尾，过渡阶梯62的第二级阶梯连接均匀阶梯7，两个阶梯与左右边墙接触部位设有通气孔67并通过通气井66与大气相通。

所述掺气槽为：圆弧形掺气槽63、牛腿形掺气槽65。

所述圆弧形掺气槽63指由阶梯立面上下两个顶点及立面中点向后伸出距离为a确定的点构成。

所述a取值为0.5m~1m。

所述圆弧型掺气槽63为半圆形掺气槽64。

所述牛腿形掺气槽65指从阶梯立面与平面接触的点向后伸出距离b，以向后伸出距离的延伸点向上伸出距离c，以向上伸出距离的延伸点连接阶梯立面的上顶点。

所述b取值为0.5m~1m；所述c取值为1m~1.5m。

还包括挑坎61，过渡阶梯62的首级阶梯通过挑坎61连接宽尾墩3墩尾。

所述挑坎61的角度θ为9°≤θ≤11.3°。