一种上下游连通的排水掺气系统

摘要

本发明提供了一种上下游连通的排水掺气系统，包括泄洪洞底板，沿程在泄洪洞底板上表面呈倾斜布置的多级掺气坎，各级掺气坎下游掺气空腔两侧墙体内部开设的与掺气空腔连通的通气竖井，上游掺气坎后掺气空腔区域内垂直泄洪洞底板设置的上游预留安装孔、垂直下游掺气坎立面设置的下游预留安装孔，泄洪洞底板下侧由上游预留安装孔与下游预留安装孔固定连接的连通上下游掺气坎后空腔区域的排水通气管。本发明通过将水流经过上下游掺气坎后形成的掺气空腔进行连通，大幅改善了上游掺气坎掺气效果不佳的状况以及上游掺气空腔区域内可能发生的空腔回水问题；设计巧妙，结构简单，易于实施，可在具有多级掺气坎的泄洪洞或泄水道中获得广泛应用。

权利要求

1.一种上下游连通的排水掺气系统，包括泄洪洞底板(1)，沿程在泄洪洞底板(1)上表面呈倾斜布置有多级掺气坎(2)，各级掺气坎(2)下游掺气空腔两侧墙体内部开设有与掺气空腔连通的通气竖井(3)；上游掺气坎(2)的掺气空腔区域内垂直泄洪洞底板(1)设置有多个上游预留安装孔(4)，垂直下游掺气坎(2)立面设置有多个下游预留安装孔(5)；泄洪洞底板(1)下侧设有与上游预留安装孔(4)与下游预留安装孔(5)连通上下游掺气空腔区域的排水通气管(6)；所述排水通气管(6)为多根并列安装，以泄洪洞底板(1)中轴线为基准线均匀对称布置；所述排水通气管(6)的数量n符合如下条件：n＝[B‑(n+1)a]/D

其中，D为排水通气管(6)预留安装孔孔径，a为多根排水通气管(6)预留安装孔的孔间距，B为泄洪洞底板(1)宽度。

2.如权利要求1所述的上下游连通的排水掺气系统，其特征在于：所述排水通气管(6)为PVC管或外包混凝土钢管，管径为0.3～1.0m。

3.如权利要求1所述的上下游连通的排水掺气系统，其特征在于：所述上游预留安装孔(4)、下游预留安装孔(5)的孔间距均为0.2～0.4m。

4.如权利要求1所述的上下游连通的排水掺气系统，其特征在于：所述排水通气管(6)朝向下游方向倾斜布置。

5.如权利要求1所述的上下游连通的排水掺气系统，其特征在于：所述排水通气管(6)逐级连通安装。

说明书

一种上下游连通的排水掺气系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种上下游连通的排水掺气系统，属于水利水电工程掺气减蚀技术领域。

背景技术

[0002] 水流空化是指水体中某点压强低于水的饱和蒸汽压，从而使得该处产生空穴的现象；当空穴溃灭时将产生极大的冲击波，如果该空穴位于过流壁面附近，那么空穴溃灭所产
生的冲击波将作用到壁面上，从而造成材料的断裂或者疲劳破坏而发生剥蚀，这种现象叫
做空蚀。许多研究与工程实例表明，通过人工强迫掺气，可以达到减蚀的效果，即向水流或
者直接向可能发生空化的区域进行掺气，改变水流的流态和水流特性，达到减免空蚀的效
果，这个措施也是目前工程中采用最为广泛的措施。

[0003] 对于具有长距离泄洪需求的泄水建筑物，往往需要在沿程设置多级掺气设施，一般来说在工程中各级掺气坎之间间距视工程重要性选择80～120m不等。而对于设置多级掺
气坎的泄洪通道来说，由于在靠近上游区域水流流速相对较小而水深相对较大，根据弗劳
得数的定义此时弗劳得数较小，其掺气效果不佳，严重时甚至出现回水完全淹没空腔的不
利现象。而随着水流继续向下游流动，水体沿程水深逐渐降低而流速逐渐增大，其弗劳得数
也逐渐增大，此时掺气效果将明显好转。也就是说，对于沿程设计有多级掺气坎的泄水通道
来说，越靠近下游的掺气坎其掺气效果往往越好，而越靠近上游的掺气坎其掺气效果通常
越差。如何提高多级掺气坎的前几级掺气坎的掺气效果是一个急需解决的问题。

发明内容

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种上下游连通的排水掺气系统，该上下游连通的排水掺气系统通过将水流在上下游掺气坎后形成的掺气空腔区域进行连通，大幅改
善了上游掺气坎掺气效果不佳的状况以及上游掺气空腔区域内可能发生的空腔回水问题。

