一种坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施制造技术

本发明专利技术涉及坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施，以解决高水头、大流量高坝传统旋流竖井出现的泄流量小、消能率低、壁面掺气困难、竖井振动强的问题，涡室经其上的进水口与引水渠连通，引水渠有两条，引水渠的出水口成对角方向左右对称置于涡室两侧，两条引水渠进入涡室水流的夹角为180°，涡室上端有通气孔，涡室下端有渐变段，渐变段下端连接有竖井段，竖井段上有多段间隔布置的洞塞体，竖井段底端有水垫池，水垫池上端有与竖井段连通的出水段；本发明专利技术将涡室进水口设置为两个双向180°进水口，可增加竖井的泄流能力，将竖井段设计为间隔布置的洞塞旋流消能工，可增加水流的消能效率，避免现有旋流竖井容易出现空蚀空化的问题，同时可减少竖井的振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程中的旋流竖井，特别是一种坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施。
技术介绍
我国在建和即将建设的高坝较多，尤其是高度大于200m的大坝，基本上均建于深山峡谷地帯，山高谷深，工程建设普遍存在水头高、流量大、河谷窄等技术特点，泄洪消能问题十分突出，特别是泄水建筑物的泄流、消能、空化空蚀、紊流振动等问题，更是急需解决的难点；旋流竖井是ー种较新型的泄洪消能设施，旋流式内消能エ的引水道和竖井泄水道不在同一纵轴线上，由于引水道水流从涡室的切向进入涡室，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；但是エ程实践与模型试验表明，在大流量和高水头情况下，传统的旋流竖井技术存在以下缺点1、泄流量较小，不适宜作为溢洪道，尤其是对于布置溢洪道较困难的高坝，传统竖井的泄流量一般很难达到流量2000m3/s以上；2、消能率低，一般坝高在200m以上的高坝，特别是300m以上的特高坝，传统竖井的消能率一般都在60%以下，造成竖井振动较大；3、传统竖井中流速过高，一般可达3(T50m/s,造成掺气减蚀困难。
技术实现思路
针对上述情况，为解决高坝(200m以上高坝)泄洪消能设施布置困难的问题，克服传统竖井消能エ的不足与缺点，本专利技术之目的就是提供一种坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施，以解决高水头、大流量高坝传统旋流竖井出现的泄流量小、消能率低、壁面掺气困难、竖井振动强的问题。其解决的技术方案是，包括涡室和引水渠，涡室经其上的进水口与引水渠连通，引水渠有两条，引水渠的出水ロ成对角方向左右对称置于涡室两侧，两条引水渠进入涡室水流的夹角为180°，涡室上端有通气孔，涡室下端有渐变段，渐变段下端连接有圆筒形的竖井段，竖井段上有多段间隔布置的洞塞体，竖井段底端有水垫池，水垫池上端有与竖井段连通的出水段；所说的与涡室相连的两条引水渠平直进水长度L = 2-5D，所说的洞塞体为圆筒形，洞塞体直径Dl = 0. 7-0. 9D，相邻两个洞塞体距离LI = 1.8-2. 2D，洞塞体长L2=0. 5-1. 0D,间隔布置3组，D为竖井段直径。本专利技术将涡室进水口设置为两个双向180°进水口，可增加竖井的泄流能力，将竖井段设计为间隔布置的洞塞旋流消能エ，可増加水流的消能效率，避免现有旋流竖井容易出现空蚀空化的问题，同时可有效减少竖井的振动。附图说明图I为本专利技术的主视剖面图。图2为本专利技术图I中I-I处的剖面结构图。图3为本专利技术图I中II-II处的剖面结构图。具体实施例方式以下结合附图对专利技术的具体实施方式作进ー步详细说明。由图I至图3给出，本专利技术包括涡室和引水渠，涡室I经其上的进水口与引水渠2连通，引水渠有两条，引水渠的出水ロ成对角方向左右对称置于涡室I两侧，两条引水渠进入涡室水流的夹角为180°，涡室I上端有通气孔3，涡室I下端有渐变段4，渐变段4下端连接有圆筒形的竖井段5，竖井段5上有多段间隔布置的洞塞体6，竖井段5底端有水垫池7，水垫池7上端有与竖井段5连通的出水段8 ;所说的与涡室相连的两条引水渠平直进水长度L = 2-5D，所说的洞塞体为圆筒形， 洞塞体直径Dl = 0. 7-0. 9D，相邻两个洞塞体距离LI = I. 8-2. 2D，洞塞体长12=0. 5-1. 0D,间隔布置3组，D为竖井段直径。为了保证使用效果，所说的渐变段4为上大下小的锥形体。所说的涡室I的剖面为圆形，涡室的直径D2 = I. 5-1. 7D。所说的引水渠2的剖面为方形，方形的宽度a = 0. 1-0. 4D2，方形的高度b =I.1-1. 3a，引水渠2宽度方向的中心线与涡室I的竖向轴心线有偏心距R，偏心距R =0.5-1D，偏心距的存在，可以使水流在涡室I内充分的旋转。