【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利水电工程中掺气减蚀，具体涉及一种变坡掺气坎结构、处理方法及系统。
技术介绍
1、随着越来越多的高坝大库兴建，高水头必然导致高流速，随着流速的增大，过流壁面的压强逐渐减小，当水体内部某点位置的压强低于水的饱和蒸汽压时便产生空化泡，空化泡逐渐游移至压强相对较高的地方并在某个瞬间溃灭，当空化泡的溃灭位置邻近过流壁面时，就会对材料产生冲击作用，长期作用下易造成过流壁面的空蚀破坏。
2、现有技术中，为解决高速水流的空化空蚀问题，一般采用人工强迫掺气的办法对过流壁面形成掺气保护。泄洪洞底部掺气多利用挑坎或跌坎在高速水流底部形成稳定负压空腔，利用负压作用不断从外界大气卷吸空气并源源不断地提供给行进的水流，保证水流掺气。
3、目前，传统的底掺气技术，通过在泄槽底部一定位置向上逐渐突起并在末端形成跌坎，从而在跌坎末端使水流挑起，挑流水舌跌落底板前将与泄槽底板之间形成掺气空腔，该空腔通过位于跌坎末端两侧壁面的补气井与大气相通，从而实现掺气保护。然而，由于泄槽需要满足不同量级的流量泄放要求，而常规的底掺气设施往往只考虑最大流量时水流的掺气需求，当遭遇小流量时则往往出现水舌挑距过大回落底板时造成较大冲击，更有甚者甚至出现水舌直接挑出泄槽的不利情况。
4、因此，如何设计一种可以适应不同量级流量的掺气设施，是一个亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种变坡掺气坎结构、处理方法及系统，使得原本固定单一坡度的泄洪槽底板可以通过液压设备进行调
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种变坡掺气坎结构，包括转轴、掺气坎和液压设备；
3、所述转轴与所述液压设备均设置在泄水渠道底部；
4、所述掺气坎一端与所述转轴相连接，另一端与所述液压设备顶端相连接。
5、作为一种变坡掺气坎结构优选方案，还包括通气竖井和通气孔；所述通气竖井设置在泄水渠道两侧，所述通气竖井下端与所述通气孔相连接。
6、本专利技术还提供一种变坡掺气坎掺气处理方法，包括：
7、在泄水渠道底部设置转轴和液压设备，将掺气坎的一端与所述转轴相连接，另一端与所述液压设备上端相连接，形成可调节坡度的掺气坎；
8、当进行泄水时，根据水流量大小调节所述液压设备的高度；所述掺气坎的高度随所述液压设备的高度进行变化；通过所述掺气坎的高度变化，使水流经过所述掺气坎时形成的水舌保持设定的水舌挑距；
9、水流经所述掺气坎产生的水舌与泄水渠道底部形成掺气空腔，空气通过通气竖井经通气孔进入所述掺气空腔，完成水流掺气。
10、作为一种变坡掺气坎掺气处理方法优选方案，在根据水流量大小调节所述液压设备的高度过程中，当水流量大时，将所述液压设备高度升高，所述掺气坎的高度随之升高，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变大；当水流量小时，将所述液压设备高度降低，所述掺气坎的高度随之降低，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变小。
11、作为一种变坡掺气坎掺气处理方法优选方案，所述掺气坎高度与调节因素的关系表达式为：
12、h/r＝f(k)
13、
14、r＝bh/2(b+h)
15、式中，h为掺气坎高度；v为坎上水流流速；g为重力加速度；b为泄槽宽度；h为坎上水深；α为泄水渠道坡度，β为掺气坎与泄水渠道底部间夹角。
16、作为一种变坡掺气坎掺气处理方法优选方案，所述掺气坎高度的计算公式为：
17、
18、式中，h为掺气坎高度；v为坎上水流流速；g为重力加速度；b为泄槽宽度；h为坎上水深；α为泄水渠道坡度，β为掺气坎与泄水渠道底部间夹角。
19、本专利技术还提供一种变坡掺气坎掺气处理系统，包括：
20、掺气坎构建模块，用于在泄水渠道底部设置转轴和液压设备，将掺气坎的一端与所述转轴相连接，另一端与所述液压设备上端相连接，形成可调节坡度的掺气坎；
21、掺气坎调节模块，用于当进行泄水时，根据水流量大小调节所述液压设备的高度；所述掺气坎的高度随所述液压设备的高度进行变化；通过所述掺气坎的高度变化，使水流经过所述掺气坎时形成的水舌保持设定的水舌挑距；
22、掺气坎掺气模块，用于水流经所述掺气坎产生的水舌与泄水渠道底部形成掺气空腔，空气通过通气竖井经通气孔进入所述掺气空腔，完成水流掺气。
23、作为一种变坡掺气坎掺气处理系统优选方案，所述掺气坎调节模块中，在根据水流量大小调节所述液压设备的高度过程中，当水流量大时，将所述液压设备高度升高，所述掺气坎的高度随之升高，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变大；当水流量小时，将所述液压设备高度降低，所述掺气坎的高度随之降低，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变小。
