一種深孔旋流豎井泄洪洞制造技術

本實用新型專利技術涉及一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括：用短壓力進水口，短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，明流引水道與渦室連接，渦室設置在豎井的頂端，豎井底端與出水洞連接，所述的短壓力進水口為深孔進水口；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側的洞壁上設置通氣管。本實用新型專利技術采用短壓力的深孔進水口，兼顧放水和泄洪，用一條洞代替了泄洪洞和放水洞，降低了工程費用。解決高水頭大流速在進水口底部容易產生空蝕問題，設置了帶有通氣管的摻氣跌坎。優化了明流引水道與渦室之間的連接結構，防止明流引水道與渦室連接段水躍封頂和向上游移動，降低泄流能力。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種深孔旋流豎井泄洪洞，是一種水工設施，是一種用于放空水庫和泄洪的水工設施。
技術介紹
目前水電工程廣泛修建百米以上高的面板堆石擋水壩，與鋼筋混凝土檔水壩不同的是，為了保證大壩安全，在面板堆石擋水壩上不設泄洪用的溢流口，而是在擋水壩兩側山體中設置進水口較高的泄洪洞(或岸邊泄漕)泄洪。同時面板堆石擋水壩與鋼筋混凝土擋水壩一樣還要設置為大壩事故放水和供下游用水的放水洞。但放水洞的進水口比泄洪洞的進水口低得多，然而，泄洪洞和放水洞除了進水口高度不同外，其他部分十分類似，分別修建兩個進水口不同高度的泄洪洞和放水洞，極不經濟。因此，曾提出了用豎井斜井放水洞作 為泄洪洞的設計方案。但采用傳統的斜井式放水洞承擔泄洪，產生的問題是必須建造深孔進水口，即利用同一個進水口既能泄洪又能放水。但是深孔進水口的深孔底板的作用水頭較高，例如貴州洪家渡，四川瓦屋山和新疆喬巴特泄洪洞的深孔水頭分別約為70m、73m和72m，泄洪洞底板上總水頭分別為115m、123m、194m，對于傳統的斜井式泄洪洞，則在斜井下游反弧段上流速達40nT55m/s，洞內易發生空蝕破壞。世界上有許多大壩的斜井式泄洪洞發生了嚴重的空蝕破壞，例如美國的胡佛壩、格林峽壩和黃尾壩等斜井式泄洪洞。還有墨西哥的英菲爾尼羅壩、西班牙的阿爾達阿達比拉壩等泄洪洞，也發生了破壞。另外，為了消能，傳統的斜井式放水洞的出水口采用挑流出水，水流在出水口在挑流坎的作用下向空中射出。射向空中的水流產生的沖刷和霧化，破壞了出水口周圍的生態環境。中國劉家峽斜井式泄洪洞初次放水時，由于出口挑流霧化，以及所攜帶泥沙、粉塵，使高壓變電器短路，導致電力中斷，同時還破壞了岸邊公路。根據對中國二灘水壩的兩條泄洪洞放水挑流霧化的原型觀測結果，發現由于霧化形成的降雨量竟然達到1000mm/h，引起山體滑坡和生態植被破壞。
技術實現思路
為了克服現有技術的問題，本技術提出了一種深孔旋流豎井泄洪洞。所述的泄洪洞采用深孔進水口，兼顧泄洪和放水。同時采用旋流豎井，高水頭水流在旋流豎井中消能，在出水口無需設置挑流坎，水流可以平穩流入下游河道。所述的設計方法，優化引水道與渦室的連接結構，使泄流順暢。本技術的目的是這樣實現的一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括用短壓力進水口，所述的短壓力進水口與明流引水道連接，所述的短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，所述的明流引水道與渦室連接，所述渦室設置在豎井的頂端，所述的豎井底端與出水洞連接，所述的出水洞中設有組合消力墩，所述的出水洞與出水口連接，所述的短壓力進水口為深孔進水口 ；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側的洞壁上設置通氣管，所述的通氣管的一端設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側，所述通氣管的另一端設置在接近洞頂的部位。本技術產生的有益效果是本技術采用短壓力的深孔進水口，兼顧放水和泄洪的水位高度，用一條泄洪洞代替了傳統的泄洪洞和放水洞，降低了工程費用。為解決高水頭大流速在進水口底部容易產生空蝕問題，設置了帶有通氣管的摻氣跌坎。同時優化了明流引水道與渦室之間的連接結構，研究出能降低渦室進口前水躍高度的連接結構，以防止明流引水道與渦室連接段水躍封頂和向上游移動，降低泄流能力。同時通過豎井旋流、環狀水躍和出水洞內設置的組合消力墩的聯合消能，使總消能率達到80%以上，大大降低水流在出水口處的流速，有效避免出水口外發生空蝕，減輕出口水流產生的沖刷和霧化現象。以下結合附圖和實施例對本技術作進一步說明。圖I是本技術的實施例一所述泄洪洞的結構示意圖；圖2是本技術的實施例一所述泄洪洞的結構示意圖，是圖I中A-A方面剖視圖；圖3是本技術的實施例五所述組合消力墩的結構示意圖；圖4是本技術的實施例五所述組合消力墩的結構示意圖，是圖I中L-L向視圖；圖5是使用傳統計算方式計算得到的引水道末端橢圓曲線與渦室圓連接結構示意圖。具體實施方式實施例一本實施例是一種深孔旋流豎井泄洪洞，如附圖說明圖1、2所示。