CN101851909A

CN101851909A - h形竖井泄洪洞

Info

Publication number: CN101851909A
Application number: CN201010168474A
Authority: CN
Inventors: 张建民; 许唯临; 刘善均; 王韦; 曲景学; 邓军; 李忠; 任成瑶; 陈剑刚; 李进; 胡晓禹
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: CN101851909B

Abstract

一种h形竖井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，所述竖井包括第一竖井和第二竖井；第一竖井位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封闭；第二竖井的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞顶部相接并相通，第一竖井和第二竖井通过衔接段接通，两竖井组合后的外形为“h”形。上述h形竖井泄洪洞，其第一竖井为双涡室掺气型漩流竖井。

Description

h形竖井泄洪洞

技术领域

本发明属于水利水电工程的泄洪洞领域，特别涉及一种高水头、大流量、从无压流到有压流条件下使用的淹没型竖井泄洪洞。

背景技术

将高水头、大流量的明渠中的无压流通过竖井引入淹没型泄洪洞，实质是水流从无压内流泄水设施(竖井)过渡到有压内流设施(泄洪洞)，因而水流流态转变不稳定，泄洪洞内容易发生水跃等不利水力学现象，影响泄洪洞的安全运行。现有技术通过对竖井的结构改进(例如，将竖井设计为双涡室掺气型漩流竖井)、在竖井出口设置压坡虽然能稳定水流流态，改善泄洪洞的空化空蚀破坏，但仍然难以解决由于泄洪洞出口淹没所形成的洞内水跃和气囊聚集导致的不利水流流态对泄洪洞带来的安全威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的h形竖井泄洪洞，以改善高水头、大流量的无压流通过竖井引入淹没型泄洪洞时的流态，避免所述泄洪洞内出现水跃和气囊聚集导致的不利水流流态，提高泄洪洞运行的安全性。

本发明的技术方案：通过两个竖井组合形成的外形为“h”的竖井将高水头、大流量的无压流消能、除气后形成有压流进入泄洪洞，以避免水跃等不利水力学现象的产生，实现水流平稳、安全衔接，保证泄洪洞的安全运行。

本发明所述h形竖井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，所述竖井包括第一竖井和第二竖井；第一竖井位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封闭；第二竖井的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞顶部相接并相通，第一竖井和第二竖井通过衔接段接通，两竖井组合后的外形为“h”形。

本发明所述h形竖井泄洪洞，其第一竖井可以是掺气型漩流竖井，也可以是跌流竖井，优选双涡室掺气型漩流竖井。当第一竖井为双涡室掺气型漩流竖井时，本发明所述h形竖井泄洪洞优选以下结构参数：

1、第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的距离L2＝1.5D3～5.0D3，衔接段的高度

式中，D3为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，Q为流量，m为流量系数(一般为0.3～0.35)，g为重力加速度。

2、第一竖井的水垫段长度L3＝1.0D3～3.0D3，第一竖井的水垫段高度h7＝0.1(h1+h2+h3+h4+h5+h6)～0.2(h1+h2+h3+h4+h5+h6)，第二竖井的高度h8＝1.1(h6+h7)～1.5(h6+h7)，第二竖井的直径D4＝0.2D3～1.0D3，上述各式中，D3为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，h1为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室高度，h2为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室收缩段高度，h3为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室高度，h4为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室收缩段高度，h5为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段高度，h6为衔接段的高度。

3、双涡室掺气型漩流竖井的上涡室直径D1根据进入该竖井的水流流量确定，其下涡室直径D2≥上涡室直径D1，其上涡室的高度h1＝2.0D1～4.0D1，其上涡室收缩段的高度h2与上涡室的高度h1之比为1∶5～1∶1，其上涡室收缩段的坡度i3为1∶3～1∶10，其下涡室的高度h3＝0.4D2～1.0D2，其下涡室收缩段的高度h4与下涡室的高度h3之比为2∶1～4∶1，其下涡室收缩段的坡度i4为1∶10～1∶15。

