專利名稱：錐形漩流豎井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程中使用的漩流豎井，特別涉及一種適用于高水頭大流量 的漩流豎井。
背景技術(shù)：
漩流豎井是一種新型泄洪消能設(shè)施，由于引渠水流從渦室段的切向進入渦室，繞 豎井軸心旋轉(zhuǎn)呈貼壁流動，在豎井中央形成穩(wěn)定空腔，因而既能保持水流流態(tài)的穩(wěn)定，又能 形成良好的通氣條件。但是工程實踐表明，在大流量和高水頭工況下，漩流豎井存在以下問 題1)豎井中流速過高，壁面發(fā)生空化空蝕的風(fēng)險增加；2)由于水流離心力的作用，采用傳 統(tǒng)的環(huán)形摻氣坎摻氣變得很困難，無法起到摻氣減蝕的作用。公開號為CN101624819A的專利申請公開了一種雙渦室摻氣型漩流豎井，該雙渦 室摻氣型漩流豎井包括上渦室及其下部的收縮段I、摻氣型下渦室及其下部的收縮段II、 通氣管和豎井段，上渦室下部的收縮段I接摻氣型下渦室，摻氣型下渦室下部的收縮段II 接豎井段，通氣管的一端與大氣相通，通氣管的另一端接摻氣型下渦室頂部，使空氣從摻氣 型下渦室頂部進入豎井。此種漩流豎井雖然在大流量、高水頭工況下?lián)綒庑Ч黠@，水氣混 合充分，水流的含氣量大幅度增加，水流流態(tài)穩(wěn)定，消除了豎井壁面的空化空蝕破壞，但消 能率有待進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種錐形漩流豎井和錐形階梯漩流 豎井，以進一步提高大流量、高水頭工況下漩流豎井的消能率。本發(fā)明所述錐形漩流豎井，包括渦室段、與渦室段相接的豎井段，所述渦室段設(shè)置 有將引渠中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段為上大下的圓錐筒體。圓錐筒 體形的豎井段可使進入豎井的水流旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加，降低水流流速，增加井壁的壁面壓力。本發(fā)明所述錐形階梯漩流豎井，是在上述錐形漩流豎井的豎井段井壁上增設(shè)了階 梯消能工，以進一步提高消能率，所述階梯消能工的第一級階梯設(shè)置有通氣孔，該通氣孔由 通氣管與渦室段頂部聯(lián)通，以起到摻氣減蝕的作用。本發(fā)明所述錐形漩流豎井和錐形階梯漩流豎井，其豎井段底端設(shè)置有消力井，豎 井段下部通過反弧段、壓坡段與泄洪洞接通，所述反弧段、壓坡段的底板與消力井的上沿平 齊。本發(fā)明所述錐形階梯漩流豎井，其階梯消能工優(yōu)選起于渦室段與豎井段的連接 處，止于豎井段與反弧段的連接處。通過實驗，本發(fā)明所述錐形漩流豎井和錐形階梯漩流豎井優(yōu)選以下結(jié)構(gòu)參數(shù)1、渦室段的高度Hl = 1.5D1 2. OT1，豎井段的高度H2 = 5D1 1OT1，豎井段 的坡度il = 1 10 30，所述Dl為渦室段的直徑，根據(jù)進入豎井的水流流量確定，Dl = (1. 05 1. 07) Q172'5, Q為進入豎井的水流流量。
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2、設(shè)置在豎井段井壁上的階梯消能工的各階梯截面坡度相同、高度相同、水平長 度相同，所述階梯截面坡度i3 = 1 5 10，所述階梯截面高度H4 = 2.5m 3D2，所述階 梯截面水平長度L2 = 0. 5m 0. 3D2，式中D2為豎井段底部最小直徑。3、消力井高度H3為0. 5D1 2D1，所述Dl為渦室段的直徑。本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明將豎井段設(shè)計為圓錐筒體，可增加豎井中水流旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，提高消能率，與 傳統(tǒng)圓筒體型相比，提高消能率至少10%左右；在圓錐筒體豎井段設(shè)置階梯后，階梯增加 水流沿程阻力，進一步提高了效能率，與傳統(tǒng)圓筒體型相比，提高消能率至少20%左右，與 雙渦室摻氣型漩流豎井相比，提高消能率約30%。2、本發(fā)明將豎井段設(shè)計為圓錐筒體或在圓錐筒體的基礎(chǔ)上增設(shè)階梯消能工，突破 了現(xiàn)有漩流豎井避免空蝕空化的水力設(shè)計理念(現(xiàn)有的漩流豎井都是通過增加摻氣措施 來降低空蝕空化)，為高水頭大流量條件下避免空蝕空化破壞提供了一種不同構(gòu)思的技術(shù)方案。


