專利名稱：一種壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利水電工程中的旋流豎井，特別是一種壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施。
背景技術(shù)：
我國在建和即將建設(shè)的高壩較多，尤其是高度大于200m的大壩，基本上均建于深山峽谷地帯，山高谷深，工程建設(shè)普遍存在水頭高、流量大、河谷窄等技術(shù)特點，泄洪消能問題十分突出，特別是泄水建筑物的泄流、消能、空化空蝕、紊流振動等問題，更是急需解決的難點；旋流豎井是ー種較新型的泄洪消能設(shè)施，旋流式內(nèi)消能エ的引水道和豎井泄水道不在同一縱軸線上，由于引水道水流從渦室的切向進入渦室，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；但是エ程實踐與模型試驗表明，在大流量和高水頭情況下，傳統(tǒng)的旋流豎井技術(shù)存在以下缺點1、泄流量較小，不適宜作為溢洪道，尤其是對于布置溢洪道較困難的高壩，傳統(tǒng)豎井的泄流量一般很難達到流量2000m3/s以上；2、消能率低，一般壩高在200m以上的高壩，特別是300m以上的特高壩，傳統(tǒng)豎井的消能率一般都在60%以下，造成豎井振動較大；3、傳統(tǒng)豎井中流速過高，一般可達3(T50m/s,造成摻氣減蝕困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，為解決高壩(200m以上高壩)泄洪消能設(shè)施布置困難的問題，克服傳統(tǒng)豎井消能エ的不足與缺點，本發(fā)明之目的就是提供一種壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，以解決高水頭、大流量高壩傳統(tǒng)旋流豎井出現(xiàn)的泄流量小、消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動強的問題。其解決的技術(shù)方案是，包括渦室和引水渠，渦室經(jīng)其上的進水口與引水渠連通，引水渠有兩條，引水渠的出水ロ成對角方向左右對稱置于渦室兩側(cè)，兩條引水渠進入渦室水流的夾角為180°，渦室上端有通氣孔，渦室下端有漸變段，漸變段下端連接有圓筒形的豎井段，豎井段上有多段間隔布置的洞塞體，豎井段底端有水墊池，水墊池上端有與豎井段連通的出水段；所說的與渦室相連的兩條引水渠平直進水長度L = 2-5D，所說的洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl = 0. 7-0. 9D，相鄰兩個洞塞體距離LI = 1.8-2. 2D，洞塞體長L2=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。本發(fā)明將渦室進水口設(shè)置為兩個雙向180°進水口，可增加豎井的泄流能力，將豎井段設(shè)計為間隔布置的洞塞旋流消能エ，可増加水流的消能效率，避免現(xiàn)有旋流豎井容易出現(xiàn)空蝕空化的問題，同時可有效減少豎井的振動。


圖I為本發(fā)明的主視剖面圖。圖2為本發(fā)明圖I中I-I處的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明圖I中II-II處的剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
作進ー步詳細說明。由圖I至圖3給出，本發(fā)明包括渦室和引水渠，渦室I經(jīng)其上的進水口與引水渠2連通，引水渠有兩條，引水渠的出水ロ成對角方向左右對稱置于渦室I兩側(cè)，兩條引水渠進入渦室水流的夾角為180°，渦室I上端有通氣孔3，渦室I下端有漸變段4，漸變段4下端連接有圓筒形的豎井段5，豎井段5上有多段間隔布置的洞塞體6，豎井段5底端有水墊池7，水墊池7上端有與豎井段5連通的出水段8 ;所說的與渦室相連的兩條引水渠平直進水長度L = 2-5D，所說的洞塞體為圓筒形， 洞塞體直徑Dl = 0. 7-0. 9D，相鄰兩個洞塞體距離LI = I. 8-2. 2D，洞塞體長12=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。為了保證使用效果，所說的漸變段4為上大下小的錐形體。所說的渦室I的剖面為圓形，渦室的直徑D2 = I. 5-1. 7D。所說的引水渠2的剖面為方形，方形的寬度a = 0. 1-0. 4D2，方形的高度b =
I.1-1. 3a，引水渠2寬度方向的中心線與渦室I的豎向軸心線有偏心距R，偏心距R =
0.5-1D，偏心距的存在，可以使水流在渦室I內(nèi)充分的旋轉(zhuǎn)。所說的水墊池7為圓筒形，水墊池7的直徑與豎井段5的直徑D相同，用于保證比較好的出水段流態(tài)，便于控制出水段的水流速度，同時減少對下游河床的沖刷。本發(fā)明的洞塞體6為3組。實施例I :在流速彡25m/s和流量200(T3000m3/s的條件下，取豎井直徑D=16m，引水道的斷面尺寸寬a=10m，高b=12m，引水渠長度L根據(jù)大壩實際寬度來定，一般取長度L=2-5D ；
一般情況下，偏心距R越大越好，因為偏心距越大，引水渠內(nèi)的水流對豎井軸線的動量距越大，水流在渦室的旋轉(zhuǎn)會越充分，旋流豎井系統(tǒng)的消能率越高，而且流態(tài)也會更好，但是，這往往與高壩的寬度相互矛盾，通過理論分析與模型試驗，取偏心距R=8. 5m ；
根據(jù)試驗，取渦室直徑D2=27m，通氣孔直徑為0. Sm，漸變段是渦室與豎井的連接體，高度取30m ；
