CN202509470U - 地下洞井式泄洪消能水道 - Google Patents

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邵敬东
陈秋华
袁琼
刘强
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PowerChina Chengdu Engineering Co Ltd
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Chengdu Hydroelectric Investigation and Design Institute of China Hydropower Engineering Consulting Group
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Abstract

本实用新型具体涉及一种地下洞井式泄洪消能水道。该泄洪消能水道，包括引水道，出水洞以及泄洪洞，所述引水道出水口与泄洪洞的进水口连接，所述泄洪洞出水口与出水洞连通，该引水道出水口外侧内壁与泄洪洞的进水口处的内壁相切。该地下洞井式泄洪消能水道使水流在进入泄洪洞后能迅速在泄洪洞内壁涡漩下落，水流涡漩下落过程中，沿程可大量卷入空气，在泄洪洞内壁摩擦力、水流内部剪切应力及重力的作用下，涡漩水流急速扩散，竖向分速和旋转距逐渐加大，水层逐渐减薄，水流能量快速消散，即使在最大泄流量的情况下也不会出现呛水现象，克服了空蚀和振动对结构的破坏。本实用新型结构简单，适合在水电水利行业推广、运用。

Description

地下洞井式泄洪消能水道
技术领域
本实用新型属于水电水利工程领域，具体涉及一种地下洞井式泄洪消能水道。
背景技术
随着科技的发展，电源结构调整将成为重中之重，低碳化将是能源发展的重要特征。为了实现非化石能源比重与碳排放强度两大目标，我国现在应重点发展水电等清洁能源。水电开发在我国未来的清洁能源发展中处于最重要的位置，对节能减排目标实现的作用最大。
我国水能资源主要分布在西南山区河流，山区河流一般谷幅宽度狭窄，山体陡峻，水工建筑物布置较为紧凑拥挤。为充分利用建筑物的泄洪作用，避免在山体中重复开挖泄洪洞室，往往在施工阶段的后期将导流洞改建为泄洪道而加之利用上，以往多采用“龙抬头”或“龙落尾”型式，其弊端有：一是在水头高、流速大时产生严重的空蚀问题，给设计带来一定难度；二是出口的高速水流所带来的冲刷问题威胁着岸坡稳定，增加了枢纽布置的难度；三是由于导流洞的设计抗冲能力一般远低于泄洪洞的抗冲能力。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种在水电水利中避免出现空蚀，能有效提高水流消能效率的地下洞井式泄洪消能水道。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：地下洞井式泄洪消能水道，包括引水道，出水洞以及泄洪洞，所述引水道出水口与泄洪洞的进水口连接，所述泄洪洞出水口与出水洞连通，该引水道出水口外侧内壁与泄洪洞的进水口处的内壁相切。
进一步的是，所述泄洪洞包括竖井以及设置在竖井顶端且与竖井同轴的竖直涡室，所述涡室的直径大于竖井的直径，所述涡室与竖井通过上大下小的收缩结构平滑过渡，所述进水口设置在涡室上，所述出水口设置在竖井底端。
进一步的是，所述引水道包括平流部和急流部，所述急流部一端与平流部连接，另一端与涡室的进水口连接，所述急流部沿水流方向的水平宽度逐渐减少，所述急流部的底面沿水流方向设置有向下的坡面。
进一步的是，所述竖井底部设置有缓冲池，所述缓冲池与竖井连通。
进一步的是，所述出水洞与竖井连接处的出水洞顶部设置有导流块，所述导流块的背水面与出水洞顶部接触处设置有穿过出水洞顶部的通气孔。
进一步的是，所述导流块的迎水面为弧面，所述竖井内壁与导流块迎水面平滑过渡。
进一步的是，所述引水道，出水洞以及泄洪洞内壁均设置有保护层。
进一步的是，所述保护层由钢筋混凝土构成。
本实用新型的有益效果在于：该地下洞井式泄洪消能水道的引水道出水口外侧内壁与泄洪洞进水口处的内壁相切，使水流在进入泄洪洞后能迅速在泄洪洞内壁涡漩下落，水流涡漩下落过程中，沿程可大量卷入空气，在泄洪洞内壁摩擦力、水流内部剪切应力及重力的作用下，涡漩水流急速扩散，竖向分速和旋转距逐渐加大，水层逐渐减薄，水流能量快速消散，即使在最大泄流量的情况下也不会出现呛水现象，克服了空蚀和振动对结构的破坏。
附图说明
图1为本实用新型截面结构示意图；
图2为图1中A-A截面结构示意图；
图3为图1中结构示意图。
图中标记：引水道1、泄洪洞2、进水口2.1、出水口2.2、平流部3、急流部4、坡面5、涡室6、收缩结构7、竖井8、缓冲池9、导流块10、迎水面10.1、背水面10.2、通气孔11、出水洞12、保护层13。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
本实用新型属于水电水利工程领域，具体涉及一种地下洞井式泄洪消能水道。该地下洞井式泄洪消能水道，包括引水道1，出水洞12以及泄洪洞2，所述引水道1出水口与泄洪洞2的进水口2.1连接，所述泄洪洞2的出水口2.2与出水洞12连通，该引水道1出水口外侧内壁与泄洪洞2的进水口2.1处的内壁相切。
该地下洞井式泄洪消能水道的引水道1出水口外侧内壁与泄洪洞2的进水口2.1处的内壁相切，使水流在进入泄洪洞2后能迅速在泄洪洞2内壁涡漩下落，沿程可大量卷入空气，在泄洪洞2内壁摩擦力、水流内部剪切应力及重力的作用下，涡漩水流急速扩散，竖向分速和旋转距逐渐加大，水层逐渐减薄，水流能量快速消散，即使在最大泄流量的情况下也不出现呛水现象，克服了空蚀和振动对结构的破坏。
所述泄洪洞2包括竖井8以及设置在竖井8顶端且与竖井8同轴的竖直涡室6，所述涡室6的直径大于竖井8的直径，该结构有利于水流持续涡漩下落，增加消能效率，为了使水流在下落过程中，更加顺畅，所述涡室6与竖井8通过上大下小的收缩结构7平滑过渡，由于引水道1与出水洞12为高低间隔设置，因此所述进水口2.1设置在涡室6上，所述出水口2.2设置在竖井8底端，采用该结构的地下洞井式泄洪消能水道，其消能效率能达到73％以上。
所述引水道1包括平流部3和急流部4，所述急流部4一端与平流部3连接，另一端与涡室6的进水口连接，水流从高水位依次流入引水道1的平流部3和急流部4，然后进入泄洪洞2上部的涡室6，所述急流部4沿水流方向的水平宽度逐渐减少，该结构使水流在引水道1后段的急流部4流速快速增加，所述急流部4的底面沿水流方向设置有向下的坡面5，该结构使急流部4的水流厚度迅速加厚，利于水流形成水跃，该引水道1增加了水流进入泄洪洞2的动能，使进入的水流在涡室6顶部出现水跃跃首的急、缓流转变，并在涡室6内壁的约束和依托下，水面壅高，更有利于水流快速在竖井8壁上形成漩流水流。
水流从竖井8漩流而下到达竖井8底部时，水流的势能转化为动能，在漩流过程中消耗了大量能量，但竖井8底部的水流仍然具有动能，为了更好消耗该剩余动能，所述竖井8底部设置有缓冲池9，所述缓冲池9与竖井8连通，水流进入缓冲池9，与缓冲池9内的积水接触并散乱的折冲旋转扩散，积水消耗水流的动能。为了更好对下落的水流进行消能，使下落水流与缓冲池9内的积水能量平衡，所述缓冲池9具有一定的深度，该深度根据模型试验测试缓冲池9底面的脉动压力后，在底面能承受的脉动压力范围内确定。
从泄洪洞2流至出水洞12的水流是从有压力状态到无压力状态，同时水流漩流下落，在竖井8与出水洞12连接处的水流紊乱，影响水流的流动、破坏该连接处的结构，为了保护出水洞12结构，所述出水洞12与竖井8连接处的出水洞12顶部设置有导流块10，由于出水洞12改建后的流量大于引水道1的流量，使出水洞12下部为水流层，上部为空气层，当水流流动时，空气层中的空气也随水流一起移动，使出水洞12内的压力降低，形成负压，为了克服该负压，所述导流块10的背水面10.2与出水洞12顶部接触处设置有穿过出水洞12顶部的通气孔11。该通气孔11补充了随水流流失的气体，使出水洞12内压力均衡，保证了出水洞12内的压力，避免了因负压引起的空蚀现象。
为了更好的引导水流，使水流更加顺畅，减少水流对竖井8与出水洞12连接处的冲击，所述导流块10的迎水面10.1为弧面，为了所述竖井8内壁与导流块10迎水面10.1平滑过渡。
由于水流具有一定的压力，其流量大，速度快，为了保证整个水道不被破坏，确保水流在各种泄洪流量下能稳定的工作，所述引水道1，出水洞12以及泄洪洞2内壁均设置有保护层13。为了节约成本，方便施工，所述保护层13由钢筋混凝土构成。

