锥形漩流竖井制造技术

一种锥形漩流竖井，包括涡室段、与涡室段相接的竖井段，所述涡室段设置有将引渠中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段为上大下小圆锥体。为了进一步提高消能率，在锥形漩流竖井的竖井段井壁上设置了阶梯消能工，所述阶梯消能工的第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管与涡室段顶部联通，以起到掺气减蚀的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利水电工程中使用的漩流竖井，特别涉及一种适用于高水头大流量 的漩流竖井。
技术介绍
漩流竖井是一种新型泄洪消能设施，由于引渠水流从涡室段的切向进入涡室，绕 竖井轴心旋转呈贴壁流动，在竖井中央形成稳定空腔，因而既能保持水流流态的稳定，又能 形成良好的通气条件。但是工程实践表明，在大流量和高水头工况下，漩流竖井存在以下问 题1)竖井中流速过高，壁面发生空化空蚀的风险增加；2)由于水流离心力的作用，采用传 统的环形掺气坎掺气变得很困难，无法起到掺气减蚀的作用。公开号为CN101624819A的专利申请公开了一种双涡室掺气型漩流竖井，该双涡 室掺气型漩流竖井包括上涡室及其下部的收缩段I、掺气型下涡室及其下部的收缩段II、 通气管和竖井段，上涡室下部的收缩段I接掺气型下涡室，掺气型下涡室下部的收缩段II 接竖井段，通气管的一端与大气相通，通气管的另一端接掺气型下涡室顶部，使空气从掺气 型下涡室顶部进入竖井。此种漩流竖井虽然在大流量、高水头工况下掺气效果明显，水气混 合充分，水流的含气量大幅度增加，水流流态稳定，消除了竖井壁面的空化空蚀破坏，但消 能率有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锥形漩流竖井和锥形阶梯漩流 竖井，以进一步提高大流量、高水头工况下漩流竖井的消能率。本专利技术所述锥形漩流竖井，包括涡室段、与涡室段相接的竖井段，所述涡室段设置 有将引渠中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段为上大下的圆锥筒体。圆锥筒 体形的竖井段可使进入竖井的水流旋转圈数增加，降低水流流速，增加井壁的壁面压力。本专利技术所述锥形阶梯漩流竖井，是在上述锥形漩流竖井的竖井段井壁上增设了阶 梯消能工，以进一步提高消能率，所述阶梯消能工的第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由 通气管与涡室段顶部联通，以起到掺气减蚀的作用。本专利技术所述锥形漩流竖井和锥形阶梯漩流竖井，其竖井段底端设置有消力井，竖 井段下部通过反弧段、压坡段与泄洪洞接通，所述反弧段、压坡段的底板与消力井的上沿平 齐。本专利技术所述锥形阶梯漩流竖井，其阶梯消能工优选起于涡室段与竖井段的连接 处，止于竖井段与反弧段的连接处。通过实验，本专利技术所述锥形漩流竖井和锥形阶梯漩流竖井优选以下结构参数1、涡室段的高度Hl = 1.5D1 2. OT1，竖井段的高度H2 = 5D1 1OT1，竖井段 的坡度il = 1 10 30，所述Dl为涡室段的直径，根据进入竖井的水流流量确定，Dl = (1. 05 1. 07) Q172'5, Q为进入竖井的水流流量。32、设置在竖井段井壁上的阶梯消能工的各阶梯截面坡度相同、高度相同、水平长 度相同，所述阶梯截面坡度i3 = 1 5 10，所述阶梯截面高度H4 = 2.5m 3D2，所述阶 梯截面水平长度L2 = 0. 5m 0. 3D2，式中D2为竖井段底部最小直径。3、消力井高度H3为0. 5D1 2D1，所述Dl为涡室段的直径。本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术将竖井段设计为圆锥筒体，可增加竖井中水流旋转圈数，提高消能率，与 传统圆筒体型相比，提高消能率至少10%左右；在圆锥筒体竖井段设置阶梯后，阶梯增加 水流沿程阻力，进一步提高了效能率，与传统圆筒体型相比，提高消能率至少20%左右，与 双涡室掺气型漩流竖井相比，提高消能率约30%。2、本专利技术将竖井段设计为圆锥筒体或在圆锥筒体的基础上增设阶梯消能工，突破 了现有漩流竖井避免空蚀空化的水力设计理念(现有的漩流竖井都是通过增加掺气措施 来降低空蚀空化)，为高水头大流量条件下避免空蚀空化破坏提供了一种不同构思的技术方案。