本消能設(shè)施要求有較大的泄流量，根據(jù)研究可知當(dāng)単一引水渠流量增加時，必須増加引水渠的過水?dāng)嗝妫^大渠道斷面給建筑物設(shè)計與結(jié)構(gòu)安全帶來很大的隱患，同時也必須增加豎井的直徑，這樣就對壩體的尺寸提出更高的要求，同時消能率也會降低；故要保證在較大流量的情況下，仍然有相當(dāng)?shù)南苈剩仨氃黾悠渌o助的泄流與消能方式，本發(fā)明設(shè)置2條引水渠進ロ成180°共同引水(同時順時針方向旋轉(zhuǎn))以增加泄流量，同時在豎井內(nèi)増加洞塞，洞塞的數(shù)量及布置需要根據(jù)試驗結(jié)果不斷調(diào)試，本發(fā)明布置為3個洞塞體，直徑Dl為14m,高度為15m,間隔布置，間距30m ；
為保證出水段流態(tài)較好，便于控制出水段的水流速度，同時為了減少對下游河床的沖刷，在豎井與出水段中間設(shè)置水墊池，池深30m，直徑與豎井段相同，出水段長度根據(jù)實際情況而定，滿足下游有壓出流。本發(fā)明依據(jù)某大流量、高水頭、深峽谷高壩設(shè)計，利用物理模型試驗的手段，在設(shè)計洪水情況下，通過本發(fā)明設(shè)施進行泄洪，具體實施方式
為水流通過2條引水渠(進入渦室水流方向成180° )進入渦室I內(nèi)(2條水流順時針進入渦室)，由于水流流向與豎井段軸線不在同一平面上，兩者之間具有對豎井軸線的動量矩，水流在渦室與漸變段內(nèi)下切的同時，沿豎井軸線旋轉(zhuǎn)，水流貼壁運動，高速旋轉(zhuǎn)的水流與壁面之間形成摩擦阻力，消殺部分水流能量，由于存在洞塞體，旋轉(zhuǎn)水流過水?dāng)嗝鏁粩U與突縮，増加了水流的能量損失，同時在洞塞體下部可以進行摻氣，即可減少水流的能量，降低流速，又可以減少豎井的振動，避免空化空蝕等病害的發(fā)生；經(jīng)過3級洞塞體與豎井段消能，水流進入水墊水勢池，水流在池內(nèi)相互碰撞摻混，又消殺部分能量，有利于出水段的平穩(wěn)泄流。本發(fā)明的有益效果是 I、根據(jù)試驗結(jié)果，本發(fā)明與傳統(tǒng)豎井泄流消能設(shè)施相比，在相同的條件下(上游水位、有壓引水、下游淹沒出流，引水渠、渦室與豎井直徑等尺寸相同)，當(dāng)上游水位在20-30m吋，泄流量最大可達3000m3/s，消能率最高可達90%，提高泄流能力達35%，提高消能率達25%左右。2、本發(fā)明將傳統(tǒng)旋流式豎井設(shè)置為雙向引水，并且在豎井段間隔布置洞塞體的旋流泄流消能設(shè)施，大大提高了豎井的泄流能力和消能效率，同時可有效降低豎井的振動，減免空蝕空化，為高水頭、大流量與窄峽谷條件下水庫泄洪消能提供了一種新穎的技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室(I)經(jīng)其上的進水口與引水渠(2 )連通，弓丨水渠有兩條，引水渠的出水口成對角方向左右對稱置于渦室(I)兩側(cè)，兩條引水渠進入渦室水流的夾角為180°，渦室(I)上端有通氣孔(3 )，渦室(I)下端有漸變段(4 )，漸變段(4 )下端連接有圓筒形的豎井段(5 )，豎井段(5 )上有多段間隔布置的洞塞體(6)，豎井段(5)底端有水墊池(7)，水墊池(7)上端有與豎井段(5)連通的出水段(8);所說的與渦室相連的兩條引水渠平直進水長度L = 2-5D，所說的洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl = 0. 7-0. 9D，相鄰兩個洞塞體距離LI = I. 8-2. 2D，洞塞體長L2=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，其特征在于，所說的漸變段(4)為上大下小的錐形體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，所說的渦室(I)的剖面為圓形，渦室的直徑D2 = 1.5-1.7D。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，所說的引水渠(2)的剖面為方形，方形的寬度a = 0. 1-0. 4D2，方形的高度b = I. 1-1. 3a，引水渠(2)寬度方向的中心線與渦室(I)的豎向軸心線有偏心距R，偏心距R = O. 5-1D。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，所說的水墊池(7)為圓筒形，水墊池(7)的直徑與豎井段(5)的直徑D相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及壩內(nèi)雙向進流旋流式豎井泄流消能設(shè)施，以解決高水頭、大流量高壩傳統(tǒng)旋流豎井出現(xiàn)的泄流量小、消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動強的問題，渦室經(jīng)其上的進水口與引水渠連通，引水渠有兩條，引水渠的出水口成對角方向左右對稱置于渦室兩側(cè)，兩條引水渠進入渦室水流的夾角為180°，渦室上端有通氣孔，渦室下端有漸變段，漸變段下端連接有豎井段，豎井段上有多段間隔布置的洞塞體，豎井段底端有水墊池，水墊池上端有與豎井段連通的出水段；本發(fā)明將渦室進水口設(shè)置為兩個雙向180°進水口，可增加豎井的泄流能力，將豎井段設(shè)計為間隔布置的洞塞旋流消能工，可增加水流的消能效率，避免現(xiàn)有旋流豎井容易出現(xiàn)空蝕空化的問題，同時可減少豎井的振動。
文檔編號E02B8/06GK102767164SQ20121029164
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者劉慧卿, 孫東坡, 張先起, 張宏洋, 張英克, 徐存東, 韓立煒 申請人:華北水利水電學(xué)院