本發(fā)明屬于水利水電工程中泄洪消技術(shù)能領(lǐng)域，具體涉及一種旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

旋流豎井泄洪洞由于其修建難度較低、布置靈活以及消能效果突出等優(yōu)勢，越來越受到水利水電工程界的關(guān)注，尤其是隨著當前我國正處于水電建設(shè)事業(yè)的井噴式發(fā)展階段，許多高水頭、大流量、深峽谷的高壩大庫正在建設(shè)或者處于規(guī)劃階段，在常規(guī)泄水建筑物無法良好地實現(xiàn)泄洪消能的情況下，旋流豎井作為一種新興發(fā)展的泄洪消能建筑物不失為一種良好的選擇。一般地，整個旋流豎井泄洪系統(tǒng)由閘室進口、上平調(diào)整段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段組成，典型的渦室旋流豎井布置如圖1所示。其中上平段用于調(diào)整水流流態(tài)，其一側(cè)邊墻與渦室相切以保證水流平順地進入渦室，而另一側(cè)則沿程收縮以使進入渦室的水流能夠盡量地貼著豎井渦室的邊壁運動；渦室的作用是保證上平段的來流能夠順利地實現(xiàn)起旋，從而使水流在下泄過程中始終保持貼壁狀態(tài)，現(xiàn)有技術(shù)中豎井渦室均采用固定半徑的圓柱體結(jié)構(gòu)；收縮段將渦室與豎井直段連接起來，其第一個作用是從渦室末端位置開始向下將豎井直徑減小，從而減小工程開挖量，節(jié)省工程投資，第二個作用是使水流附壁作用增強，降低渦室的來流脫離邊壁直接砸落至豎井底部的可能。

但是由于上平段進入渦室的水流具有一定的寬度(即渦室內(nèi)壁面法向水深)，故而越靠近渦室中心的水體越容易脫離主流的束縛，進而直接跌落到豎井底部。這是因為水流自由面方向的部分水體在沿豎向下泄的過程中其環(huán)向速度逐漸減小，從而不足以支撐到豎井底部便直接跌落，從而降低消能效果，增大底板的壓強甚至造成底板破壞；同時，常規(guī)旋流豎井泄洪洞其圓柱形渦室與上平段銜接位置，由于水流的急劇轉(zhuǎn)向，受豎井渦室壁面的反向作用，一部分水流會在渦室內(nèi)爬升到較高的位置，這無疑會增大渦室段對高度的要求，增加工程耗資。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)，以減小水體在收縮段末端直接跌落豎井底部的可能，提高消能效果，同時降低渦室高度，減小開挖方量，節(jié)省工程投資。

針對以上發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：通過將原本呈圓柱形布置的渦室結(jié)構(gòu)修改為錐形，同時將原本與圓柱形渦室鉛直相切的上平段邊墻順勢調(diào)整為具有與錐形渦室收縮坡度同一傾角，以保證該側(cè)邊墻依舊與渦室外壁相切，而另一側(cè)邊墻保持鉛直布置不變。

本發(fā)明提供的錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)，其構(gòu)成包括閘室、上平段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段，所述渦室為與下部收縮段具有同一收縮坡比，且與收縮段連續(xù)圓滑銜接的錐形結(jié)構(gòu)，所述上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的傾斜邊墻。

為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明的目的，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上可進一步采取以下各項技術(shù)措施。下述各項技術(shù)措施可單獨采取，也可組合采取，甚至一并采取。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，閘室與上平段傾斜邊墻之間設(shè)置一沿水流方向延伸一定長度的扭面，使邊墻由閘室的鉛直邊墻圓滑過渡銜接到上平段的傾斜邊墻。所述扭面沿水流方向延伸的長度一般不小于傾斜邊墻的高度。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，在渦室進口處設(shè)置導流挑坎。所述導流挑坎具體設(shè)置在旋流豎井的渦室進口水流與旋轉(zhuǎn)一圈后的水流交匯處一側(cè)自上平段底板向上的渦室壁面上，由一個沿渦室壁面延伸凸起的直角三角形豎直面和一個與該直角三角形豎直面的斜邊相交的導流弧面構(gòu)成，以形成一個上大下小、一面為弧面的三角形錐體，且導流弧面起始處與渦室壁面的相交處為圓滑曲面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)具有以下十分突出的有益技術(shù)效果：