使用本发明所述h形竖井泄洪洞，高水头、大流量的无压流首先进入第一竖井、然后经衔接段进入第二竖井，再经第二竖井进入泄洪洞后排出。

本发明具有以下有益效果：

高水头、大流量的无压流进入第一竖井后强烈紊动和掺混，可消除大部分动能，消能后的水流经衔接段进入第二竖井，同时大量气体溢出水体，形成有压流进入泄洪洞，因而可避免水跃和气囊聚集等不利水力学现象的产生，实现水流平稳、安全衔接，保证泄洪洞的安全运行。

附图说明

图1是本发明所述h形漩流竖井泄洪洞的一种结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的E-E剖面放大图；

图4是图1的F-F剖面放大图；

图5是图2的G-G剖面放大图。

图中，1-第一竖井、2-上涡室、3-通气管、4-上涡室收缩段、5-下涡室、6-下涡室收缩段、7-涡井段、8-水垫段、9-两竖井的衔接段、10-第二竖井、11-泄洪洞、12-引渠、L1-第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度，L2-第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的距离、L3-第一竖井的水垫段长度、D1-上涡室直径，D2-下涡室直径，D3-涡井段直径，D4-第二竖井的直径、h1-双涡室掺气型漩流竖井的上涡室高度、h2-双涡室掺气型漩流竖井的上涡室收缩段高度、h3-双涡室掺气型漩流竖井的下涡室高度、h4-双涡室掺气型漩流竖井的下涡室收缩段高度、h5-双涡室掺气型漩流竖井的涡井段高度、h6-衔接段的高度、h7-水垫段高度、h8-第二竖井的高度、i1-引渠进水段I坡度、i2-引渠进水段II坡度、i3-上涡室收缩段坡度、i4-下涡室收缩段坡度、H1-“城门洞”形泄洪洞的高度，H2-“城门洞”形泄洪洞的直墙高度，R1-“城门洞”形泄洪洞的拱顶半径，B1-“城门洞”形泄洪洞的宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述h形竖井泄洪洞的结构作进一步说明。

实施例1

某水利枢纽挡水建筑物采用混凝土重力坝，最大坝高210m，其泄洪洞泄量为1350m³/s，具有窄河谷、高水头、大流量、高流速等特点。

本实施例中，所述h形竖井泄洪洞的结构如图1、图2所示，由“城门洞”形泄洪洞11和在所述泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，所述竖井包括第一竖井1和第二竖井10；第一竖井1为双涡室掺气型漩流竖井，位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠12，其下端封闭；第二竖井10的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞11顶部相接并相通，第一竖井1和第二竖井10通过衔接段9接通，两竖井组合后的外形为“h”形。所述衔接段9的形状如图1、图2、图3所示，它是水流从第一竖井进入第二竖井的通道，其上顶面与第二竖井10顶部平齐，其下顶面与第一竖井1的水垫段8上端平齐。所述双涡室掺气型漩流竖井的结构如图1所示，包括上涡室2及上涡室收缩段4、通气管3、下涡室5及下涡室收缩段6、涡井段7和水垫段8，上涡室收缩段4接下涡室5，下涡室收缩段6接涡井段7，涡井段7接水垫段8，通气管3为两根，对称安装在上涡室及上涡室收缩段外壁，它们的一端与大气相通，它们的另一端接下涡室顶部。上涡室2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流从上涡室切向进入竖井。

有关尺寸如下：

1、引渠

进水段I坡度i1＝1∶16，引渠进水段II坡度i2＝1∶8.5。

2、第一竖井——双涡室掺气型漩流竖井

上涡室直径D1＝18m，上涡室高度h1＝50m，上涡室收缩段高度h2＝10m，上涡室收缩段坡度i3＝1∶6.67，下涡室直径D2＝22.5m，下涡室高度h3＝10m，下涡室收缩段高度h4＝35m，下涡室收缩段坡度i4＝1∶10，涡井段直径D3＝15m，涡井段高度h5＝47.4m，水垫段高度h7＝34m，水垫段长度L3＝18m。

