專利名稱：潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞的制作方法
技術領域：
潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞
技術領域：
本實用新型涉及水利水電工程中一種無閘門控制的水庫泄洪形式。背景技術：
在水利水電工程中，水庫擋水建筑物為土石壩時，常采用的溢洪道或泄洪洞方式泄洪，但當壩址兩岸地形較陡，不具備做溢洪道條件時，往往選擇采用泄洪洞方式，且常結(jié)合施工導流洞布置。目前的泄洪洞有采用環(huán)形堰豎井泄洪洞，但其流量和水頭都不大。隨著工程規(guī)模升級出現(xiàn)溢流堰和豎井壁面常出現(xiàn)水流分離現(xiàn)象產(chǎn)生很大的負壓，特別是由于開挖邊坡的影響，進水口出現(xiàn)漩渦影響泄流能力和豎井產(chǎn)生不穩(wěn)定的渦袋可能引起結(jié)構物振動，甚至有的豎井發(fā)生了井噴現(xiàn)象。因豎井很容易產(chǎn)生負壓，所以必須設置環(huán)形摻氣坎或堰下豎井斷面突擴，或?qū)⒇Q井下部改成收縮段提高豎井壓力，同時還要在豎井與出水洞的轉(zhuǎn)彎連接段上設置收縮坎和通氣孔道防止洞頂發(fā)生空蝕破壞。為此，對豎井泄洪洞的應用受到了很大的限制。
發(fā)明內(nèi)容鑒于目前豎井泄洪洞存在上述問題與缺點，本實用新型提供一種用于無閘門控制的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞。本實用新型所述的泄洪洞，由依次相連的進水口、豎井、平洞和出水洞組成，其中在進水口的環(huán)形堰外側(cè)上對稱地設有若干個起旋墩，每個起旋墩與環(huán)形堰外側(cè)切線之間的夾角小于15°。在一個優(yōu)選的實施例中，所述的起旋墩的高程低于水庫最高水位。在一個更優(yōu)選的實施例中，每個起旋墩與環(huán)形堰外側(cè)切線之間的夾角為10°。其中，可以最優(yōu)選地在環(huán)形堰外側(cè)上對稱地設置6-10個起旋墩。在另一個優(yōu)選的實施例中，所述平洞內(nèi)還設有集水消力墩，并且集水消力墩下游的平洞內(nèi)設有一塊頂壓板，頂壓板的橫剖面是倒三角形。其中可以進一步優(yōu)選地將頂壓板設置成橫剖面為倒直角三角形。也可以進一步優(yōu)選地將頂壓板的高度設為平洞高度的1/3。 還可以進一步優(yōu)選地在頂壓板的頂端沿平洞橫軸方向上設置一個直徑為Im的通氣孔，該通氣孔穿過了整個頂壓板。在一個更優(yōu)選的實施例中，集水消力墩的橫剖面是三角形。也可以進一步優(yōu)選地將集水消力墩的高度設為平洞高度的1/3。在另一個優(yōu)選的實施例中，所述的進口環(huán)形堰的體型方程為1/4橢圓。也可以進一步優(yōu)選長軸為10m，短軸為細。本實用新型中設置的起旋墩使環(huán)形堰和豎井產(chǎn)生穩(wěn)定的帶有空氣腔的旋轉(zhuǎn)流運動，利用旋流離心力和摻入大量空氣消除溢流堰、豎井壁面的負壓，防止結(jié)構物發(fā)生空蝕， 同時提高消能率，使消能率大于80%，使出口段洞內(nèi)流速降至15m/s左右。
圖1為本實用新型優(yōu)選實施方式的結(jié)構示意圖；圖2為圖1中進水口處的A-A視圖；圖3為圖1的C-C剖視圖；圖4為圖1的D-D剖視圖；圖中，1-進水口、2-環(huán)形堰、3-起旋墩、4-豎井、5-平洞、6-集水消力墩、7_水墊塘、8-頂壓板、9-通氣孔、10-出水洞。
具體實施方式本實用新型所述的泄洪洞，由依次相連的進水口 1、豎井4、平洞5和出水洞10組成。其中在進水口 1的環(huán)形堰2外側(cè)上對稱地設有6-10個起旋墩3，每個起旋墩3與環(huán)形堰2外側(cè)切線之間的夾角小于15°，優(yōu)選為10°。起旋墩3的高程略低于水庫最高水位。這樣的設計使環(huán)形堰2和豎井4產(chǎn)生穩(wěn)定的帶有空氣腔的旋轉(zhuǎn)流運動，利用旋流離心力和摻入大量空氣消除溢流堰、豎井4壁面的負壓，同時提高消能率，防止結(jié)構物發(fā)生空蝕，降低洞內(nèi)流速。在平洞5內(nèi)沿水流方向依次設有集水消力墩6和頂壓板8，集水消力墩6設置在平洞5的底部，而頂壓板8設置在平洞5的頂部。其中，集水消力墩6的橫剖面是三角形，其高度為平洞5高度的1/3。而頂壓板8的橫剖面是倒三角形，優(yōu)選倒等腰直角三角形，其高度為平洞5高度的1/3。這樣的設計使集水消力墩6下游形成一個水墊塘7。而水墊塘7下游的頂壓板8 為水墊塘7增壓，使頂壓板8下游可以形成穩(wěn)定的明流流態(tài)。此外，在頂壓板8的頂端沿平洞5橫軸方向上設置一個直徑為Im的通氣孔9，該通氣孔9穿過了整個頂壓板8。通氣孔9通過頂壓板8下游的負壓作用將空氣吸到頂壓板8下游，消除了頂壓板 8下游的負壓渦，使頂壓板8下游形成比較平穩(wěn)的明流流態(tài)，水面比較平穩(wěn)的流入出口消力池。