1.由于本發(fā)明所述旋流豎井為錐形渦室結(jié)構(gòu)，且上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的傾斜邊墻，水流在進入渦室前和在渦室中旋轉(zhuǎn)時，受到的壁面支持力由原本的水平方向變?yōu)榕c水平向具有一定夾角的傾斜支持力(垂直于壁面)，其鉛直方向的分量抵消掉水體的部分重力，從而減小水體豎向加速度，同時由于渦室直徑減小，水流在渦室末端具有比鉛直布置的渦室更大的環(huán)向流速，從而減小水體在收縮段末端直接跌落豎井底部的可能，有利于提高消能效果和保護底板。

2.由于本發(fā)明所述旋流豎井為錐形渦室結(jié)構(gòu)，渦室上部半徑大于常規(guī)鉛直布置的旋流豎井渦室結(jié)構(gòu)，并且上平段傾斜進入渦室，水流在渦室內(nèi)的最大水面爬升高度將有效減小，從而降低渦室設(shè)計高度，減小工程開挖方量，節(jié)省工程投資。

3.本發(fā)明所述旋流豎井運行時，由于渦室結(jié)構(gòu)呈錐形，水流豎向加速度減小，水體在渦室內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加，水流附壁作用更強，豎井壁面壓強更大，從而增強了豎井泄洪洞的抗空化空蝕能力。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)旋流豎井泄洪洞的主視圖。

圖2為本發(fā)明的錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)的主視圖。

圖3為本發(fā)明的錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)的俯視圖。

圖4為圖2中a-a剖面圖。

圖中：1—閘室；2—上平段；3—渦室；4—收縮段；5—豎井直段；6—壓坡段；7—泄水段；8—導流挑坎；9—上平段鉛直邊墻；10—銜接扭面；11—上平段傾斜邊墻；12—錐形渦室。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實施方式，并通過具體實施方式對本發(fā)明所述錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)作進一步說明。

實施例1

本實施例所述錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如附圖2、附圖3和附圖4所示，由閘室1(進口)、上平段2、渦室3、收縮段4、豎井直段5、出口壓坡段6以及其后的下平泄水段7構(gòu)成，所述渦室為與下部收縮段具有同一收縮坡比，且與收縮段連續(xù)圓滑銜接的錐形結(jié)構(gòu)渦室，所述上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的傾斜邊墻。閘室與上平段傾斜邊墻之間設(shè)置有一沿水流方向延伸的扭面10，扭面沿水流方向延伸的長度為傾斜邊墻的墻面寬度，使邊墻由閘室的鉛直邊墻圓滑過渡銜接到上平段的傾斜邊墻，以防水流脫離上平段泄洪洞邊墻，避免氣蝕生產(chǎn)。在渦室進口處設(shè)置有導流挑坎8。該導流挑坎具體設(shè)置在旋流豎井的渦室進口水流與旋轉(zhuǎn)一圈后的水流交匯處一側(cè)自上平段底板以上的渦室壁面上，由一個沿渦室壁面延伸凸起的直角三角形豎直面和一個與該直角三角形豎直面的斜邊相交的導流弧面構(gòu)成，以形成一個上大下小、一面為弧面的三角形錐體，且導流弧面起始處與渦室壁面的相交處為圓滑曲面。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統(tǒng)，其構(gòu)成包括閘室、上平段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段，所述渦室為與下部收縮段具有同一收縮坡比、與收縮段圓滑銜接的錐形結(jié)構(gòu)，所述上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的傾斜邊墻。本發(fā)明提供的錐形渦室旋流豎井泄洪洞，可減小水體在收縮段末端直接跌落豎井底部的可能，提高消能效果，同時降低渦室高度要求，減小開挖方量，節(jié)省工程投資。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧軍;劉文;田忠;張法星;許唯臨;劉善均;張建民;王韋;曲景學;周茂林
受保護的技術(shù)使用者：四川大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.07.07