所说的水垫池7为圆筒形，水垫池7的直径与竖井段5的直径D相同，用于保证比较好的出水段流态，便于控制出水段的水流速度，同时减少对下游河床的冲刷。本专利技术的洞塞体6为3组。实施例I :在流速彡25m/s和流量200(T3000m3/s的条件下，取竖井直径D=16m，引水道的断面尺寸宽a=10m，高b=12m，引水渠长度L根据大坝实际宽度来定，一般取长度L=2-5D ； 一般情况下，偏心距R越大越好，因为偏心距越大，引水渠内的水流对竖井轴线的动量距越大，水流在涡室的旋转会越充分，旋流竖井系统的消能率越高，而且流态也会更好，但是，这往往与高坝的宽度相互矛盾，通过理论分析与模型试验，取偏心距R=8. 5m ； 根据试验，取涡室直径D2=27m，通气孔直径为0. Sm，渐变段是涡室与竖井的连接体，高度取30m ； 本消能设施要求有较大的泄流量，根据研究可知当単一引水渠流量增加时，必须増加引水渠的过水断面，过大渠道断面给建筑物设计与结构安全带来很大的隐患，同时也必须增加竖井的直径，这样就对坝体的尺寸提出更高的要求，同时消能率也会降低；故要保证在较大流量的情况下，仍然有相当的消能率，必须增加其它辅助的泄流与消能方式，本专利技术设置2条引水渠进ロ成180°共同引水(同时顺时针方向旋转)以增加泄流量，同时在竖井内増加洞塞，洞塞的数量及布置需要根据试验结果不断调试，本专利技术布置为3个洞塞体，直径Dl为14m,高度为15m,间隔布置，间距30m ； 为保证出水段流态较好，便于控制出水段的水流速度，同时为了減少对下游河床的冲刷，在竖井与出水段中间设置水垫池，池深30m，直径与竖井段相同，出水段长度根据实际情况而定，满足下游有压出流。本专利技术依据某大流量、高水头、深峡谷高坝设计，利用物理模型试验的手段，在设计洪水情况下，通过本专利技术设施进行泄洪，具体实施方式为水流通过2条引水渠(进入涡室水流方向成180° )进入涡室I内(2条水流顺时针进入涡室)，由于水流流向与竖井段轴线不在同一平面上，两者之间具有对竖井轴线的动量矩，水流在涡室与渐变段内下切的同时，沿竖井轴线旋转，水流贴壁运动，高速旋转的水流与壁面之间形成摩擦阻力，消杀部分水流能量，由于存在洞塞体，旋转水流过水断面会突扩与突缩，増加了水流的能量损失，同时在洞塞体下部可以进行掺气，即可減少水流的能量，降低流速，又可以减少竖井的振动，避免空化空蚀等病害的发生；经过3级洞塞体与竖井段消能，水流进入水垫水势池，水流在池内相互碰撞掺混，又消杀部分能量，有利于出水段的平稳泄流。本专利技术的有益效果是 I、根据试验结果，本专利技术与传统竖井泄流消能设施相比，在相同的条件下(上游水位、有压引水、下游淹没出流，引水渠、涡室与竖井直径等尺寸相同)，当上游水位在20-30m吋，泄流量最大可达3000m3/s，消能率最高可达90%，提高泄流能力达35%，提高消能率达25%左右。2、本专利技术将传统旋流式竖井设置为双向引水，并且在竖井段间隔布置洞塞体的旋流泄流消能设施，大大提高了竖井的泄流能力和消能效率，同时可有效降低竖井的振动，减免空蚀空化，为高水头、大流量与窄峡谷条件下水库泄洪消能提供了一种新颖的技术方案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施，包括涡室和引水渠，其特征在于，涡室（1）经其上的进水口与引水渠（2）连通，引水渠有两条，引水渠的出水口成对角方向左右对称置于涡室（1）两侧，两条引水渠进入涡室水流的夹角为180°，涡室（1）上端有通气孔（3），涡室（1）下端有渐变段（4），渐变段（4）下端连接有圆筒形的竖井段（5），竖井段（5）上有多段间隔布置的洞塞体（6），竖井段（5）底端有水垫池（7），水垫池（7）上端有与竖井段（5）连通的出水段（8）；所说的与涡室相连的两条引水渠平直进水长度L＝2？5D，所说的洞塞体为圆筒形，洞塞体直径D1＝0.7？0.9D，相邻两个洞塞体距离L1＝1.8？2.2D，洞塞体长L2=0.5？1.0D，间隔布置3组，D为竖井段直径。

【技术特征摘要】
1.一种坝内双向进流旋流式竖井泄流消能设施，包括涡室和引水渠，其特征在于，涡室(I)经其上的进水口与引水渠(2 )连通，弓丨水渠有两条，引水渠的出水口成对角方向左右对称置于涡室(I)两侧，两条引水渠进入涡室水流的夹角为180°，涡室(I)上端有通气孔(3 )，涡室(I)下端有渐变段(4 )，渐变段(4 )下端连接有圆筒形的竖井段(5 )，竖井段(5 )上有多段间隔布置的洞塞体(6)，竖井段(5)底端有水垫池(7)，水垫池(7)上端有与竖井段(5)连通的出水段(8);所说的与涡室相连的两条引水渠平直进水长度L = 2-5D，所说的洞塞体为圆筒形，洞塞体直径Dl = 0. 7-0. 9D，相邻两个洞塞体距离LI = I. 8-2. 2D，洞塞体长L2=0. 5-1. 0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先起，徐存东，孙东坡，韩立炜，张英克，刘慧卿，张宏洋，
申请(专利权)人：华北水利水电学院，
类型：发明
国别省市：