[發明專利]一種錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統

有效

• 申請號: 201710247727.3
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106930249B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 鄧軍;劉文;田忠;張法星;許唯臨;劉善均;張建民;王韋;曲景學;周茂林
• 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: 呂建平;周敏

本發明公開了一種錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統，其構成包括閘室、上平段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段，所述渦室為與下部收縮段具有同一收縮坡比、與收縮段圓滑銜接的錐形結構，所述上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的傾斜邊墻。本發明提供的錐形渦室旋流豎井泄洪洞，可減小水體在收縮段末端直接跌落豎井底部的可能，提高消能效果，同時降低渦室高度要求，減小開挖方量，節省工程投資。

技術領域

本發明屬于水利水電工程中泄洪消技術能領域，具體涉及一種旋流豎井泄洪洞系統。

背景技術

旋流豎井泄洪洞由于其修建難度較低、布置靈活以及消能效果突出等優勢，越來越受到水利水電工程界的關注，尤其是隨著當前我國正處于水電建設事業的井噴式發展階段，許多高水頭、大流量、深峽谷的高壩大庫正在建設或者處于規劃階段，在常規泄水建筑物無法良好地實現泄洪消能的情況下，旋流豎井作為一種新興發展的泄洪消能建筑物不失為一種良好的選擇。一般地，整個旋流豎井泄洪系統由閘室進口、上平調整段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段組成，典型的渦室旋流豎井布置如圖1所示。其中上平段用于調整水流流態，其一側邊墻與渦室相切以保證水流平順地進入渦室，而另一側則沿程收縮以使進入渦室的水流能夠盡量地貼著豎井渦室的邊壁運動；渦室的作用是保證上平段的來流能夠順利地實現起旋，從而使水流在下泄過程中始終保持貼壁狀態，現有技術中豎井渦室均采用固定半徑的圓柱體結構；收縮段將渦室與豎井直段連接起來，其第一個作用是從渦室末端位置開始向下將豎井直徑減小，從而減小工程開挖量，節省工程投資，第二個作用是使水流附壁作用增強，降低渦室的來流脫離邊壁直接砸落至豎井底部的可能。

但是由于上平段進入渦室的水流具有一定的寬度(即渦室內壁面法向水深)，故而越靠近渦室中心的水體越容易脫離主流的束縛，進而直接跌落到豎井底部。這是因為水流自由面方向的部分水體在沿豎向下泄的過程中其環向速度逐漸減小，從而不足以支撐到豎井底部便直接跌落，從而降低消能效果，增大底板的壓強甚至造成底板破壞；同時，常規旋流豎井泄洪洞其圓柱形渦室與上平段銜接位置，由于水流的急劇轉向，受豎井渦室壁面的反向作用，一部分水流會在渦室內爬升到較高的位置，這無疑會增大渦室段對高度的要求，增加工程耗資。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統，以減小水體在收縮段末端直接跌落豎井底部的可能，提高消能效果，同時降低渦室高度，減小開挖方量，節省工程投資。

針對以上發明目的，本發明的構思是：通過將原本呈圓柱形布置的渦室結構修改為錐形，同時將原本與圓柱形渦室鉛直相切的上平段邊墻順勢調整為具有與錐形渦室收縮坡度同一傾角，以保證該側邊墻依舊與渦室外壁相切，而另一側邊墻保持鉛直布置不變。

本發明提供的錐形渦室旋流豎井泄洪洞系統，其構成包括閘室、上平段、渦室、收縮段、豎井直段、出口壓坡段以及其后的下平泄水段，所述渦室為與下部收縮段具有同一收縮坡比，且與收縮段連續圓滑銜接的錐形結構，所述上平段與渦室相切銜接的邊墻為與渦室的收縮坡比相同的上平段傾斜邊墻。

為了更好地實現本發明的目的，在上述技術方案的基礎上可進一步采取以下各項技術措施。下述各項技術措施可單獨采取，也可組合采取，甚至一并采取。

在本發明的上述技術方案中，閘室與上平段傾斜邊墻之間設置一沿水流方向延伸一定長度的銜接扭面，使邊墻由閘室的鉛直邊墻圓滑過渡銜接到上平段傾斜邊墻。所述銜接扭面沿水流方向延伸的長度一般不小于傾斜邊墻的高度。

在本發明的上述技術方案中，在渦室進口處設置導流挑坎。所述導流挑坎具體設置在旋流豎井的渦室進口水流與旋轉一圈后的水流交匯處一側自上平段底板向上的渦室壁面上，由一個沿渦室壁面延伸凸起的直角三角形豎直面和一個與該直角三角形豎直面的斜邊相交的導流弧面構成，以形成一個上大下小、一面為弧面的三角形錐體，且導流弧面起始處與渦室壁面的相交處為圓滑曲面。