專利名稱：階梯漩流豎井的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水利水電工程中使用的漩流豎井，特別涉及一種適用于高水頭大流量 的漩流豎井。
背景技術：
漩流豎井是一種新型泄洪消能設施，由于引渠水流從渦室段的切向進入渦室，繞 豎井軸心旋轉呈貼壁流動，在豎井中央形成穩(wěn)定空腔，因而既能保持水流流態(tài)的穩(wěn)定，又能 形成良好的通氣條件。但是工程實踐表明，在大流量和高水頭工況下，漩流豎井存在以下問 題1)豎井中流速過高，壁面發(fā)生空化空蝕的風險增加；2)由于水流離心力的作用，采用傳 統(tǒng)的環(huán)形摻氣坎摻氣變得很困難，無法起到摻氣減蝕的作用。公開號為CN101624819A的專利申請公開了一種雙渦室摻氣型漩流豎井，該雙渦 室摻氣型漩流豎井包括上渦室及其下部的收縮段I、摻氣型下渦室及其下部的收縮段II、 通氣管和豎井段，上渦室下部的收縮段I接摻氣型下渦室，摻氣型下渦室下部的收縮段II 接豎井段，通氣管的一端與大氣相通，通氣管的另一端接摻氣型下渦室頂部，使空氣從摻氣 型下渦室頂部進入豎井。此種漩流豎井雖然在大流量、高水頭工況下?lián)綒庑Ч黠@，水氣混 合充分，水流的含氣量大幅度增加，水流流態(tài)穩(wěn)定，消除了豎井壁面的空化空蝕破壞，但消 能率有待進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種階梯漩流豎井，以進一步提高 大流量、高水頭工況下漩流豎井的消能率。本發(fā)明的技術方案在梯漩流豎井的圓筒體豎井段井壁上設置階梯消能工，以增 加水流沿程阻力，降低水流流速。本發(fā)明所述階梯漩流豎井，包括渦室段、與渦室段相接的豎井段，所述渦室段設置 有將引渠中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段為圓筒體，豎井段的底端設置 有消力井，豎井段的下部通過反弧段、壓坡段與泄洪洞接通，豎井段的井壁上設置有階梯消 能工，所述階梯消能工的第一級階梯設置有通氣孔，該通氣孔由通氣管與渦室段頂部聯(lián)通。本發(fā)明所述階梯漩流豎井，其設置在豎井段井壁上的階梯消能工優(yōu)選以下結構和 參數(shù)1、各階梯截面的凸點位于第一級階梯起點與豎井底部中心的連線上，形成上大下 小的圓錐形過流通道，以增加水流旋轉圈數(shù)，降低水流流速，加大井壁壓力，避免發(fā)生空蝕 空化破壞。2、階梯消能工的最后一級階梯之間的過流截面直徑D2 = 0. 5D1 0. 8D1，所述Dl 為渦室段的直徑，根據(jù)進入豎井的水流流量確定，Dl = (1. 05 1. 07) Q172'5, Q為進入豎井 的水流流量。本發(fā)明所述階梯漩流豎井，其階梯消能工各級階梯的高度可以相同，也可以不相同，若不相同，各級階梯的高度優(yōu)選成等比數(shù)列或等差數(shù)列。本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明在豎井段設置階梯消能工，因而增加了水流沿程阻力，進一步提高了消 能率，與傳統(tǒng)圓筒體型漩流豎井相比，提高消能率10% 30%左右，與雙渦室摻氣型漩流 豎井相比，提高消能率約20%。2、本發(fā)明在豎井段設置階梯消能工，且將階梯消能工的過流通道設計為圓錐形， 突破了現(xiàn)有漩流豎井避免空蝕空化的水力設計理念(現(xiàn)有的漩流豎井都是通過增加摻氣 措施來降低空蝕空化)，為高水頭大流量條件下避免空蝕空化破壞提供了一種不同構思的 技術方案。


