[发明专利]竖井底部整流消能工

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中的消能设施，特别涉及一种用于竖井泄洪洞底部的消能及流态控制装置。

背景技术

与传统的竖井溢洪道相比，旋流式竖井是一种新型消能工。在旋流式竖井中，由于水流绕竖井轴线旋转呈贴壁流动，在竖井中央形成稳定空腔，因此既可保持水流流态的稳定，又可形成良好的通气条件，避免了气囊失稳现象的出现。但竖井中水流旋转进入下游时，流速很大，若其下游设置泄洪洞，竖井与下游泄洪洞的衔接就是是一个难点问题。

竖井与下游泄洪洞的衔接，主要有简单式、弯道式、L型消能工。上述消能工虽然各有特点，但仍存在不足之处。如简单式消能工所设置的消力井深度较小，对底板的冲击压力很高；弯道式、L型消能工的压坡段长度短，使得进入下游泄洪洞的水流表面波动很大，常常发生封洞现象，通气效果难以保证，易发生空化空蚀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种竖井底部整流消能工，此种整流消能工不仅消能充分，而且有利于竖井水流与泄洪洞水流的平稳衔接，改善泄洪洞内水流流态，节省泄洪洞进口顶部的通气设施，并能够保证泄洪洞运行安全。

本发明的技术方案：将压坡段设计为反弧压坡段和直线压坡段，利用直线压坡段调整水流进入泄洪洞的形态和控制流速；增加消力井的深度，以提高消能率，降低消力井壁面压力。

本发明所述竖井底部整流消能工，由消力井、横截面为矩形环的反弧压坡段和直线压坡段构成，消力井与竖井同轴线且位于泄洪洞底面之下，反弧压坡段的进口端接竖井，其出口端接直线压坡段的进口端，直线压坡段的出口端接泄洪洞。反弧压坡段和直线压坡段既可以分别制作，安装时进行连接，又可以制作成一体。

为了更好地实现发明目的，本发明对消力井、反弧压坡段和直线压坡段的尺寸和结构进行了优化，具体内容如下：

1、消力井的深度H₁＝1D～2D，式中，D为竖井的直径。

2、直线压坡段的长度L＝3D～4D，顶面为斜面，坡度i＝1∶15～20，底面为平面，两边墙垂直于底面，出口高度H₂＝Q₀/V₀D，式中，D为竖井的直径，Q₀为泄洪洞的流量，V₀为直线压坡出口流速，一般控制在V₀＜25m/s。

3、反弧压坡段顶部的反弧半径R＝2D～3D，式中，D为竖井的直径，反弧压坡段顶部的反弧面与直线压坡段顶部的斜面相切，反弧压坡段的底面为平面，两边墙垂直于底面。

4、反弧压坡段底部与消力井的连接处为圆弧面。

本发明具有以下有益效果：

1、在压坡段中增加了直线压坡段，并优化了直线压坡段的设计参数，因此，使用本发明所述整流消能工，竖井水流与泄洪洞水流能平稳衔接，有效改善了泄洪洞内水流流态，避免了封洞现象的发生，节省了泄洪洞进口顶部的通气设施，并能够保证了泄洪洞的安全运行。

2、由于优化了消力井的深度，水流在较厚的水垫中强烈紊动，水气强烈的混掺，因而提高了消能率。

3、反弧压坡段底部与消力井的连接处为圆弧面，使压坡段流态过渡的更为顺畅。

4、结构简单，便于制作与施工。

附图说明

图1是本发明所述竖井底部整流消能工的第一种结构图；

图2是图1的一种A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖面图；

图4是图1的C-C剖面图；

图5是图1的又一种A-A剖视图；

图6是本发明所述竖井底部整流消能工的第二种结构图；

图7是图6的A-A剖视图；

图8是图6的B-B剖面图；

图9是图6的C-C剖面图。

图中，1-竖井、2-反弧压坡段、3-直线压坡段、4-消力井、5-泄洪洞、6-反弧压坡段底部与消力井连接处的弧面、H₁-消力井深度、H₂-直线压坡段出口高度、H₃-泄洪洞的直墙面高度、D-竖井直径、R-反弧压坡段顶部的反弧半径、L-直线压坡段长度、i-直线压坡段坡度。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，水电站最大坝高171m，竖井1的落差135m，泄洪洞流量308.63m³/s，竖井1的直径D为7m，泄洪洞5的横截面如图4所示，其宽度为5m、直墙高度H₃为7m。