本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，可有效解決現(xiàn)有的高水頭、大流量高壩旋流豎井出現(xiàn)的消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動(dòng)大等問(wèn)題，從而既提高泄流通道的消能率，又減免豎井振動(dòng)與壁面的空化空蝕破壞現(xiàn)象，其特征在于，渦室經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠連通，渦室上端有通氣孔，渦室下端有漸變段，漸變段下端連接有圓筒形的豎井段，豎井段上有多段間隔布置的洞塞體，豎井段底端有水墊池，水墊池上端有與豎井段連通的出水段；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)將豎井段設(shè)計(jì)為間隔布置的洞塞旋流消能工，可增加水流的消能效率，避免現(xiàn)有旋流豎井容易出現(xiàn)空蝕空化的問(wèn)題，同時(shí)可有效減少豎井的振動(dòng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及水利水電工程中的旋流豎井，特別是一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井。
技術(shù)介紹
我國(guó)在建和擬建高壩較多，泄水建筑物過(guò)流量大、流速高，對(duì)高水頭泄水建筑物病害的整治與預(yù)防一直是水利工作者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，特別是消能、沖刷、空化空蝕、紊流振動(dòng)等問(wèn)題更是急需解決的難點(diǎn)。旋流豎井是一種新型泄洪消能設(shè)施，旋流式豎井內(nèi)消能工的引水道和豎井泄水道不在同一縱軸線上，由于引水道水流從渦室體的切向進(jìn)入渦室，繞豎井軸心旋轉(zhuǎn)呈貼壁流動(dòng)，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(shí)踐與模型試驗(yàn)表明，在大流量和高水頭工況下，傳統(tǒng)的旋流豎井消能技術(shù)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1、泄流量較小，消能率低；2、豎井中流速過(guò)高，豎井振動(dòng)較強(qiáng)；3、由于水流離心力的作用，傳統(tǒng)旋流豎井摻氣比較困難，很難起到摻氣減蝕的作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)之目的就是提供一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，可有效解決現(xiàn)有的高水頭、大流量高壩旋流豎井出現(xiàn)的消能率低、壁面摻氣困難、豎井振動(dòng)大等問(wèn)題，從而既提高泄流通道的消能率，又減免豎井振動(dòng)與壁面的空化空蝕破壞現(xiàn)象。其解決的技術(shù)方案是，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠連通，渦室上端有通氣孔，渦室下端有漸變段，漸變段下端連接有圓筒形的豎井段，豎井段上有多段間隔布置的洞塞體，豎井段底端有水墊池，水墊池上端有與豎井段連通的出水段；所說(shuō)的與渦室相連的引水渠平直進(jìn)水長(zhǎng)度L = 2- ，洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl=0. 7-0. 9D，相鄰兩個(gè)洞塞體距離LI = I. 8-2. 2D，洞塞體長(zhǎng)L2=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。本專(zhuān)利技術(shù)將豎井段設(shè)計(jì)為間隔布置的洞塞旋流消能工，可增加水流的消能效率，避免現(xiàn)有旋流豎井容易出現(xiàn)空蝕空化的問(wèn)題，同時(shí)可有效減少豎井的振動(dòng)。附圖說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)的主視剖面圖。圖2為本專(zhuān)利技術(shù)圖I中I-I處的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖3為本專(zhuān)利技術(shù)圖I中II-II處的剖面結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)專(zhuān)利技術(shù)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。由圖I至圖3給出，本專(zhuān)利技術(shù)包括渦室和引水渠，渦室I經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠2連通，渦室I上端有通氣孔3，渦室I下端有漸變段4，漸變段4下端連接有圓筒形的豎井段5，豎井段5上有多段間隔布置的洞塞體6，豎井段5底端有水墊池7，水墊池7上端有與豎井段5連通的出水段8 ;所說(shuō)的與渦室相連的引水渠平直進(jìn)水長(zhǎng)度L = 2-5D，洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl = 0. 7-0. 9D，相鄰兩個(gè)洞塞體距離LI = 1.8-2. 2D，洞塞體長(zhǎng)L2=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。為了保證使用效果，所說(shuō)的漸變段4為上大下小的錐形體。所說(shuō)的渦室I的剖面為圓形，渦室的直徑D2 = I. 5-2. 0D。所說(shuō)的引水渠2的剖面為方形，方形的寬度a = 0. 1-0. 4D2，方形的高度b =I. 1-1. 3a，引水渠2寬度方向的中心線與渦室I的豎向軸心線有偏心距R，偏心距R =0.5-1D，偏心距的存在，可以使水流在渦室I內(nèi)充分的旋轉(zhuǎn)。·所說(shuō)的水墊池7為圓筒形，水墊池7的直徑與豎井段5的直徑D相同，用于保證比較好的出水段流態(tài)，便于控制出水段的水流速度，同時(shí)減少對(duì)下游河床的沖刷。實(shí)施例I :在進(jìn)口條件23 27m/s和流量200(T3(KK)m3/s的條件下，取豎井直徑D=16m，引水道的斷面尺寸寬a=10m，高b=12m，引水渠長(zhǎng)度L根據(jù)大壩實(shí)際寬度來(lái)定，一般取長(zhǎng)度L=2_ro ； 一般情況下，偏心距R越大越好，因?yàn)槠木嘣酱螅?nèi)的水流對(duì)豎井軸線的動(dòng)量距越大，水流在渦室的旋轉(zhuǎn)會(huì)越充分，旋流豎井系統(tǒng)的消能率越高，而且流態(tài)也會(huì)更好，但是，這往往與高壩壩內(nèi)寬度相互矛盾，而且偏心距與豎井直徑也有聯(lián)系，是相互影響的，通過(guò)理論分析與模型試驗(yàn)，取偏心距R=8. 