Claims (8)

1.地下洞井式泄洪消能水道，包括引水道(1)、出水洞(12)以及泄洪洞(2)，所述引水道(1)出水口与泄洪洞(2)的进水口(2.1)连接，所述泄洪洞(2)的出水口(2.2)与出水洞(12)连通，其特征在于：该引水道(1)出水口外侧内壁与泄洪洞(2)的进水口(2.1)处的内壁相切。
2.如权利要求1所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述泄洪洞(2)包括竖井(8)以及设置在竖井(8)顶端且与竖井(8)同轴的竖直涡室(6)，所述涡室(6)的直径大于竖井(8)的直径，所述涡室(6)与竖井(8)通过上大下小的收缩结构(7)平滑过渡，所述进水口(2.1)设置在涡室(6)上，所述出水口(2.2)设置在竖井(8)底端。
3.如权利要求2所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述引水道(1)包括平流部(3)和急流部(4)，所述急流部(4)一端与平流部(3)连接，另一端与涡室(6)的进水口连接，所述急流部(4)沿水流方向的水平宽度逐渐减少，所述急流部(4)的底面沿水流方向设置有向下的坡面(5)。
4.如权利要求2所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述竖井(8)底部设置有缓冲池(9)，所述缓冲池(9)与竖井(8)连通。
5.如权利要求2所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述出水洞(12)与竖井(8)连接处的出水洞(12)顶部设置有导流块(10)，所述导流块(10)的背水面(10.2)与出水洞(12)顶部接触处设置有穿过出水洞(12)顶部的通气孔(11)。
6.如权利要求5所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述导流块(10)的迎水面(10.1)为弧面，所述竖井(8)内壁与导流块(10)迎水面(10.1)平滑过渡。
7.如权利要求1所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述引水道(1)，出水洞(12)以及泄洪洞(2)内壁均设置有保护层(13)。
8.如权利要求7所述的地下洞井式泄洪消能水道，其特征在于：所述保护层(13)由钢筋混凝土构成。
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