圖1是本發(fā)明所述階梯漩流豎井的一種結構示意圖，階梯消能工各級階梯的高度 相同；圖2是圖1中階梯消能工的階梯截面示意圖；圖3是本發(fā)明所述階梯漩流豎井的另一種結構示意圖，階梯消能工各級階梯的高 度成等比數(shù)列；圖4是圖3中階梯消能工的階梯截面示意圖；圖5是上游引渠及下游直線壓坡段、泄洪洞與本發(fā)明所述階梯漩流豎井的相對位 置示意圖；圖6是圖1、圖3的I-I剖面圖，該剖面為渦室段的剖面；圖7是圖1、圖3的II-II剖面圖，該剖面為豎井段的剖面；圖8是圖1、圖3的III-III剖面圖，該剖面為壓坡段的剖面；圖9是圖1、圖3的IV-IV剖面圖，該剖面為泄洪洞的剖面。圖中，1-引渠、2-渦室段、3-豎井段、4-反弧段、5-直線壓坡段、6-泄洪洞、7-消力 井、8-擋板、9-階梯消能工，10-通氣管，HO-渦室水頭、Hl-渦室段高度、H2-豎井段高度、 H3-豎井底部消力井高度(豎井底板至下游連接段高度)、H4-圖2所示階梯截面的高度、 H5-圖4所示階梯截面的高度、H6-泄洪洞高度、Ll-壓坡段長度、L2-圖2所示階梯截面水 平長度、L3-圖4所示階梯截面水平長度、Dl-渦室段直徑、D2-階梯消能工最后一級階梯之 間的過流截面直徑、R-反弧段半徑、il-壓坡段坡度、B-泄洪洞寬度。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明所述階梯漩流豎井的結構作進一步說明。實施例1本實施例中的階梯漩流豎井根據(jù)某水電站樞紐工程的泄洪洞設計，在校核洪水情 況下，泄洪洞設計泄量為543m7s，頂部高程2495m，在2365m處開始接設置階梯消能工的豎 井段，豎井泄洪洞底板高程2245m。本實施例中，階梯漩流豎井的結構如圖1、圖5所示，包括渦室段2、與渦室段相接 的豎井段3 ；所述渦室段2設置有將引渠1中的水流從其切向引入渦室的進水口 ；所述豎井 段3的井壁上設置了階梯消能工9，階梯消能工9由八級高度相同的階梯組成，各階梯截面的凸點位于第一級階梯起點與豎井底部中心的連線上，形成上大下小的圓錐形過流通道， 其第一級階梯設置有通氣孔，該通氣孔由通氣管10與渦室段頂部聯(lián)通；渦室段2與引渠1 相接，其相接位置是使引渠中的水流從渦室段切向進入豎井；豎井段3底端設置有消力井 7,豎井段3下部通過反弧段4、壓坡段5與泄洪洞6接通，所述反弧段4、壓坡段5的底板與 消力井7的上沿平齊。本實施例中，進入階梯漩流豎井的水流流量為543m3/S，渦室水頭HO為30m，階梯 漩流豎井的有關結構參數(shù)如下渦室段2的橫截面如圖6所示，其直徑Dl為16m，其高度Hl為30m ；豎井段3的橫 截面如圖7所示，其直徑與渦室段2的直徑相同，其高度H2為120m，豎井段底端設置的消 力井7的高度H3為15m，其直徑與渦室段2的直徑相同；豎井段設置的階梯消能工9的階 梯截面如圖2所示，為直角三角形，其高度H4為7. 5m，各級階梯截面的水平長度L2 = 0. 5N m(N= 1,2,3,……，8)，即第一級階梯截面的水平長度L2為0.5m，第二級階梯截面的水平 長度L2為lm，……，第八級(最后一級)階梯截面的水平長度L2為4m，第八級(最后一 級)階梯之間的過流截面直徑D2為8m ；反弧段4的半徑R為15m ；壓坡段5的橫截面如圖 8所示，其長度Ll為26. 25m，坡度il為1 15 ；泄洪洞6為城門洞形，其橫截面如圖9所 示，高度H6為8m，寬度B為5m，洞頂弧形段高度為1. 25m。實施例2本實施例中的階梯漩流豎井根據(jù)某水電站樞紐工程的泄洪洞設計，在校核洪水情 況下，泄洪洞設計泄量為870m3/S，頂部高程2425m，在2390m處開始接設置階梯消能工的豎 井段，豎井泄洪洞底板高程2245m。本實施例中，階梯漩流豎井的結構如圖3、圖5所示，包括渦室段2、與渦室段相接的豎 井段3 ；所述渦室段2設置有將引渠1中的水流從其切向引入渦室的進水口 ；所述豎井段3的 井壁上設置了階梯消能工9，階梯消能工9由七級高度成等比數(shù)列的階梯組成，各階梯截面的凸 點位于第一級階梯起點與豎井底部中心的連線上，形成上大下小的圓錐形過流通道，其第一級 階梯設置有通氣孔，該通氣孔由通氣管10與渦室段頂部聯(lián)通；渦室段2與引渠1相接，其相接 位置是使引渠中的水流從渦室段切向進入豎井；豎井段3底端設置有消力井7，豎井段3下部通 過反弧段4、壓坡段5與泄洪洞6接通，所述反弧段4、壓坡段5的底板與消力井7的上沿平齊。