專利名稱：淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程的泄洪洞領(lǐng)域，特別涉及一種高水頭、大流量、從無(wú)壓流 到有壓流條件下使用的淹沒(méi)型旋流豎井泄洪洞。
背景技術(shù)：
將高水頭、大流量的明渠中的無(wú)壓流通過(guò)豎井引入淹沒(méi)型泄洪洞，實(shí)質(zhì)是水流從 無(wú)壓內(nèi)流泄水設(shè)施(豎井)過(guò)渡到有壓內(nèi)流設(shè)施(泄洪洞)，因而水流流態(tài)轉(zhuǎn)變不穩(wěn)定，泄 洪洞內(nèi)容易發(fā)生水躍等不利水力學(xué)現(xiàn)象，影響泄洪洞的安全運(yùn)行。現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)對(duì)豎井的 結(jié)構(gòu)改進(jìn)(例如，將豎井設(shè)計(jì)為雙渦室摻氣型漩流豎井)、在豎井出口設(shè)置壓坡雖然能穩(wěn)定 水流流態(tài)，改善泄洪洞的空化空蝕破壞，但仍然難以解決由于泄洪洞出口淹沒(méi)所形成的洞 內(nèi)水躍對(duì)泄洪洞帶來(lái)的安全威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的淹沒(méi)型漩流豎井泄洪 洞，以改善水流從無(wú)壓內(nèi)流泄水設(shè)施(豎井)過(guò)渡到有壓內(nèi)流設(shè)施(泄洪洞)的流態(tài)，避免 泄洪洞內(nèi)出現(xiàn)水躍，提高泄洪洞運(yùn)行的安全性。本發(fā)明的技術(shù)方案突破傳統(tǒng)漩流消能的水力設(shè)計(jì)理念，在泄洪洞底部設(shè)置擋坎， 在泄洪洞頂部設(shè)置排氣孔和中部壓坡。上述三種結(jié)構(gòu)的結(jié)合，可改善水流從無(wú)壓內(nèi)流泄水 設(shè)施(豎井)過(guò)渡到有壓內(nèi)流設(shè)施(泄洪洞)的流態(tài)并形成良好的排氣條件。本發(fā)明所述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，包括“城門(mén)洞”形泄洪洞和在泄洪洞封閉端設(shè) 置的與泄洪洞相通的雙渦室摻氣型漩流豎井，泄洪洞內(nèi)設(shè)置有擋坎和中部壓坡、泄洪洞頂 部開(kāi)設(shè)有排氣孔；所述雙渦室摻氣型漩流豎井位于泄洪洞的頂部，其中心線垂直于泄洪洞 的中心線，所述擋坎設(shè)置在泄洪洞的底板上，其寬度與泄洪洞的底板的寬度相同，其起始端 與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L2 = 5H7 10H7，所述排氣孔位于擋坎和中部 壓坡之間，排氣孔中心線與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L3 = 7H7 15H7，所 述中部壓坡設(shè)置在泄洪洞的頂部，中部壓坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的 距離L4 = 8H7 15H7，上述各式中，H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度。上述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其擋坎的長(zhǎng)度L7 = 3m 7m，擋坎的高度H9 = 0. 1H7 0. 3H7，所述H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度。上述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其排氣孔的橫截面面積=Q/V，式中，Q為所排氣體 的流量(一般取泄洪洞泄量的20% 40% )，V為所排氣體的流速，V < 60m/s (見(jiàn)水工隧 洞設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T 5195-2004)。上述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其壓坡的長(zhǎng)度L8 = 0. 1H7 0. 7H7，壓坡的高度HlO =0. 9H8 1. 1H8，所述H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度，所述H8為“城門(mén)洞”形泄洪 洞的頂拱高度。上述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其雙渦室摻氣型漩流豎井的結(jié)構(gòu)包括上渦室、上渦室收縮段、下渦室、下渦室收縮段、通氣管和渦井段，上渦室收縮段接下渦室，下渦室收縮段 接渦井段，通氣管的一端與大氣相通，通氣管的另一端接下渦室頂部，使空氣從下渦室頂部 進(jìn)入豎井。