權利要求1.一種潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，由依次相連的進水口(1)、豎井、平洞(5) 和出水洞(10)組成，其特征在于進水口(1)的環(huán)形堰( 外側(cè)上對稱地設有若干個起旋墩 (3)，每個起旋墩(3)與環(huán)形堰(2)外側(cè)切線之間的夾角小于15°。
2.如權利要求1所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于所述的起旋墩 (3)的高程低于水庫最高水位。
3.如權利要求1或2所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于每個起旋墩 (3)與環(huán)形堰⑵外側(cè)切線之間的夾角為10°。
4.如權利要求3所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于所述的起旋墩 (3)為 6-10 個。
5.如權利要求1或2所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于所述平洞 (5)內(nèi)還設有集水消力墩(6)，其特征在于集水消力墩(6)下游的平洞(5)內(nèi)設有一塊頂壓板(8)，頂壓板(8)的橫剖面是倒三角形。
6.如權利要求5所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于頂壓板(8)的橫剖面是倒直角三角形。
7.如權利要求5所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于頂壓板(8)的高度為平洞(5)高度的1/3。
8.如權利要求6所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于頂壓板(8)的頂端沿平洞( 橫軸方向設有一個直徑為Im的通氣孔(9)，該通氣孔(9)穿過了整個頂壓板 ⑶。
9.如權利要求5所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于集水消力墩(6) 的橫剖面是三角形。
10.如權利要求5所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于集水消力墩(6) 的高度為平洞(5)高度的1/3。
11.如權利要求1所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞，其特征在于所述的環(huán)形堰 (2)的體型方程為1/4橢圓。
專利摘要本實用新型所述的潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞涉及水利水電工程中一種無閘門控制的水庫泄洪形式。所述的泄洪洞由依次相連的進水口、豎井、平洞和出水洞段組成，其中在進水口的環(huán)形堰外側(cè)上對稱地設有若干個起旋墩，每個起旋墩與環(huán)形堰外側(cè)切線之間的夾角小于150。本實用新型中設置的起旋墩使環(huán)形堰和豎井產(chǎn)生穩(wěn)定的帶有空氣腔的旋轉(zhuǎn)流運動，利用旋流離心力和摻入大量空氣消除溢流堰、豎井壁面的負壓，防止結(jié)構物發(fā)生空蝕，同時提高消能率，使消能率大于80％，使出口段洞內(nèi)流速降至15m/s左右。
文檔編號E02B8/06GK201952787SQ201020518550
公開日2011年8月31日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權日2010年9月2日
發(fā)明者劉林軍, 方勁, 郭建設 申請人:廣東省水利電力勘測設計研究院