附图说明图1是本专利技术所述锥形漩流竖井的结构示意图；图2是本专利技术所述锥形阶梯漩流竖井的结构示意图；图3是本专利技术所述锥形阶梯漩流竖井所设置的阶梯消能工的阶梯截面的示意图；图4是上游引渠及下游直线压坡段、泄洪洞与本专利技术所述锥型漩流竖井或锥形阶 梯漩流竖井的相对位置示意图；图5是图1、图2的I-I剖面图，该剖面为涡室段的剖面；图6是图1、图2的II-II剖面图，该剖面为锥形竖井段的剖面；图7是图1、图2的III-III剖面图，该剖面为压坡段的剖面；图8是图1、图2的IV-IV剖面图，该剖面为泄洪洞的剖面。图中，1-引渠、2-涡室段、3-竖井段、4-反弧段、5-直线压坡段、6-泄洪洞、7-消力 井、8-挡板、9-阶梯消能工、10-通气管、HO-涡室水头、Hl-涡室段高度、H2-竖井段高度、 H3-竖井底部消力井高度(竖井底板至下游连接段高度)、D1-涡室段直径、D2-竖井段底部 最小直径、B-泄洪洞宽度、H5-泄洪洞高度、Ll-压坡段长度、L2-阶梯截面水平长度、H4-阶 梯截面高度、il-竖井段坡度、 2-压坡段坡度、 3-阶梯截面坡度、R-反弧段半径。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术所述锥形漩流竖井和锥形阶梯漩流竖井的结构作进一步 说明。实施例1本实施例中的的锥形漩流竖井根据某水电站枢纽工程的泄洪洞设计，在校核洪水 情况下，泄洪洞设计泄量为272. 6lm3/s,顶部高程2797m，在2765m处开始收缩接锥型竖井 段，竖井泄洪洞底板高程2690m。本实施例中，锥形漩流竖井的结构如图1、图4所示，包括涡室段2、与涡室段相接 的竖井段3;所述涡室段2设置有将引渠1中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井4段3为上大下小的圆锥筒体。涡室段2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流从涡 室段切向进入涡室；竖井段3底端设置有消力井7，竖井段3下部通过反弧段4、压坡段5与 泄洪洞6接通，所述反弧段4、压坡段5的底板与消力井7的上沿平齐。本实施例中，进入锥形漩流竖井的水流流量为272. 6 lm3/s,涡室水头HO为30m，锥 形漩流竖井的有关结构参数如下涡室段2的横截面如图5所示，其直径D1为14m，其高度Hl为32m ；竖井段3的横 截面如图6所示，其坡度il为1 15，其高度H2为75m，竖井段底端设置的消力井7的高 度H3为10m，底部最小直径D2为4m ；反弧段4的半径R为15m ；压坡段5的横截面如图7 所示，其长度Ll为26. 25m，坡度i2为1 15 ；泄洪洞6为城门洞形，其横截面如图8所示， 高度H5为8m，宽度B为5m，洞顶弧形段高度为1. 25m。实施例2本实施例中的的锥形阶梯漩流竖井根据某水电站枢纽工程的泄洪洞设计，最大下 泄流量为1245m3/S，竖井泄洪洞顶部高程1993m，在1953m处开始收缩接锥型阶梯竖井段， 竖井泄洪洞底板高程1778m。本实施例中，锥形阶梯漩流竖井的结构如图2、图4所示，包括涡室段2、与涡室段 相接的竖井段3 ；所述涡室段2设置有将引渠1中的水流从其切向引入涡室的进水口 ；所述 竖井段3为上大下小的圆锥筒体，其井壁上设置有阶梯消能工9 (阶梯消能工9起于涡室段 2与竖井段3的连接处，止于竖井段3与反弧段4的连接处)，所述阶梯消能工的第一级阶 梯设置有通气孔，该通气孔由通气管10与涡室段顶部联通，所述阶梯消能工9的各阶梯截 面坡度相同、高度相同、水平长度相同；润室段2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水 流从涡室段切向进入涡室；竖井段3底端设置有消力井7，竖井段3下部通过反弧段4、压坡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥形漩流竖井，包括涡室段（２）、与涡室段（２）相接的竖井段（３），所述涡室段（２）设置有将引渠（１）中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段底端设置有消力井（７），所述竖井段下部通过反弧段（４）、压坡段（５）与泄洪洞（６）接通，其特征在于竖井段（３）为上大下小的圆锥筒体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建民，许唯临，刘善均，王韦，曲景学，邓军，刘璐，陈剑刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]