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明所述雙渦室摻氣型漩流豎井優(yōu)選以下結(jié)構(gòu)參數(shù)1、上渦室直徑Dl根據(jù)進(jìn)入豎井的水流流量確定，下渦室直徑上渦 室直徑D1。2、上渦室的長(zhǎng)度H2 = 2. ODl 4. 0D1，上渦室收縮段的長(zhǎng)度H3與上渦室的長(zhǎng)度 H2之比為1 5 1 1，上渦室收縮段的坡度i3為1 3 1 10，所述Dl為上渦室的直徑。3、下渦室的長(zhǎng)度H4 = 0.4D2 1. 0D2，下渦室收縮段的長(zhǎng)度H5與下渦室的長(zhǎng)度 H4之比為2 1 4 1，下渦室收縮段的坡度i4為1 10 1 15，所述D2為下渦室
的直徑。4、引渠進(jìn)水段I坡度i 1 = 1 10 1 30，引渠進(jìn)水段II坡度i2 = 1 5 1 15，使水流平穩(wěn)進(jìn)入漩流豎井，避免產(chǎn)生水躍。為了提高泄洪洞內(nèi)的壓力，改善洞內(nèi)空化特性，避免空蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時(shí)，避免 水體中的氣泡聚集形成氣囊，因此，泄洪洞出口設(shè)置有出口壓坡。本發(fā)明具有以下有益效果原有技術(shù)——雙渦室摻氣型漩流豎井，只適用于泄洪洞出口為自由出流的情況。 本發(fā)明解決了泄洪洞出口為淹沒(méi)出口的旋流豎井面臨的技術(shù)難題。通過(guò)在泄洪洞內(nèi)設(shè)置擋 坎和中部壓坡、在泄洪洞頂部開(kāi)設(shè)排氣孔等技術(shù)措施，當(dāng)水流從雙渦室摻氣型漩流豎井進(jìn) 入泄洪洞后，在擋坎和中部壓坡的共同作用下，既增強(qiáng)了水流摻混和消能作用，又促使氣泡 迅速上浮并經(jīng)排氣孔排出，這樣既能消除豎井壁面的空化空蝕破壞，又能避免水躍等不利 水力學(xué)現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)水流平穩(wěn)、安全銜接，以保證泄洪洞的安全運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明所述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是圖1的俯視圖(布置平面圖)；圖3是圖1的I-I剖面放大圖；圖4是圖1的II-II剖面放大圖；圖5是圖1的III-III剖面放大圖；圖6是圖1的IV-IV剖視放大圖；圖7是圖1的V-V剖面放大圖；圖8是圖1的VI-VI剖面放大圖；圖9是圖1的VII-VII剖面放大圖；圖10是圖1的VIII-VIII剖面放大圖。圖中，1-引渠，2-上渦室，3-通氣管，4-上渦室收縮段，5-下渦室，6_下渦室收縮 段，7-渦井段，8-擋坎，9-排氣孔，10-中部壓坡，11-出口壓坡；Hl-上渦室水頭，H2-上渦 室長(zhǎng)度，H3-上渦室收縮段長(zhǎng)度，H4-下渦室長(zhǎng)度，H5-下渦室收縮段長(zhǎng)度，H6-渦井段長(zhǎng)度， H7-泄洪洞直墻高度，H8-泄洪洞頂拱高度，H9-擋坎直角梯形高度，HlO-泄洪洞中部壓坡 高度，Hll-泄洪洞出口壓坡高度，Ll-豎井中心線與泄洪洞封閉端之間的距離，L2-擋坎起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離，L3-排氣孔中心線與雙渦室摻氣型漩流 豎井中心線之間的距離，L4-中部壓坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離， L5-泄洪洞出口與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離，L6-擋坎直角梯形上底長(zhǎng)度， L7-擋坎直角梯形下底長(zhǎng)度，L8-泄洪洞中部壓坡長(zhǎng)度，L9-泄洪洞出口壓坡長(zhǎng)度，Bl-泄洪 洞底板寬度，Dl-上渦室直徑，D2-下渦室直徑，D3-渦井段直徑，D4-排氣孔直徑，il_引渠 進(jìn)水段I坡度， 2-引渠進(jìn)水段II坡度， 3-上渦室收縮段坡度， 4-下渦室收縮段坡度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1某水利樞紐擋水建筑物采用混凝土重力壩，最大壩高204m，其泄洪洞泄量為 1258m3/s，具有窄河谷、高水頭、大流量、高流速等特點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括泄洪洞和 在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的雙渦室摻氣型漩流豎井，所述雙渦室摻氣型漩流豎 井位于泄洪洞的頂部，其中心線垂直于泄洪洞的中心線，所述泄洪洞“城門(mén)洞”形，泄洪洞內(nèi) 設(shè)置有擋坎8和中部壓坡10，泄洪洞頂部開(kāi)設(shè)有排氣孔9，泄洪洞出口設(shè)置有出口壓坡11。