圖1是本發(fā)明所述錐形漩流豎井的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述錐形階梯漩流豎井的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述錐形階梯漩流豎井所設(shè)置的階梯消能工的階梯截面的示意圖；圖4是上游引渠及下游直線壓坡段、泄洪洞與本發(fā)明所述錐型漩流豎井或錐形階 梯漩流豎井的相對位置示意圖；圖5是圖1、圖2的I-I剖面圖，該剖面為渦室段的剖面；圖6是圖1、圖2的II-II剖面圖，該剖面為錐形豎井段的剖面；圖7是圖1、圖2的III-III剖面圖，該剖面為壓坡段的剖面；圖8是圖1、圖2的IV-IV剖面圖，該剖面為泄洪洞的剖面。圖中，1-引渠、2-渦室段、3-豎井段、4-反弧段、5-直線壓坡段、6-泄洪洞、7-消力 井、8-擋板、9-階梯消能工、10-通氣管、HO-渦室水頭、Hl-渦室段高度、H2-豎井段高度、 H3-豎井底部消力井高度(豎井底板至下游連接段高度)、D1-渦室段直徑、D2-豎井段底部 最小直徑、B-泄洪洞寬度、H5-泄洪洞高度、Ll-壓坡段長度、L2-階梯截面水平長度、H4-階 梯截面高度、il-豎井段坡度、 2-壓坡段坡度、 3-階梯截面坡度、R-反弧段半徑。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述錐形漩流豎井和錐形階梯漩流豎井的結(jié)構(gòu)作進一步 說明。實施例1本實施例中的的錐形漩流豎井根據(jù)某水電站樞紐工程的泄洪洞設(shè)計，在校核洪水 情況下，泄洪洞設(shè)計泄量為272. 6lm3/s,頂部高程2797m，在2765m處開始收縮接錐型豎井 段，豎井泄洪洞底板高程2690m。本實施例中，錐形漩流豎井的結(jié)構(gòu)如圖1、圖4所示，包括渦室段2、與渦室段相接 的豎井段3;所述渦室段2設(shè)置有將引渠1中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井
4段3為上大下小的圓錐筒體。渦室段2與引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流從渦 室段切向進入渦室；豎井段3底端設(shè)置有消力井7，豎井段3下部通過反弧段4、壓坡段5與 泄洪洞6接通，所述反弧段4、壓坡段5的底板與消力井7的上沿平齊。本實施例中，進入錐形漩流豎井的水流流量為272. 6 lm3/s,渦室水頭HO為30m，錐 形漩流豎井的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下渦室段2的橫截面如圖5所示，其直徑D1為14m，其高度Hl為32m ；豎井段3的橫 截面如圖6所示，其坡度il為1 15，其高度H2為75m，豎井段底端設(shè)置的消力井7的高 度H3為10m，底部最小直徑D2為4m ；反弧段4的半徑R為15m ；壓坡段5的橫截面如圖7 所示，其長度Ll為26. 25m，坡度i2為1 15 ；泄洪洞6為城門洞形，其橫截面如圖8所示， 高度H5為8m，寬度B為5m，洞頂弧形段高度為1. 25m。實施例2本實施例中的的錐形階梯漩流豎井根據(jù)某水電站樞紐工程的泄洪洞設(shè)計，最大下 泄流量為1245m3/S，豎井泄洪洞頂部高程1993m，在1953m處開始收縮接錐型階梯豎井段， 豎井泄洪洞底板高程1778m。