一种旋流竖井式消能结构制造技术

本发明专利技术公开了一种旋流竖井式消能结构，包括上平段、旋流竖井、下平段。旋流竖井上端通过入口洞与外界环境连通，旋流竖井下端通过出口洞与外界环境连通，入口洞端口处作为流道入口，出口洞端口处作为流道出口。采用本发明专利技术的技术方案，流体由流道入口送入之后，当流体流量或流速较小时，流体直接进入旋流竖井内以旋涡方式流动，消解其中大部分能量；当流体流量或流速较大时，部分流体越过旋流竖井，拍击到旋流竖井端口处的消能墙上，通过消能墙消解其中部分水流能量，反射回流的水体则与上游水流在旋涡竖井内不断碰撞、混合，再次消解水体中的能量后流出，使流体减少了对下游建筑物设施的水力冲击，保护建筑物结构安全，降低工程运行风险。

A kind of energy dissipation structure with swirl shaft

【技术实现步骤摘要】
一种旋流竖井式消能结构
本专利技术具体涉及水利水电工程中流道泄洪消能
，尤其涉及一种旋流竖井式消能结构。
技术介绍
作为水利水电工程中所设置的流道，除应满足泄洪能力以外，还应保证在运行期间泄洪建筑物的安全，与原河道水流良好衔接以及能充分发挥应有的消能效果，以避免下泄水流对下游河床和岸坡造成冲刷破坏。消能流道是一种通过在流道面上设计若干具有不同形状、结构的消能体，以增加过水壁面的粗糙程度，并对流过的水流进行大量的掺气，以使水流下泄过程中沿程能力损失增大，减小下游消能压力，同时还对流道壁面进行掺气减蚀保护，减免空蚀破坏，保证泄水建筑物的安全运行。现有技术中，消能流道的设计思路一般是：水流流经缓流段，经过陡槽段段加速后，通过消能工消能，这种传统的消能方式，水流加速过程较长，可能引起空蚀破坏的部分较长，对工程安全不利，同时泄槽底板为光面，无消能措施，下泄水流能量较大，仅靠消能工消能，对消能工相关设施的设计施工要求高，施工工程投资建设成本大。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种旋流竖井式消能结构。本专利技术是通过如下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种旋流竖井式消能结构，包括旋流竖井，所述旋流竖井上端通过上平段与外界环境连通，所述旋流竖井下端通过下平段与外界环境连通，所述上平段端口处作为流道入口，所述下平段端口处作为流道出口。所述旋流竖井上端端口下游处还设置有消能墙，消能墙与所述上平段洞口彼此相对。所述上平段、下平段横断面是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。所述流道入口处设置有入口堰头。所述旋流竖井设置位置与所述流道入口或流道出口相接近。所述旋流竖井底部设有水垫和衬砌结构。所述入口洞长度大于1倍洞径。所述旋流竖井为圆形、椭圆形、流畅渐变曲面断面。所述流道为一个，旋流竖井和水垫布置一个或相间布置多个。所述流道还可为多个，在多个平行流道间布置多个旋流竖井，下部水垫连通为一个，还可相间布置多个旋流竖井和水垫。本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术的技术方案，由流道入口送入的流体在流经入口洞内的流道面时，首先进入旋流竖井以内，在旋流竖井以内以旋涡的方式流动，从而消解了流体内大部分能量，减少了流体对下游设施的水力冲击，经过旋流竖井消解之后的水流再由出口洞流出，使流体的流态方向重新趋于统一，因而改善的水流的水力条件，另外，当入口洞处水流流量较大时，一部分水流则会越过旋流竖井，拍击到旋流竖井端口处的消能墙上，通过消能墙也能够消解部分水流的能量，此外，旋流竖井通过补气管与外界环境大气连通，使旋流竖井以内保持良好的通风，可进一步加速旋流竖井内的水流流速和紊流，使对流体能量的消解作用效果更显著，本专利技术具有结构简单，施工建设方便，工程造价低等优点，适于在水利水电工程领域中广泛推广应用。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术实施实例一的结构示意图；图3是本专利技术实施实例二的结构示意图；图4是本专利技术实施实例二A-A剖面图。中：1-入口洞，2-旋流竖井，3-出口洞，4-补气管，5-消能墙，11-流道入口，12-入口堰头，21-水垫，31-流道出口。具体实施方式下面结合附图进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。本专利技术的一种旋流竖井式消能结构，如图1～图4所示，包括旋流竖井2，旋流竖井2上端通过上平段1与外界环境连通，旋流竖井2下端通过下平段3与外界环境连通，上平段1端口处作为流道入口11，下平段3端口处作为流道出口31。