潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞制造技术

本实用新型专利技术涉及水利水电工程领域，针对高水头大泄量竖井泄洪洞易产生空蚀的问题，提供了一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，该技术方案如下：包括竖井、平洞以及出水洞，竖井一端设有进水口，竖井与平洞的连接处设有呈U型管道设置的存水弯，进水口处设有窄口端与竖井连接的环形堰，进水口处设有与环形堰小夹角连接的起旋墩。使用与环形堰小夹角连接的起旋墩，可以对流经起旋墩的水流起到有效的起旋作用，竖井底部设置的存水弯中有积水，水流在进入到存水弯时，存水弯中的积水可对泄洪时的水流起到缓冲的作用，减少水流直接冲刷对泄洪洞侧壁产生的冲击力，达到消能的目的，以起到对泄洪洞的保护作用。

【技术实现步骤摘要】
潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞
本技术涉及水利水电工程领域，更具体地说，它涉及一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞。
技术介绍
在水利水电工程中，水库挡水建筑物为土石坝时，常采用的溢洪道或泄洪洞方式泄洪，但当坝址两岸地形较陡，不具备做溢洪道条件时，往往选择采用泄洪洞方式，且常结合施工导流洞布置。传统喇叭形堰竖井泄洪洞，在二十世纪四、五十年代美国修建较多。这种泄洪洞通常不设闸门，正常蓄水位即堰顶高程，自动泄洪，因此，适用于无人操作的非常泄洪洞，特别是在人烟稀少的水工程采用这种泄洪洞最有利。当具有修建喇叭形堰的开阔地形时，它的最大泄流能力可达3000m3/s。传统的喇叭形堰竖井泄洪洞存在许多缺点：如进水口易产生漩涡，影响泄流能力，和出现不稳定涡带引起结构物振动，有时会出现反向气爆现象（如美国俄勒冈州阿威希坝竖井泄洪洞）。在溢流堰同竖井连接段处易产生负压，特别是靠近竖井下部的负压能达到气化压力，引起竖井空蚀。由于上述原因，使高水头大泄量竖井泄洪洞的应用受到了很大限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，具有对进入泄洪洞中的水流消能的优点。为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，包括依次相连的竖井、平洞以及出水洞，所述竖井远离平洞的一端设有进水口，所述竖井与平洞的连接处设有存水弯，所述存水弯呈U型管道设置，所述进水口处设有呈喇叭状的环形堰，所述环形堰的窄口端与竖井连接，所述进水口处设有若干沿进水口的周向均布的起旋墩，所述起旋墩与环形堰的宽口端的外圆周的切线成夹角不大于15°连接。采用上述技术方案，使用与环形堰小夹角连接的起旋墩，可以对流经起旋墩的水流起到有效的起旋作用，使得水流有效的旋转，同时高水位工况下小夹角的起旋墩不会影响泄洪流量，而底层水流可以有效的拖曳上层水流旋转，同样可以产生有效的起旋作用，水流进入到竖井后发生旋转，可在离心力的作用下消除负压，从而有效地放置空蚀，同时竖井底部设置的存水弯中有积水，水流在进入到存水弯时，存水弯中的积水可对泄洪时的水流起到缓冲的作用，减少水流直接冲刷对泄洪洞侧壁产生的冲击力，达到消能的目的，以起到对泄洪洞的保护作用。优选的，所述平洞的底部设有若干输水管，若干所述输水管连通有同一排水管，所述排水管上设有阀门。采用上述技术方案，通过输水管以及排水管可将平洞底部的积水排离平洞，从而减少平洞中的积水量，同时排水管上的阀门可根据泄洪的需要启闭，以达到排走平洞中的积水或者在泄洪过程中起到分流的作用。优选的，所述平洞呈螺旋状且倾斜设置。采用上述技术方案，平洞螺旋状设置可对进入到平洞中的水流起到缓冲的作用。优选的，所述平洞包括沿直线方向延伸的直道，所述平洞还包括若干与直道连通的上凹坑和下凹坑，所述平洞呈波浪状且倾斜设置。采用上述技术方案，水流进入到平洞后经过直道排走时，经过与直道连通的上凹坑以及下凹坑，使得水流经过呈波浪状设置的平洞时可对水流起到缓冲的作用。优选的，所述输水管与下凹坑的底部连通。采用上述技术方案，输水管可将下凹坑中的积水排走，以减少平洞中的积水。优选的，所述排水管倾斜设置。采用上述技术方案，排水管倾斜设置可更好地将排水管中的水排走。优选的，所述竖井的内侧壁上设有朝向竖井的轴线延伸的环形阶梯，所述竖井的口径从进水口朝存水弯的方向逐渐减小。采用上述技术方案，通过环形阶梯可对进入到竖井中的水流起到缓冲的作用，并且竖井的口径逐渐减少，使得环形阶梯对水流的缓冲效果更佳。优选的，所述起旋墩的顶部高于环形堰的顶面且低于水库的最高水位。采用上述技术方案，起旋墩的顶部高于环形堰的顶面，使得流入到竖井中的水流可在起旋墩的导向作用下旋转，当水位过高时，水位高于起旋墩，此时水流可从起旋墩的顶部进入到竖井中，以保证泄洪洞的泄洪能力。综上所述，本技术具有以下有益效果：1.通过竖井底部设置的存水弯中有积水，水流在进入到存水弯时，存水弯中的积水可对泄洪时的水流起到缓冲的作用，减少水流直接冲刷对泄洪洞侧壁产生的冲击力，达到消能的目的；2.水流在进入平洞时，可经过直道、上凹坑与下凹坑结合形成的波浪形通道，使得在较短的距离内，水深增加，相应的流速减小，则水流形成水跃以达到消能的作用；3.