本實施例中，進入階梯漩流豎井的水流流量為870m3/S，渦室水頭HO為40m，階梯 漩流豎井的有關結構參數(shù)如下渦室段2的橫截面如圖6所示，其直徑D1為20m，其高度Hl為35m ；豎井段3的橫 截面如圖7所示，其直徑與渦室段2的直徑相同，其高度H2為150m，豎井段底端設置的消力 井7的高度H3為18m，其直徑與渦室段2的直徑相同；豎井段設置的階梯消能工9的階梯截 面如圖4所示，為直角三角形，其第一級階梯截面的高度H5為7. 5m、水平長度L3為0. 5m, 階梯高度增長比例為1.05，即各級階梯截面的高度H5 = 7. 5X1. OSn-1HiOi = 1,2,3,……， 7)，各級階梯截面的水平長度L3 = IOX (1.05n-l)m(n = 1,2,3,……，7)，經(jīng)計算，第七級 (最后一級)階梯截面的高度H5為10. 051m、水平長度L3為4. 071m，第七級(最后一級) 階梯之間的過流截面直徑D2約為11. 8m ；反弧段4的半徑R為15m ；壓坡段5的橫截面如 圖8所示，其長度Ll為26. 25m，坡度il為1 15 ；泄洪洞6泄洪洞為城門洞形，其橫截面 如圖9所示，高度H6為8m，寬度B為8m，洞頂弧形段高度為1. 25m。
權利要求
一種階梯漩流豎井，包括渦室段(2)、與渦室段(2)相接的豎井段(3)，所述渦室段(2)設置有將引渠(1)中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段(3)為圓筒體，豎井段的底端設置有消力井(7)，豎井段的下部通過反弧段(4)、壓坡段(5)與泄洪洞(6)接通，其特征在于豎井段(3)的井壁上設置有階梯消能工(9)，所述階梯消能工的第一級階梯設置有通氣孔，該通氣孔由通氣管(10)與渦室段頂部聯(lián)通。
2.根據(jù)權利要求1所述的階梯漩流豎井，其特征在于設置在豎井段(3)井壁上的階梯 消能工(9)的各階梯截面的凸點位于第一級階梯起點與豎井底部中心的連線上，形成上大 下小的圓錐形過流通道。
3.根據(jù)權利要求2所述的階梯漩流豎井，其特征在于所述階梯消能工(9)的最后一級 階梯之間的過流截面直徑D2 = 0. 5D1 0. 8D1，所述Dl為渦室段的直徑。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的階梯漩流豎井，其特征在于所述階梯消 能工(9)的各級階梯的高度相同。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的階梯漩流豎井，其特征在于所述階梯消 能工(9)的各級階梯的高度成等比數(shù)列或等差數(shù)列。
全文摘要
一種階梯漩流豎井，包括渦室段、與渦室段相接的豎井段，所述渦室段設置有將引渠中的水流從其切向引入渦室的進水口，所述豎井段為圓筒體，豎井段的底端設置有消力井，豎井段的下部通過反弧段、壓坡段與泄洪洞接通，豎井段的井壁上設置有階梯消能工，所述階梯消能工的第一級階梯設置有通氣孔，該通氣孔由通氣管與渦室段頂部聯(lián)通。所述階梯消能工各階梯截面的凸點位于第一級階梯起點與豎井底部中心的連線上，形成上大下小的圓錐形過流通道，以增加水流旋轉圈數(shù)，降低水流流速，加大井壁壓力，避免發(fā)生空蝕空化破壞。
文檔編號E02B8/06GK101886377SQ20101022906
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者劉善均, 劉璐, 張建民, 曲景學, 王韋, 許唯臨, 鄧軍, 陳劍剛 申請人:四川大學