本實施例中，錐形階梯漩流豎井的結(jié)構(gòu)如圖2、圖4所示，包括渦室段2、與渦室段 相接的豎井段3 ；所述渦室段2設(shè)置有將引渠1中的水流從其切向引入渦室的進水口 ；所述 豎井段3為上大下小的圓錐筒體，其井壁上設(shè)置有階梯消能工9 (階梯消能工9起于渦室段 2與豎井段3的連接處，止于豎井段3與反弧段4的連接處)，所述階梯消能工的第一級階 梯設(shè)置有通氣孔，該通氣孔由通氣管10與渦室段頂部聯(lián)通，所述階梯消能工9的各階梯截 面坡度相同、高度相同、水平長度相同；潤室段2與引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水 流從渦室段切向進入渦室；豎井段3底端設(shè)置有消力井7，豎井段3下部通過反弧段4、壓坡 段5與泄洪洞6接通，所述反弧段4、壓坡段5的底板與消力井7的上沿平齊。本實施例中，進入錐形階梯漩流豎井的水流流量為1245m3/S，渦室水頭HO為50m， 錐形階梯漩流豎井的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下渦室段2的橫截面如圖5所示，其直徑D1為20m，其高度Hl為40m ；豎井段3的橫 截面如圖6所示，其坡度il為1 25，其高度H2為175m，豎井段底端設(shè)置的消力井7的高 度H3為15m，底部最小直徑D2為6m ；豎井段設(shè)置的階梯消能工9的階梯截面如圖3所示， 為三角形，其水平長度L2為1.2m，高度H4為7. 5m，坡度i3為1 5;反弧段4的半徑R為 30m;壓坡段5的橫截面如圖7所示，其長度Ll為22. 75m，坡度i2為1 13 ；泄洪洞6為城 門洞形，其橫截面如8所示，高度H5為8m，寬度B為10m，洞頂弧形段高度為2. 25m。
權(quán)利要求
一種錐形漩流豎井，包括渦室段(2)、與渦室段(2)相接的豎井段(3)，所述渦室段(2)設(shè)置有將引渠(1)中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段底端設(shè)置有消力井(7)，所述豎井段下部通過反弧段(4)、壓坡段(5)與泄洪洞(6)接通，其特征在于豎井段(3)為上大下小的圓錐筒體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形漩流豎井，其特征在于渦室段(2)的高度Hl= 1. 5D1 2. OT1，豎井段的高度H2 = 5D1 1OT1，豎井段的坡度il = 1 10 30，所述Dl為渦室 段的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錐形漩流豎井，其特征在于豎井段(3)的井壁上設(shè)置有 階梯消能工(9)，所述階梯消能工的第一級階梯設(shè)置有通氣孔，該通氣孔由通氣管(10)與 渦室段頂部聯(lián)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錐形漩流豎井，其特征在于設(shè)置在豎井段(3)井壁上的階梯 消能工的各階梯截面坡度相同、高度相同、水平長度相同，所述階梯截面坡度i3 = 1 5 10，所述階梯截面高度H4 = 2. 5m 3D2，所述階梯截面水平長度L2 = 0. 5m 0. 3D2，式中 D2為豎井段底部最小直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錐形漩流豎井，其特征在于階梯消能工(9)起于渦室段(2) 與豎井段⑶的連接處，止于豎井段⑶與反弧段⑷的連接處。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的錐形漩流豎井，其特征在于階梯消能工(9)起于渦室段(2) 與豎井段⑶的連接處，止于豎井段⑶與反弧段⑷的連接處。
全文摘要
一種錐形漩流豎井，包括渦室段、與渦室段相接的豎井段，所述渦室段設(shè)置有將引渠中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段為上大下小圓錐體。為了進一步提高消能率，在錐形漩流豎井的豎井段井壁上設(shè)置了階梯消能工，所述階梯消能工的第一級階梯設(shè)置有通氣孔，該通氣孔由通氣管與渦室段頂部聯(lián)通，以起到摻氣減蝕的作用。
文檔編號E02B8/06GK101892654SQ20101022908
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者劉善均, 劉璐, 張建民, 曲景學(xué), 王韋, 許唯臨, 鄧軍, 陳劍剛 申請人:四川大學(xué)