通过环形阶梯可对进入到竖井中的水流起到缓冲的作用，并且竖井的口径逐渐减少，使得环形阶梯对水流的缓冲效果更佳。附图说明图1为本技术中实施例一的结构示意图；图2为本技术中实施例一的竖井的俯视图；图3为本技术中实施例二的结构示意图。图中：1、竖井；11、进水口；12、环形堰；13、环形阶梯；2、平洞；21、直道；22、上凹坑；23、下凹坑；3、出水洞；4、存水弯；5、起旋墩；6、排水管；61、输水管；62、阀门。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本技术进行详细描述。实施例一一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，参见图1，包括依次连通的竖井1、平洞2以及出水洞3，竖井1远离平洞2的一端设有进水口11，同时在竖井1位于进水口11处设有呈喇叭状设置的环形堰12，环形堰12的窄口端与竖井1相连。竖井1与平洞2之间设有存水弯4，存水弯4呈U型管道设置，竖井1以及平道分别连接存水弯4的两端，存水弯4中时刻积水。本实施例中的平洞2中的通道呈螺旋状且倾斜设置。此外，在平洞2的底部设有若干输水管61，输水管61与平洞2的螺旋通道的底部连通，输水管61沿竖直方向向下延伸，并且所有输水管61均连通到同一根排水管6上，该排水管6也倾斜向下延伸设置。参见图1和图2，竖井1的内侧壁上设有朝向竖井1的轴线延伸的环形阶梯13，并且竖井1的口径从进水口11朝存水弯4的方向逐渐减小。环形堰12的宽口端的外圆周上设有若干沿着环形堰12的宽口端的外圆周的周向均布的起旋墩5，本实施例中设有八个起旋墩5，起旋墩5的水平截面为细长的多边形，起旋墩5与环形堰12的宽口段的外圆周的切线成夹角不大于15°连接，本实施例中起旋墩5与环形堰12的宽口段的外圆周的切线的夹角为8°。起旋墩5的一侧与环形堰12的宽口端的外圆周固定，起旋墩5的远离与环形堰固定的一侧设置为圆角，起旋墩5的顶部高于环形堰12的顶面同时低于水库的最高水位。具体工作过程：泄洪时，水流通过起旋墩5以在进入竖井1时发生旋转，水流旋转产生离心力以消除负压，具有消能的作用，可有效的防止竖井1空蚀。起旋墩5与环形堰12的宽口端的外圆周的切线成小角度连接，可使水流在竖井1中产生稳定的旋转流运动，当起旋墩5与环形堰12的宽口段的外圆周的切线的夹角为8°时，水流的旋转力度较大，易消除竖井1负压。同时起旋墩5的顶部高于环形堰12的顶面同时低于水库的最高水位，使得水位较低时，水流可通过相邻起旋墩5之间的间距以旋转进入到竖井1中，当水位较高时，水位高于起旋墩5，水流可直接从起旋墩5的顶部进入到竖井1中，以保证泄洪洞的泄洪能力。水流在进入竖井1后，可在环形阶梯13的导流作用下，以对水流的流速起到减缓的作用，从而达到消能的目的，以减少水流对竖井1内壁的冲击，减少竖井1空蚀。水流在进入到平洞2排走时，先经过竖井1与平洞2之间的存水弯4，由于存水弯4中时刻存有积水，则水流在进入到存水弯4时，可受到存水弯4中积水的缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，包括依次相连的竖井(1)、平洞(2)以及出水洞(3)，所述竖井(1)远离平洞(2)的一端设有进水口(11)，其特征是：所述竖井(1)与平洞(2)的连接处设有存水弯(4)，所述存水弯(4)呈U型管道设置，所述进水口(11)处设有呈喇叭状的环形堰(12)，所述环形堰(12)的窄口端与竖井(1)连接，所述进水口(11)处设有若干沿进水口(11)的周向均布的起旋墩(5)，所述起旋墩(5)与环形堰(12)的宽口端的外圆周的切线成夹角不大于15°连接。

【技术特征摘要】
1.一种潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，包括依次相连的竖井(1)、平洞(2)以及出水洞(3)，所述竖井(1)远离平洞(2)的一端设有进水口(11)，其特征是：所述竖井(1)与平洞(2)的连接处设有存水弯(4)，所述存水弯(4)呈U型管道设置，所述进水口(11)处设有呈喇叭状的环形堰(12)，所述环形堰(12)的窄口端与竖井(1)连接，所述进水口(11)处设有若干沿进水口(11)的周向均布的起旋墩(5)，所述起旋墩(5)与环形堰(12)的宽口端的外圆周的切线成夹角不大于15°连接。2.根据权利要求1所述的潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，其特征是：所述平洞(2)的底部设有若干输水管(61)，若干所述输水管(61)连通有同一排水管(6)，所述排水管(6)上设有阀门(62)。3.根据权利要求2所述的潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞，其特征是：所述平洞(2)呈螺旋状且倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻胜春，劳应文，杨允大，
申请(专利权)人：佛山市南海南源水利水电勘测设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44