5m ； 根據(jù)試驗(yàn)，取渦室直徑D2=27m，通氣孔直徑為0. Sm,漸變段是渦室與豎井段的連接體，高度取30m ； 本專(zhuān)利技術(shù)要求有一定的泄流量，研究可知，當(dāng)流量增加時(shí)，消能工的消能率會(huì)降低，故要保證在較大流量的情況下，仍然有相當(dāng)?shù)南苈剩仨氃黾悠渌o助的消能方式，本專(zhuān)利技術(shù)設(shè)施在豎井內(nèi)增加洞塞體，洞塞體的數(shù)量及布置需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果不斷調(diào)試，本專(zhuān)利技術(shù)布置為3個(gè)洞塞體，直徑為Dl為14m，高度為15m，間隔布置，間距30m。為保證出水段流態(tài)較好，便于控制出流段的水流速度，同時(shí)減少對(duì)下游河床的沖刷，在豎井與出流段中間設(shè)置水墊池，池深30m，直徑與豎井相同，出水段長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況而定，滿(mǎn)足下游有壓出流，這里取出水段直徑與豎井段相同。本專(zhuān)利技術(shù)根據(jù)物理模型試驗(yàn)方案，依據(jù)某大型水庫(kù)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)洪水情況下，上游引水渠水頭維持30m，通過(guò)本專(zhuān)利技術(shù)設(shè)施進(jìn)行泄洪，具體工作過(guò)程如下 水流通過(guò)引水渠引水至渦室，由于水流流向與豎井段軸線不在同一平面上，兩者之間形成動(dòng)量矩，水流在渦室與漸變段下切的同時(shí)，沿豎井軸線旋轉(zhuǎn)，水流貼壁運(yùn)動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)水流與壁面之間形成摩擦，消殺部分水流能量，通過(guò)洞塞體，旋轉(zhuǎn)水流會(huì)突擴(kuò)與突縮，增加了水流的能量損失，同時(shí)在洞塞體下部可以進(jìn)行摻氣減蝕，即可減少水流的能量，降低流速，又可以減少豎井段的振動(dòng)，避免空化空蝕病害的發(fā)生；經(jīng)過(guò)3級(jí)洞塞體與豎井壁摩擦消能，水流進(jìn)入水墊池，水流在池內(nèi)相互碰撞摻混，又消殺部分能量，同時(shí)也有利于出水段的平穩(wěn)泄流。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本專(zhuān)利技術(shù)與傳統(tǒng)豎井消能工相比，在上游水位(水頭30m)與豎井直徑相同時(shí)，泄流量可達(dá)2400m3/s，消能率可達(dá)86%，專(zhuān)利技術(shù)的新型壩內(nèi)豎井加洞塞垂向旋流消能工可以提高泄流能力達(dá)25%，提高消能率達(dá)35%左右。本專(zhuān)利技術(shù)將豎井段設(shè)計(jì)為間隔布置的洞塞旋流消能工，可增加水流的消能效率，避免現(xiàn)有旋流豎井容易出現(xiàn)空蝕空化的問(wèn)題，同時(shí)可有效減少豎井的振動(dòng)，為高水頭條件下水庫(kù)泄流消能提供了一種新穎的設(shè)施。·權(quán)利要求1.一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室(I)經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠(2)連通，渦室(I)上端有通氣孔(3)，渦室(I)下端有漸變段(4)，漸變段(4)下端連接有圓筒形的豎井段(5)，豎井段(5)上有多段間隔布置的洞塞體(6)，豎井段(5)底端有水墊池(7)，水墊池(7)上端有與豎井段(5)連通的出水段(8);所說(shuō)的與渦室相連的引水渠平直進(jìn)水長(zhǎng)度L = 2-5D，洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑Dl = O. 7-0. 9D，相鄰兩個(gè)洞塞體距離LI = I. 8-2. 2D，洞塞體長(zhǎng)L2=0. 5-1. 0D,間隔布置3組，D為豎井段直徑。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，所說(shuō)的漸變段(4)為上大下小的錐形體。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，所說(shuō)的渦室(I)的剖面為圓形，渦室的直徑D2 = 1.5-2. OD。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，其特征在于，所說(shuō)的引水渠(2)的剖面為方形，方形的寬度a = O. 1-0. 4D2，方形的高度b = I. 1_1. 3a，引水渠(2)寬度方向的中心線與渦室(I)的豎向軸心線有偏心距R，偏心距R = O. 5-1D。5.根據(jù)權(quán)利要求I所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有洞塞垂向旋流消能工的豎井，包括渦室和引水渠，其特征在于，渦室（1）經(jīng)其上的進(jìn)水口與引水渠（2）連通，渦室（1）上端有通氣孔（3），渦室（1）下端有漸變段（4），漸變段（4）下端連接有圓筒形的豎井段（5），豎井段（5）上有多段間隔布置的洞塞體（6），豎井段（5）底端有水墊池（7），水墊池（7）上端有與豎井段（5）連通的出水段（8）；所說(shuō)的與渦室相連的引水渠平直進(jìn)水長(zhǎng)度L＝2？5D，洞塞體為圓筒形，洞塞體直徑D1＝0.7？0.9D，相鄰兩個(gè)洞塞體距離L1＝1.8？2.2D，洞塞體長(zhǎng)L2=0.5？1.0D，間隔布置3組，D為豎井段直徑。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張先起，孫東坡，徐存東，劉慧卿，韓立煒，張宏洋，張英克，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華北水利水電學(xué)院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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