專利名稱：一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利水電工程中的旋流豎井，特別是一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井。
背景技術(shù)：
我國在建和擬建高壩較多，泄水建筑物過流量大、流速高，對高水頭泄水建筑物病害的整治與預(yù)防一直是水利工作者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，特別是消能、沖刷、空化空蝕、紊流振動等問題更是急需解決的難點(diǎn)。旋流豎井是一種新型泄洪消能設(shè)施，旋流式豎井內(nèi)消能工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體的切向進(jìn)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，·但是工程實踐與模型試驗表明，在大流量和高水頭工況下，傳統(tǒng)的旋流豎井消能技術(shù)存在以下幾個缺點(diǎn)1、泄流量較小，消能率低；2、豎井中流速過高，豎井振動較強(qiáng)；3、由于水流離心力的作用，傳統(tǒng)旋流豎井摻氣比較困難，很難起到摻氣減蝕的作用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，可有效解決現(xiàn)有的高水頭、大流量高壩旋流豎井出現(xiàn)的消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動大等問題，從而既提高泄流通道的消能率，又減免豎井振動與壁面的空化空蝕破壞現(xiàn)象。其解決的技術(shù)方案是，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠連通，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引水渠平直進(jìn)水長度L = 2- ，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。本發(fā)明將豎井段設(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(jìn)一步詳細(xì)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(jìn)水口與引水渠2連通，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引水渠平直進(jìn)水長度L = 2-5D，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。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. 5-2. 0D。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)?！にf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。實施例I :在進(jìn)口條件23 27m/s和流量200(T3(KK)m3/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_ro ；
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，這往往與高壩壩內(nèi)寬度相互矛盾，而且偏心距與豎井直徑也有聯(lián)系，是相互影響的，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段的連接體，高度取30m ；
本發(fā)明要求有一定的泄流量，研究可知，當(dāng)流量增加時，消能工的消能率會降低，故要保證在較大流量的情況下，仍然有相當(dāng)?shù)南苈?，必須增加其它輔助的消能方式，本發(fā)明設(shè)施在豎井內(nèi)增加洞塞體，洞塞體的數(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，直徑為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，便于控制出流段的水流速度，同時減少對下游河床的沖刷，在豎井與出流段中間設(shè)置水墊池，池深30m，直徑與豎井相同，出水段長度根據(jù)實際情況而定，滿足下游有壓出流，這里取出水段直徑與豎井段相同。本發(fā)明根據(jù)物理模型試驗方案，依據(jù)某大型水庫設(shè)計，在設(shè)計洪水情況下，上游引水渠水頭維持30m，通過本發(fā)明設(shè)施進(jìn)行泄洪，具體工作過程如下
水流通過引水渠引水至渦室，由于水流流向與豎井段軸線不在同一平面上，兩者之間形成動量矩，水流在渦室與漸變段下切的同時，沿豎井軸線旋轉(zhuǎn)，水流貼壁運(yùn)動，高速旋轉(zhuǎn)水流與壁面之間形成摩擦，消殺部分水流能量，通過洞塞體，旋轉(zhuǎn)水流會突擴(kuò)與突縮，增加了水流的能量損失，同時在洞塞體下部可以進(jìn)行摻氣減蝕，即可減少水流的能量，降低流速，又可以減少豎井段的振動，避免空化空蝕病害的發(fā)生；經(jīng)過3級洞塞體與豎井壁摩擦消能，水流進(jìn)入水墊池，水流在池內(nèi)相互碰撞摻混，又消殺部分能量，同時也有利于出水段的平穩(wěn)泄流。根據(jù)試驗結(jié)果，本發(fā)明與傳統(tǒng)豎井消能工相比，在上游水位(水頭30m)與豎井直徑相同時，泄流量可達(dá)2400m3/s，消能率可達(dá)86%，發(fā)明的新型壩內(nèi)豎井加洞塞垂向旋流消能工可以提高泄流能力達(dá)25%，提高消能率達(dá)35%左右。本發(fā)明將豎井段設(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，同時可有效減少豎井的振動，為高水頭條件下水庫泄流消能提供了一種新穎的設(shè)施?！?br> 權(quán)利要求
1.一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室(I)經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠(2)連通，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引水渠平直進(jìn)水長度L = 2-5D，洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl = O. 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所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，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所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，所說的渦室(I)的剖面為圓形，渦室的直徑D2 = 1.5-2. OD。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，所說的引水渠(2)的剖面為方形，方形的寬度a = O. 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所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，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)明涉及具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，可有效解決現(xiàn)有的高水頭、大流量高壩旋流豎井出現(xiàn)的消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動大等問題，從而既提高泄流通道的消能率，又減免豎井振動與壁面的空化空蝕破壞現(xiàn)象，其特征在于，渦室經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠連通，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；本發(fā)明將豎井段設(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，同時可有效減少豎井的振動。
文檔編號E02B8/06GK102787588SQ20121029172
公開日2012年11月21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