24、作为一种变坡掺气坎掺气处理系统优选方案，所述掺气坎调节模块中，所述掺气坎高度与调节因素的关系表达式为：
25、h/r＝f(k)
26、
27、r＝bh/2(b+h)
28、式中，h为掺气坎高度；v为坎上水流流速；g为重力加速度；b为泄槽宽度；h为坎上水深；α为泄水渠道坡度，β为掺气坎与泄水渠道底部间夹角。
29、作为一种变坡掺气坎掺气处理系统优选方案，所述掺气坎调节模块中，所述掺气坎高度的计算公式为：
30、
31、式中，h为掺气坎高度；v为坎上水流流速；g为重力加速度；b为泄槽宽度；h为坎上水深；α为泄水渠道坡度，β为掺气坎与泄水渠道底部间夹角。
32、本专利技术具有如下优点：包括转轴、掺气坎和液压设备；所述转轴与所述液压设备均设置在泄水渠道底部；所述掺气坎一端与所述转轴相连接，另一端与所述液压设备顶端相连接。还包括通气竖井和通气孔；所述通气竖井设置在泄水渠道两侧，所述通气竖井下端与所述通气孔相连接。在泄水渠道底部设置转轴和液压设备，将掺气坎的一端与所述转轴相连接，另一端与所述液压设备上端相连接，形成可调节坡度的掺气坎；当进行泄水时，根据水流量大小调节所述液压设备的高度；所述掺气坎的高度随所述液压设备的高度进行变化；通过所述掺气坎的高度变化，使水流经过所述掺气坎时形成的水舌保持设定的水舌挑距；水流经所述掺气坎产生的水舌与泄水渠道底部形成掺气空腔，空气通过通气竖井经通气孔进入所述掺气空腔，完成水流掺气。本专利技术通过采用变坡掺气坎结构，使得原本固定单一坡度的泄洪槽底板可以通过液压设备进行调节，从而避免遭遇小流量时，出现水舌挑距过大对底板造成冲击的情况。
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1.一种变坡掺气坎结构，其特征在于，包括转轴(1)、掺气坎(2)、液压设备(3)、通气竖井(4)和通气孔(5)；
2.一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，在根据水流量大小调节所述液压设备的高度过程中，当水流量大时，将所述液压设备高度升高，所述掺气坎的高度随之升高，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变大；当水流量小时，将所述液压设备高度降低，所述掺气坎的高度随之降低，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变小。
4.根据权利要求3所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，所述掺气坎高度与调节因素的关系表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，所述掺气坎高度的计算公式为：
6.一种变坡掺气坎掺气处理系统，采用权利要求2至5任一项所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种变坡掺气坎掺气处理系统，其特征在于，所述掺气坎调节模块中，在根据水流量大小调节所述液压设备的高度过程中
8.根据权利要求7所述的一种变坡掺气坎掺气处理系统，其特征在于，所述掺气坎调节模块中，所述掺气坎高度与调节因素的关系表达式为：
9.根据权利要求8所述的一种变坡掺气坎掺气处理系统，其特征在于，所述掺气坎调节模块中，所述掺气坎高度的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种变坡掺气坎结构，其特征在于，包括转轴(1)、掺气坎(2)、液压设备(3)、通气竖井(4)和通气孔(5)；
2.一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，在根据水流量大小调节所述液压设备的高度过程中，当水流量大时，将所述液压设备高度升高，所述掺气坎的高度随之升高，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变大；当水流量小时，将所述液压设备高度降低，所述掺气坎的高度随之降低，使水流经所述掺气坎产生的水舌挑距变小。
4.根据权利要求3所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，所述掺气坎高度与调节因素的关系表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种变坡掺气坎掺气处理方法，其特征在于，所述掺气坎高度的计算公式为：
【专利技术属性】
技术研发人员：莫军成，黄略，王晋之，范田亿，
申请(专利权)人：湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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