雙渦室摻氣型漩流豎井的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括上渦室2及上渦室收縮段4、通氣 管3、下渦室5及下渦室收縮段6和渦井段7，上渦室收縮段4接下渦室5，下渦室收縮段6 接渦井段7，通氣管3為兩根，對(duì)稱安裝在上渦室及上渦室收縮段外壁，它們的一端與大氣 相通，它們的另一端接下渦室頂部。上渦室2與引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流 從上渦室切向進(jìn)入豎井，進(jìn)入豎井的水流流量為10 20m3/S。擋坎8的形狀構(gòu)造如圖1、圖7所示，其寬度與泄洪洞底板的寬度相同，其縱截面為 直角梯形，所述直角梯形直角端朝向雙渦室摻氣型漩流豎井。中部壓坡10的形狀構(gòu)造如圖 1、圖9所示，其縱截面為1/4橢圓形，出口壓坡11的形狀構(gòu)造如圖1、圖10所示，其縱截面 為1/4橢圓形。有關(guān)尺寸如下引渠進(jìn)水段I坡度il = l 16，引渠進(jìn)水段II坡度i2=l 8.5， 雙渦室摻氣型漩流豎井中心線與泄洪洞封閉端之間的距離Ll = 51. 47m。雙渦室摻氣型漩 流豎井中，上渦室水頭Hl = 34. 5m，上渦室直徑Dl = 18m，上渦室長(zhǎng)度H2 = 50m，上渦室收 縮段長(zhǎng)度H3 = 10m，上渦室收縮段坡度i3=l 6. 67，下渦室直徑D2 = 22m，下渦室長(zhǎng)度 H4 = IOm,下渦室收縮段長(zhǎng)度H5 = 35m,下渦室收縮段坡度i4 = 1 10，渦井段直徑D3 = 15m，渦井段長(zhǎng)度H6 = 32m。泄洪洞底板寬度Bl = 16m、直墻段高度H7 = 16m、拱頂高H8 =4m，拱頂?shù)陌霃絉= 10m，拱頂中心角127°。擋坎直角梯形上底長(zhǎng)度L6 = 3m，擋坎直 角梯形下底長(zhǎng)度L7 = 6m，擋坎直角梯形高度H9 = 3. 5m，擋坎寬度Bl = 16m，擋坎起始端 與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L2 = 131m。排氣孔直徑D4 = 4m(V = Q/A = 1258X0. 3/3. 14X4 = 30. 05m/s，符合水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T 5195-2004)，排氣孔中心線 與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L3 = 178m。中部壓坡10的長(zhǎng)度L8 = IOm,高 度H10 = 4m,中部壓坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L4 = 190m。出 口壓坡11的長(zhǎng)度L9 = 16m，高度Hll = 8m，泄洪洞出口與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之 間的距離L5 = 458. 5m,出口高程為1469m。
實(shí)施例2某水利樞紐擋水建筑物采用混凝土重力壩，最大壩高181m，其泄洪洞泄量為470m3/S，具有窄河谷、高水頭、大流量、高流速等特點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，如圖1、圖2所 示，與實(shí)施例1不同之處是各部分的尺寸，有關(guān)尺寸如下引渠進(jìn)水段I坡度il = l 22，引渠進(jìn)水段II坡度i2= 1 12，雙渦室摻氣型 漩流豎井中心線與泄洪洞封閉端之間的距離Ll = 55m。雙渦室摻氣型漩流豎井中，上渦室 水頭Hl = 30m，上渦室直徑Dl = 10m，上渦室長(zhǎng)度H2 = 40m，上渦室收縮段長(zhǎng)度H3 = 15m， 上渦室收縮段坡度i3 = l 10，下渦室直徑D2 = 11m，下渦室長(zhǎng)度H4 = 8m，下渦室收縮 段長(zhǎng)度H5 = 28m,下渦室收縮段坡度i4 = 1 14，渦井段直徑D3 = 7m,渦井段長(zhǎng)度H6 = 50m。泄洪洞底板寬度Bl = 13m，直墻段高度H7 = 15m，拱頂高H8 = 3. 5m，拱頂?shù)陌霃絉 = 7. 8m，拱頂中心角113.2°。擋坎直角梯形上底長(zhǎng)度L6 = 2. 5m，擋坎直角梯形下底長(zhǎng)度L7 =5m，擋坎直角梯形高度H9 = 2. 