[發明專利]淹沒型漩流豎井泄洪洞

無效

• 申請號: 201010132437.2
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101812832A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 張建民;劉善均;張宗亮;李云;楊宜文;許唯臨;王韋;戈莉瓊;曲景學;鄧軍;任成瑤;李忠
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵;馬新民

技術領域

本發明屬于水利水電工程的泄洪洞領域，特別涉及一種高水頭、大流量、從無壓流到有壓流條件下使用的淹沒型旋流豎井泄洪洞。

背景技術

將高水頭、大流量的明渠中的無壓流通過豎井引入淹沒型泄洪洞，實質是水流從無壓內流泄水設施(豎井)過渡到有壓內流設施(泄洪洞)，因而水流流態轉變不穩定，泄洪洞內容易發生水躍等不利水力學現象，影響泄洪洞的安全運行。現有技術通過對豎井的結構改進(例如，將豎井設計為雙渦室摻氣型漩流豎井)、在豎井出口設置壓坡雖然能穩定水流流態，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所形成的洞內水躍對泄洪洞帶來的安全威脅。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型的淹沒型漩流豎井泄洪洞，以改善水流從無壓內流泄水設施(豎井)過渡到有壓內流設施(泄洪洞)的流態，避免泄洪洞內出現水躍，提高泄洪洞運行的安全性。

本發明的技術方案：突破傳統漩流消能的水力設計理念，在泄洪洞底部設置擋坎，在泄洪洞頂部設置排氣孔和中部壓坡。上述三種結構的結合，可改善水流從無壓內流泄水設施(豎井)過渡到有壓內流設施(泄洪洞)的流態并形成良好的排氣條件。

本發明所述淹沒型漩流豎井泄洪洞，包括“城門洞”形泄洪洞和在泄洪洞封閉端設置的與泄洪洞相通的雙渦室摻氣型漩流豎井，泄洪洞內設置有擋坎和中部壓坡、泄洪洞頂部開設有排氣孔；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“城門洞”形泄洪洞的直墻高度。

上述淹沒型漩流豎井泄洪洞，其擋坎的長度L7＝3m～7m，擋坎的高度H9＝0.1H7～0.3H7，所述H7為“城門洞”形泄洪洞的直墻高度。

上述淹沒型漩流豎井泄洪洞，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(見水工隧洞設計規范DL/T?5195-2004)。

上述淹沒型漩流豎井泄洪洞，其壓坡的長度L8＝0.1H7～0.7H7，壓坡的高度H10＝0.9H8～1.1H8，所述H7為“城門洞”形泄洪洞的直墻高度，所述H8為“城門洞”形泄洪洞的頂拱高度。

上述淹沒型漩流豎井泄洪洞，其雙渦室摻氣型漩流豎井的結構包括上渦室、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入豎井。

通過實驗，本發明所述雙渦室摻氣型漩流豎井優選以下結構參數：

1、上渦室直徑D1根據進入豎井的水流流量確定，下渦室直徑D2≥上渦室直徑D1。

2、上渦室的長度H2＝2.0D1～4.0D1，上渦室收縮段的長度H3與上渦室的長度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D1為上渦室的直徑。

3、下渦室的長度H4＝0.4D2～1.0D2，下渦室收縮段的長度H5與下渦室的長度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、引渠進水段I坡度i?1＝1∶10～1∶30，引渠進水段II坡度i2＝1∶5～1∶15，使水流平穩進入漩流豎井，避免產生水躍。

為了提高泄洪洞內的壓力，改善洞內空化特性，避免空蝕現象的產生，同時，避免水體中的氣泡聚集形成氣囊，因此，泄洪洞出口設置有出口壓坡。

本發明具有以下有益效果：

原有技術——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。本發明解決了泄洪洞出口為淹沒出口的旋流豎井面臨的技術難題。通過在泄洪洞內設置擋坎和中部壓坡、在泄洪洞頂部開設排氣孔等技術措施，當水流從雙渦室摻氣型漩流豎井進入泄洪洞后，在擋坎和中部壓坡的共同作用下，既增強了水流摻混和消能作用，又促使氣泡迅速上浮并經排氣孔排出，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現象的產生，從而實現水流平穩、安全銜接，以保證泄洪洞的安全運行。

附圖說明