本實施例包括用短壓力進水口 1，所述的短壓力進水口與明流引水道3連接，所述的短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門2，所述的明流引水道與渦室6連接，所述渦室設置在豎井7的頂端，所述的豎井底端與出水洞9連接，所述的出水洞中設有組合消力墩8，所述的出水洞與出水口連接，所述的短壓力進水口為深孔進水口 ；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線301同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎4，所述摻氣跌坎下游兩側的洞壁上設置通氣管5，所述的通氣管的一端501設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側，所述通氣管的另一端502設置在接近洞頂的部位。本實施例采用豎井旋流的消能方式，即使高水頭的水流在一個豎直的井中產生旋流，消除水流的勢能。產生旋流設施是設置在豎井頂部的渦室，渦室的直徑略大于豎井，水流以渦室外沿的切線方向進入渦室，產生旋流。旋流進入豎井，在豎井中產生環形水躍消能。部分消能的水流流出豎井進入接近水平的出水洞，在出水洞中設置的組合消能墩對水流中的能量進一步消能。通過豎井旋流、環狀水躍和洞內壓力消能工的聯合消能，使總消能率達到80%以上，大大降低洞內流速，可避免出水口發生空蝕，減輕出口沖刷和霧化現象。本實施例所示的泄洪洞可以兼做放水洞，即可以泄洪也可以放水。本實施例為了兼顧放水和泄洪，所述的進水口采用深孔進水口，當總水頭不大于150m時設置一層進水口，當水頭再高時可以設置上下兩層進水口。本實施例所述的深孔進水口是一種短壓力進水口。在水工領域，短壓力進水口指的是從進口曲線、閘門槽和頂壓板這一短的有壓流段，下接明流引水道；若進口下接壓力引水道時，則稱長壓力進水口。本實施例所述的進水口與渦室之間有一段明流引水道。在明流引水道中設置有弧形閘門，所述的弧形閘門根據泄洪或放水的需要開閉。所述的圓弧閘門的門口的寬度沒和高度A是一個重要的數據，通常作為計算明流引水道的寬度和高度。因為在通常情況下圓弧閘門口的寬度或高度即為明流引水道的寬度，或者閘門口的寬度或高度略小于明流引水道的寬度或高度。所謂明流是指水流在引水道(洞)中流動時，不是充滿整個水道(洞)的截面，而只是在洞的下半部分流動，洞的上半部分充滿空氣。由于是深孔進水，水頭高流速大，在明流引水道中的水流帶有大量的能量，這些能量十分容易對明流引水道的底板產生空蝕破壞。為了防止空蝕，本實施例在明流引水道中采用了一個關鍵性的措施跌坎。水流在經過跌坎的時候，在跌坎背水面產生渦旋，渦旋水流與主水流相互沖擊、攪動，可以起到的消能作用。但如果不采取措施，這個渦旋產生的負壓對跌坎下游的底板會產生空蝕破壞。為此本實施例在跌坎背水面設置通氣管，將引水道(洞)頂部的空氣引導到跌坎的背水面進行摻氣，減輕渦旋對底板的負壓，防止空蝕破壞。所述的通氣管豎直的埋設在引水道的側壁上，通氣管的上口敞開在引水道的上部，可以吸收引水道上部的空氣。通氣管的下口，設置在跌坎的背水面或跌坎背水面兩側的洞壁上，用于消減跌坎背水面的負壓。通氣管可以是兩側洞壁上各埋設一根的粗大金屬管，或其他材質的管子，也可以是多根管子。管子的截面可以是圓形或矩形，或者其他形狀。本實施例的另一個關鍵點本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括：用短壓力進水口，所述的短壓力進水口與明流引水道連接，所述的短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，所述的明流引水道與渦室連接，所述渦室設置在豎井的頂端，所述的豎井底端與出水洞連接，所述的出水洞中設有組合消力墩，所述的出水洞與出水口連接，其特征在于，所述的短壓力進水口為深孔進水口；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側的洞壁上設置通氣管，所述的通氣管的一端設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側，所述通氣管的另一端設置在接近洞頂的部位。

【技術特征摘要】
1.一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括用短壓力進水口，所述的短壓力進水口與明流引水道連接，所述的短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，所述的明流引水道與渦室連接，所述渦室設置在豎井的頂端，所述的豎井底端與出水洞連接，所述的出水洞中設有組合消力墩，所述的出水洞與出水口連接，其特征在于，所述的短壓力進水口為深孔進水口 ；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側的洞壁上設置通氣管，所述的通氣管的一端設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側，所述通氣管的另一端設置在接近洞頂的部位。2.根據權利要求I所述的泄洪洞，其特征在于，所述的明流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董興林，楊開林，付輝，郭新蕾，王濤，郭永鑫，李福田，余閩敏，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：