5m，擋坎寬度Bl = 13m，擋坎起始端與雙渦室摻氣型漩流 豎井中心線之間的距離L2 = 95m。排氣孔直徑D4= 1. 5m(V = Q/A = 470X0. 2/3. 14X0. 56 =53. 5m/s，符合水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T 5195-2004)，排氣孔中心線與雙渦室摻氣型漩流 豎井中心線之間的距離L3 = 140m。中部壓坡10的長(zhǎng)度L8 = 7m,高度HlO = 3. 2m,中部壓 坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L4 = 156m。出口壓坡11的長(zhǎng)度L9 = 13m，高度Hll = 5m，泄洪洞出口與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L5 = 671. 6m， 出口高程為1693m。
權(quán)利要求
一種淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，包括“城門(mén)洞”形泄洪洞和在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的雙渦室摻氣型漩流豎井，所述雙渦室摻氣型漩流豎井位于泄洪洞的頂部，其中心線垂直于泄洪洞的中心線，其特征在于泄洪洞內(nèi)設(shè)置有擋坎(8)和中部壓坡(10)，泄洪洞頂部開(kāi)設(shè)有排氣孔(9)，所述擋坎(8)設(shè)置在泄洪洞的底板上，擋坎起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L2＝5H7～10H7，所述排氣孔(9)位于擋坎(8)和中部壓坡(10)之間，排氣孔中心線與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L3＝7H7～15H7，所述中部壓坡(10)設(shè)置在泄洪洞的頂部，中部壓坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L4＝8H7～15H7，所述H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其特征在于擋坎(8)的長(zhǎng)度L7= 3m 7m，擋坎(8)的高度H9 = 0. 1H7 0. 3H7，所述H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其特征在于排氣孔(9)的橫截 面面積A = Q/V，式中，Q為所排氣體的流量，V為所排氣體的流速，V < 60m/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其特征在于中部壓坡(10)的 長(zhǎng)度L8 = 0. 1H7 0. 7H7，中部壓坡(10)的高度HlO = 0. 9H8 1. 1H8，所述H7為“城門(mén) 洞”形泄洪洞的直墻高度，所述H8為“城門(mén)洞”形泄洪洞的頂拱高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，其特征在于中部壓坡(10)的長(zhǎng)度 L8 = 0. 1H7 0. 7H7，中部壓坡(10)的高度HlO = 0. 9H8 1. 1H8，所述H7為“城門(mén)洞”形 泄洪洞的直墻高度，所述H8為“城門(mén)洞”形泄洪洞的頂拱高度。
全文摘要
一種淹沒(méi)型漩流豎井泄洪洞，包括泄洪洞和在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的雙渦室摻氣型漩流豎井，泄洪洞內(nèi)設(shè)置有擋坎和中部壓坡，泄洪洞頂部開(kāi)設(shè)有排氣孔，所述雙渦室摻氣型漩流豎井位于泄洪洞的頂部，其中心線垂直于泄洪洞的中心線，所述擋坎設(shè)置在泄洪洞的底板上，擋坎起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L2＝5H7～10H7，所述排氣孔位于擋坎和中部壓坡之間，排氣孔中心線與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L3＝7H7～15H7，所述中部壓坡設(shè)置在泄洪洞的頂部，中部壓坡起始端與雙渦室摻氣型漩流豎井中心線之間的距離L4＝8H7～15H7，各式中的H7為“城門(mén)洞”形泄洪洞的直墻高度。
文檔編號(hào)E02B8/06GK101812832SQ20101013243
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者任成瑤, 劉善均, 張宗亮, 張建民, 戈莉瓊, 曲景學(xué), 李云, 李忠, 楊宜文, 王韋, 許唯臨, 鄧軍 申請(qǐng)人:四川大學(xué)