2、两竖井的衔接段

衔接段宽度D3＝15m，衔接段高度h6＝22m(流量系数m按0.35计算)。

3、第二竖井

第二竖井的高度h8＝62m，第二竖井的直径D4＝10.5m。

4、“城门洞”形泄洪洞(见图5)

“城门洞”形泄洪洞的高度H1＝20m，“城门洞”形泄洪洞的宽度B1＝16m，“城门洞”形泄洪洞的直墙高度H2＝15.5m，“城门洞”形泄洪洞的拱顶半径R1＝9.5m。

5、第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度L1＝50.9m，第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的距离L2＝32m。

实施例2

某水利枢纽挡水建筑物采用混凝土重力坝，最大坝高180m，其泄洪洞泄量为570m³/s，具有窄河谷、高水头、大流量、高流速等特点。

本实施例中，所述漩流竖井淹没型泄洪洞的结构与实施例1相同，如图1、图2所示，与实施例1不同之处是各部分的尺寸，有关尺寸如下：

有关尺寸如下：

1、引渠

进水段I坡度i1＝1∶22，引渠进水段II坡度i2＝1∶12。

2、第一竖井——双涡室掺气型漩流竖井

上涡室直径D1＝10m，上涡室高度h1＝40m，上涡室收缩段高度h2＝15m，上涡室收缩段坡度i3＝1∶10，下涡室直径D2＝11.5m，下涡室高度h3＝8m，下涡室收缩段高度h4＝28m，下涡室收缩段坡度i4＝1∶14，涡井段直径D3＝7m，涡井段高度h5＝49.6m，水垫段高度h7＝18m，水垫段长度L3＝18.5m。

2、两竖井的衔接段

衔接段宽度D3＝7m，衔接段高度h6＝19m(流量系数m按0.3计算)。

3、第二竖井

第二竖井的高度h8＝52m，第二竖井的直径D4＝6.5m。

4、“城门洞”形泄洪洞(见图5)

“城门洞”形泄洪洞的高度H1＝18.5m，“城门洞”形泄洪洞的宽度B1＝13m，“城门洞”形泄洪洞的直墙高度H2＝15m，“城门洞”形泄洪洞的拱顶半径R1＝7.8m。

5、第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度L1＝45.9m，第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的距离L2＝31.5m。

Claims

1.一种h形竖井泄洪洞，由泄洪洞(11)和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，其特征在于所述竖井包括第一竖井(1)和第二竖井(10)；第一竖井(1)位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠(12)，其下端封闭；第二竖井(10)的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞(11)顶部相接并相通，第一竖井(1)和第二竖井(10)通过衔接段(9)接通，两竖井组合后的外形为“h”形。

2.根据权利要求1所述的h形竖井泄洪洞，其特征在于第一竖井(1)为双涡室掺气型漩流竖井，第一竖井(1)中心线与第二竖井(10)中心线之间的距离L2＝1.5D3～5.0D3，衔接段(9)的高度

式中，D3为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，Q为流量，m为流量系数，g为重力加速度。

3.根据权利要求2所述的h形竖井泄洪洞，其特征在于第一竖井的水垫段(8)长度L3＝1.0D3～3.0D3，第一竖井的水垫段(8)高度h7＝0.1(h1+h2+h3+h4+h5+h6)～0.2(h1+h2+h3+h4+h5+h6)，第二竖井的高度h8＝1.1(h6+h7)～1.5(h6+h7)，第二竖井的直径D4＝0.2D3～1.0D3，

上述各式中，D3为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，h1为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室高度，h2为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室收缩段高度，h3为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室高度，h4为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室收缩段高度，h5为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段高度，h6为衔接段(9)的高度。