采用本专利技术的技术方案，由流道入口送入的流体在流经入口洞内的流道面时，首先进入旋流竖井以内，在旋流竖井以内以旋涡的方式流动，从而消解了流体内大部分能量，减少了流体对下游设施的水力冲击，经过旋流竖井消解之后的水流再由出口洞流出，使流体的流态方向重新趋于统一，因而改善的水流的水力条件，另外，当入口洞处水流流量较大时，一部分水流则会越过旋流竖井，拍击到旋流竖井端口处的消能墙上，通过消能墙也能够消解部分水流的能量，此外，旋流竖井通过补气管与外界环境大气连通，使旋流竖井以内保持良好的通风，可进一步加速旋流竖井内的水流流速和紊流，使对流体能量的消解作用效果更显著，本专利技术具有结构简单，施工建设方便，工程造价低等优点，适于在水利水电工程领域中广泛推广应用。进一步地，旋流竖井2上端端口处还设置有消能墙5，消能墙5与入口洞1洞口彼此相对。消能墙5采用混凝土浇筑而成。当入口洞处水流流量较大时，一部分水流则会越过旋流竖井，拍击到旋流竖井端口处的消能墙上，通过消能墙也能够消解部分水流的能量，进一步改善了水流的水力条件。消能墙5具体位置可通过水力学数值计算或者物理模型试验确定，以便于反射水流能够在流速消落较小后跌落入竖井，或者反射水流通过反射与上游来流碰撞消能后共同跌落入竖井。进一步地，优选出口洞3横断面是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。出口洞3、出口洞3横断面是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。优选旋流竖井2设置位置与流道入口11相接近。以保证出口水流流速尽量小。或者所述旋流竖井(2)设置位置与所述流道入口(11)相接近，以保证流道内大部分能量在初始阶段被消解，保证流道在旋流竖井下游的结构运行安全。这使得由流道入口11处进入的流体能够较短的时间内进入旋流竖井2以内对其能量进行消解，从而加快了消能处理速度，防止因水流中能量较大而对入口洞1造成冲刷作用，保证了入口洞1的安全。旋流竖井2具体位置及尺寸可通过水力学数值计算或者物理模型试验并综合考虑施工技术确定，保证反射水流能够在流速消落较小后跌落入竖井，或者反射水流通过反射与上游来流碰撞消能后共同跌落入竖井。旋流竖井2深度应尽量接近底部洞段出口高程，以便减少竖井后部水流流速，避免对竖井下游建筑物的冲刷破坏。进一步地，所述旋流竖井(2)底部设有水垫(21)，水垫尺寸、衬砌结构、水垫深度需根据具体工程通过水力学计算及物理模型试验确定。旋流竖井式消能结构其布置位置、结构尺寸、衬砌结构等需要根据具体工程通过水力学计算及物理模型试验确定。进一步地，优选流道入口11处设置有入口堰头12。入口堰头12也能够消解水流中的部分能量，进一步改善了水流的水力条件。旋流竖井2底部设有水垫21，用于抵消水体下落的能量，对旋流竖井底板起到充分的保护作用。具体水垫21厚度可以通过水力学数值计算或者物理模型试验论证。此外，所述旋流竖井(2)为圆形、椭圆形、流畅渐变曲面断面。旋流竖井横断面可以为唯一横断面或者上大下小、上小下大平顺渐变过度的多截面结构。并在入口洞1及旋流竖井2分别有充分的补气洞4设施与之连通，提供充足的通风补气条件，避免该水流变化剧烈部位的空化空蚀破坏。旋流竖井2进口可形成向下减缩的喇叭口断面，以保证水流在最大范围内跌落。消能墙5底部应形成倒角，避免水流在此部位形成空腔发生空化。旋流竖井2底部水垫21也可采用类似于底流消能的多种消能方式并且在下游本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋流竖井式消能结构，其特征在于：包括旋流竖井(2)，所述旋流竖井(2)上端通过上平段(1)与外界环境连通，所述旋流竖井(2)下端通过下平段(3)与外界环境连通，所述上平段(1)端口处作为流道入口(11)，所述下平段(3)端口处作为流道出口(31)。/n

【技术特征摘要】
20190412 CN 20191029548731.一种旋流竖井式消能结构，其特征在于：包括旋流竖井(2)，所述旋流竖井(2)上端通过上平段(1)与外界环境连通，所述旋流竖井(2)下端通过下平段(3)与外界环境连通，所述上平段(1)端口处作为流道入口(11)，所述下平段(3)端口处作为流道出口(31)。


2.根据权利要求1所述的旋流竖井式消能结构，其特征在于：所述旋流竖井(2)上端端口下游处还设置有消能墙(5)，消能墙(5)与所述上平段(1)洞口彼此相对。


3.根据权利要求1所述的旋流竖井式消能结构，其特征在于：所述上平段(1)、下平段(3)横断面是明渠断面、城门洞形断面、圆形、马蹄形中的一种。


4.根据权利要求1所述的旋流竖井式消能结构，其特征在于：所述流道入口(11)处设置有入口堰头(12)。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家修，杜帅群，李晓彬，郑雪玉，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52