[发明专利]一种消力井出口底板为倒坡式结构的旋流竖井泄洪洞

说明书

本发明公开了一种消力井出口底板为倒坡式结构的旋流竖井泄洪洞，构成包括与闸室(1)衔接的上平段(2)、涡室(3)、收缩段(4)、竖井段(5)、消力井(7)、压坡出口(6)和下平段(8)，设置在消力井与竖井段衔接处与下平段衔接的压坡出口，其底板为前端底后端高的倒坡式底板，使消力井与压坡出口底板的衔接高度降低，以及使压坡出口底板与下平段衔接的夹角减小。本发明解决了现有技术的旋流竖井泄洪洞压坡出口底板存在的空蚀破坏与冲击破坏风险大的问题，同时也降低了固体进入消力井后的排除难度。

技术领域

本发明属于水利水电工程中泄洪消能领域，具体涉及一种倒坡式消力井出口底板的旋流竖井泄洪洞。

背景技术

水利水电工程中，将原本弃置不用的泄水洞重新利用起来，既可大幅度地节约工程量又可增强工程运行的灵活性。旋流竖井泄洪洞由于其布置灵活、无雾化影响等优势，在导流洞的改建中有着较高的应用前景。旋流竖井泄洪一般由闸室、上平段、涡室、收缩段、竖井段、消力井、压坡出口以及其后的下平段组成，典型竖井布置如图1所示。压坡出口底板与下平段底板坡度相同，并且均为顺坡。但目前旋流竖井泄洪洞的出口压坡底板与消力井连接处，仅从过度的角度考虑，简单地采用一个小圆弧进行倒圆处理。这种结构的消力井出口压坡，发明人在模型研究过程中发现，在泄流量比较大的时侯，消力井内的水流会高速旋转着进入压坡出口，在转角处有与底板过流壁面产生分离趋势，从而增大该位置的空蚀破坏风险，如图2a所示；反之在泄流量较小的时侯，由于从消力井进入压坡出口的水流较浅，高速跌落的水流将直接冲击到出口压坡的底板，日久天长，会造成“滴水穿石”式的冲击破坏，如图2b所示。此外，目前这种结构下的出口压坡，一旦有固体(如泥沙、建渣等)进入到消力井内，很难将它们排出消力井。

发明内容

针对现有技术的旋流竖井泄洪洞存在的不足，本发明的目的旨在提供一种消力井出口底板为倒坡式结构的旋流竖井泄洪洞，以解决旋流竖井泄洪洞压坡出口底板存在的空蚀与冲击破坏风险大的问题，并降低固体进入消力井后的排除难度。

本发明的构思是在现有旋流竖井泄洪洞结构的基础上，将原本与下平段坡度相同的压坡出口底板设计为倒坡式底板，保持压坡出口的中心位置不变，使消力井壁面与压坡出口底板的衔接高度降低，压坡出口底板与下平段底板衔接的夹角减小。

本发明提供的消力井出口底板为倒坡式结构的旋流竖井泄洪洞，其构成包括与闸室衔接的上平段、涡室、收缩段、竖井段、消力井、压坡出口和下平段，设置在消力井与竖井段衔接处且与下平段衔接的压坡出口，其底板为前端低后端高的倒坡式底板，使消力井壁面与压坡出口底板的衔接高度降低，以及使压坡出口底板与下平段衔接夹角减小。

在本发明的上述技术方案中，所述倒坡式底板优先设计成与消力井壁面光滑衔接的弧线型倒坡式底板。进一步地优先设计成，所述弧线型倒坡式底板为前端弧度大后端弧度小的曲率逐渐减小的弧形倒坡式底板。

本发明提供的消力井出口底板为倒坡式结构的旋流竖井泄洪洞，是基于发明人在旋流竖井泄洪洞消能流态模型研究中的发现，即现有技术的旋流竖井泄洪洞，其压坡出口结构在泄流量比较大时，消力井内的水流高速旋转着进入压坡出口，在转角处将与底板过流壁面产生分离趋势，从而增大该位置的空蚀破坏风险；而在泄流量较小时，由于从消力井进入压坡出口的水流较浅，高速跌落的水流将直接冲击到出口压坡的底板，日久天长，会造成“滴水穿石”式的冲击破坏。基于上述发现，发明人重新设计了旋流竖井泄洪洞压坡出口结构，将原本与下平段坡度相同的压坡出口底板改为倒坡底板，使压坡出口底板与下平段衔接的夹角减小，大流量时流出消力井的水流与压坡出口平顺地衔接，避免了分离流的出现，从而避免衔接处的空蚀，如图4a所示。并且，由于倒坡底板高程降低，使得与消力井衔接区域水深增大，从而有效减弱小流量时上部竖井螺旋下落水体的冲击作用，如图4b所示。此外，由于采用倒坡底板，使消力井深度的降低，消力井底部的废渣更容易被排出。

本发明提供的旋流竖井泄洪洞与现有技术的旋流竖井泄洪洞相比，概括起来具有以下十分突出的技术效果：