[发明专利]一种具有错台式涡室小挑坎的旋流竖井泄洪洞

说明书

一种具有错台式涡室小挑坎的旋流竖井泄洪洞，包括闸室进口、上平段、涡室、收缩段以及竖井直段，所述涡室靠近上平段沿水流方向末端一侧的内侧壁上设置有导流挑坎，所述导流挑坎包括竖直面以及与所述竖直面相交的导流弧面，旋流竖井泄洪洞还包括来流掺气坎以及旋流掺气坎；所述来流掺气坎由上平段靠近导流挑坎的一侧竖直壁面沿水流方向的末端至所述导流挑坎的竖直面突扩形成，所述旋流掺气坎由所述导流挑坎的导流弧面沿水流方向的末端通过所述竖直面至涡室内侧壁突扩形成。本申请具有提高涡室以及竖井直段内侧壁面抗空化空蚀能力的效果。

技术领域

本发明涉及水利水电工程中泄洪消能的领域，具体是一种具有错台式涡室小挑坎的旋流竖井泄洪洞。

背景技术

旋流竖井泄洪洞是一种利用水流旋转并掺入大量气体从而使水流紊动强度加大而自身消能的消能工，由于旋流竖井泄洪洞布置灵活、对地形条件适应较强以及消能效果较好，越来越受到水利水电工程界的关注；尤其是随着当前我国正处于水电建设事业的井喷式发展阶段，许多高水头、大流量、深峡谷的高坝大库正在建设或者处于规划阶段，在常规泄水建筑物无法良好地实现泄洪消能的情况下，旋流竖井作为一种新兴发展的泄洪消能建筑物不失为一种良好的选择。

旋流竖井泄洪洞包括依次连接的闸室进口、上平段、涡室、收缩段以及竖井直段，通常地，人们会在涡室的进口处设置挑坎，如图4、图5以及图6所示，挑坎用以引导水流顺利进入涡室且稳定起旋，涡室内旋转水体中间形成中心空腔，可大大减少从涡室回旋回来的旋流与来流发生碰撞进而导致来流倒流回上平段的回流现象；在公告号为CN104652377B的中国专利文献中公开了一种用于旋流竖井涡室内的弧面渐变式导流挑坎，该导流挑坎由一个沿涡室壁面延伸凸起的直角三角形竖直面和一个与该直角三角形竖直面的斜边相交的导流弧面构成，以形成一个上大下小、一面为弧面的三角形锥体，且导流弧面起始处与涡室壁面的相交处为光滑曲面，该导流挑坎能够减少涡室水流直接跌落进而发生呛水的情况。

针对上述相关技术，申请人认为相关技术在实际应用中由于经常需要增大竖井的高度，竖井壁面的空化空蚀风险也随之增高，部分流速较大的竖井需要在竖井内单独设置掺气设施以提高涡室以及竖井壁面的抗空蚀空化能力，而修建单独的掺气设施将增加工程成本，且单独的掺气设施的结构通常较为复杂，而这也会增加工程施工的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有错台式涡室小挑坎的旋流竖井泄洪洞，以达到提高涡室以及竖井壁面抗空化空蚀的能力的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有错台式涡室小挑坎的旋流竖井泄洪洞，包括闸室进口、上平段、涡室、收缩段以及竖井直段，所述涡室靠近上平段沿水流方向末端一侧的内侧壁上设置有导流挑坎，所述导流挑坎包括竖直面以及与所述竖直面相交的导流弧面，旋流竖井泄洪洞还包括来流掺气坎以及旋流掺气坎；所述来流掺气坎由上平段靠近导流挑坎的一侧竖直壁面沿水流方向的末端至所述导流挑坎的竖直面突扩形成，所述旋流掺气坎由所述导流挑坎的导流弧面沿水流方向的末端通过所述竖直面至涡室内侧壁突扩形成。

可选的，所述导流挑坎顶部的高程高于或等于上平段的竖直壁面顶部的高程，所述导流挑坎底部的高程低于上平段沿水流方向的末端底板的高程。

可选的，所述竖直面与涡室内侧壁的相交线至所述来流掺气坎沿水流方向末端之间的涡室侧壁弧长为0.4R～0.7R，R为涡室半径。

本发明的有益效果是：

1、从上平段而来的来流水体流经来流掺气坎时能够通过竖向的掺气空腔源源不断地席卷空气到来流水体中，经导流挑坎引导后的旋流水体也能够通过竖向掺气空腔源源不断地席卷空气到旋流水体中，且来流水体以及旋流水体交汇时产生的撞击水花也能够卷入掺气空腔中大量的空气到水体中，显著提高了水体的掺气浓度，有利于实现水体的良好掺气，弥补了常规旋流竖井泄洪洞只依靠中心涡腔一侧自然掺气而可能导致的涡室以及竖井壁面含气量达不到掺气保护效果的不足，提高了涡室以及竖井直段内侧壁面抗空化空蚀的能力；