[0005] 本发明通过以下技术方案得以实现。

[0006] 本发明提供的一种上下游连通的排水掺气系统，包括泄洪洞底板，沿程在泄洪洞底板上表面呈倾斜布置有多级掺气坎，各级掺气坎下游掺气空腔两侧墙体内部开设有与掺
气空腔连通的通气竖井；上游掺气坎的掺气空腔区域内垂直泄洪洞底板设置有多个上游预
留安装孔、垂直下游掺气坎立面设置有多个下游预留安装孔；泄洪洞底板外侧设有与上游
预留安装孔与下游预留安装孔连通上下游掺气空腔区域的排水通气管。

[0007] 所述排水通气管为多根并列安装，以泄洪洞底板中轴线为基准线均匀对称布置。

[0008] 所述排水通气管为PVC管或外包混凝土钢管，管径为0.3～1.0m。

[0009] 所述上游预留安装孔、下游预留安装孔的孔间距均为0.2～0.4m。

[0010] 所述排水通气管朝向下游方向倾斜布置。

[0011] 所述排水通气管逐级连通安装。

[0012] 所述排水通气管的数量n符合如下条件：

[0013] n＝[B‑(n+1)a]/D

[0014] 其中，D为排水通气管预留安装孔孔径，a为多根排水通气管预留安装孔的孔间距，B为泄洪洞底板宽度。

[0015] 本发明的有益效果在于：通过将水流经过上下游掺气坎形成的掺气空腔进行连通，大幅改善了上游掺气坎掺气效果不佳的状况以及上游掺气空腔区域内可能发生的空腔
回水问题；设计巧妙，结构简单，易于实施，可在具有多级掺气坎的泄洪洞或泄水道中获得
广泛应用。

附图说明

[0016] 图1是本发明的结构示意图，为表示清楚，图中泄洪洞侧壁部分切除；

[0017] 图2是图1的侧视图；

[0018] 图3是本发明的平面图。

[0019] 图中：1‑泄洪洞底板，2‑掺气坎，3‑通气竖井，4‑上游预留安装孔，5‑下游预留安装孔，6‑排水通气管。

具体实施方式

[0020] 下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

[0021] 实施例1

[0022] 如图1至图3所示的一种上下游连通的排水掺气系统，包括泄洪洞底板1，沿程在泄洪洞底板1上表面呈倾斜布置的多级掺气坎2，各级掺气坎2下游掺气空腔两侧墙体内部开
设有与掺气空腔连通的通气竖井3；上游掺气坎2的掺气空腔区域内垂直泄洪洞底板1设置
有多个上游预留安装孔4、垂直下游掺气坎2立面设置有多个下游预留安装孔5；泄洪洞底板
1外侧设有与上游预留安装孔4和下游预留安装孔5连通上下游掺气坎2空腔区域的排水通
气管6。

[0023] 实施例2

[0024] 基于实施例1，并且，所述排水通气管6为多根并列安装，以泄洪洞底板1中轴线为基准线均匀对称布置。

[0025] 实施例3

[0026] 基于实施例1，并且，所述排水通气管6为PVC管或外包混凝土钢管，管径为0.3～1.0m。

[0027] 实施例4

[0028] 基于实施例1，并且，所述上游预留安装孔4、下游预留安装孔5的孔间距均为0.2～0.4m。

[0029] 实施例5

[0030] 基于实施例1，并且，所述排水通气管6朝向下游方向倾斜布置。

[0031] 实施例6

[0032] 基于实施例1，并且，所述排水通气管6逐级连通安装。

[0033] 实施例7

[0034] 基于实施例2，并且，所述排水通气管6的数量n符合如下条件：

[0035] n＝[B‑(n+1)a]/D

[0036] 其中，D为排水通气管6预留安装孔孔径，a为多根排水通气管6预留安装孔的孔间距，B为泄洪洞底板1宽度。

[0037] 实施例8

[0038] 结合上述实施例，具体的，分别在掺气效果良好的下游掺气坎立面设置下游预留安装孔、在掺气效果不佳的的上游掺气坎后掺气空腔区域内垂直泄洪洞底板位置设置上游
预留安装孔，然后将排水通气管安装在上下游预留安装孔上朝向下游方向倾斜布置；由于
靠下游的掺气坎掺气效果良好，其空腔内可以始终保持一定的负压，从而可以使得空气能
够源源不断地通过两侧的通气竖井流入，从而保证水体的掺气需求，而上游的掺气空腔内
压力更大，故而将二者进行连通以后上游掺气坎坎后掺气空腔内的压力将会一定程度地减
小，加之上下游掺气坎的高差将使得上游掺气坎后掺气空腔内的部分回水通过钢管流向与
其连接的下游掺气空腔内，而下游掺气空腔内的负压足够使得收集的回水被水流带走从而
保证足够的通气空腔。