專利名稱：h形豎井泄洪洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程的泄洪洞領(lǐng)域，特別涉及一種高水頭、大流量、從無壓流 到有壓流條件下使用的淹沒型豎井泄洪洞。
背景技術(shù)：
將高水頭、大流量的明渠中的無壓流通過豎井引入淹沒型泄洪洞，實(shí)質(zhì)是水流從 無壓內(nèi)流泄水設(shè)施(豎井)過渡到有壓內(nèi)流設(shè)施(泄洪洞)，因而水流流態(tài)轉(zhuǎn)變不穩(wěn)定，泄 洪洞內(nèi)容易發(fā)生水躍等不利水力學(xué)現(xiàn)象，影響泄洪洞的安全運(yùn)行?，F(xiàn)有技術(shù)通過對豎井的 結(jié)構(gòu)改進(jìn)(例如，將豎井設(shè)計(jì)為雙渦室摻氣型漩流豎井)、在豎井出口設(shè)置壓坡雖然能穩(wěn)定 水流流態(tài)，改善泄洪洞的空化空蝕破壞，但仍然難以解決由于泄洪洞出口淹沒所形成的洞 內(nèi)水躍和氣囊聚集導(dǎo)致的不利水流流態(tài)對泄洪洞帶來的安全威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的h形豎井泄洪洞，以改善高水頭、大流量的無 壓流通過豎井引入淹沒型泄洪洞時(shí)的流態(tài)，避免所述泄洪洞內(nèi)出現(xiàn)水躍和氣囊聚集導(dǎo)致的 不利水流流態(tài)，提高泄洪洞運(yùn)行的安全性。本發(fā)明的技術(shù)方案通過兩個豎井組合形成的外形為“h”的豎井將高水頭、大流 量的無壓流消能、除氣后形成有壓流進(jìn)入泄洪洞，以避免水躍等不利水力學(xué)現(xiàn)象的產(chǎn)生，實(shí) 現(xiàn)水流平穩(wěn)、安全銜接，保證泄洪洞的安全運(yùn)行。本發(fā)明所述h形豎井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的 豎井組成，所述豎井包括第一豎井和第二豎井；第一豎井位于泄洪洞上方，其中心線與泄洪 洞的中心線垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封閉；第二豎井的中心線與第一豎井的中 心線平行，其上端封閉，其下端與泄洪洞頂部相接并相通，第一豎井和第二豎井通過銜接段 接通，兩豎井組合后的外形為“h”形。本發(fā)明所述h形豎井泄洪洞，其第一豎井可以是摻氣型漩流豎井，也可以是跌流 豎井，優(yōu)選雙渦室摻氣型漩流豎井。當(dāng)?shù)谝回Q井為雙渦室摻氣型漩流豎井時(shí)，本發(fā)明所述h 形豎井泄洪洞優(yōu)選以下結(jié)構(gòu)參數(shù)1、第一豎井中心線與第二豎井中心線之間的距離L2 = 1. 5D3 5. 0D3，銜接段的 高度
式中，D3 為雙渦室摻氣 型漩流豎井的渦井段直徑，Q為流量，m為流量系數(shù)(一般為0. 3 0. 35)，g為重力加速度。2、第一豎井的水墊段長度L3 = 1.0D3 3.0D3，第一豎井的水墊段高度h7 =0. 1(hl+h2+h3+h4+h5+h6) 0. 2(hl+h2+h3+h4+h5+h6),第 二豎井的高度 h8 = 1. 1 (h6+h7) 1. 5(h6+h7)，第二豎井的直徑D4 = 0. 2D3 1.0D3，上述各式中，D3為雙渦 室摻氣型漩流豎井的渦井段直徑，hi為雙渦室摻氣型漩流豎井的上渦室高度，h2為雙渦室 摻氣型漩流豎井的上渦室收縮段高度，h3為雙渦室摻氣型漩流豎井的下渦室高度，h4為雙 渦室摻氣型漩流豎井的下渦室收縮段高度，h5為雙渦室摻氣型漩流豎井的渦井段高度，h6為銜接段的高度。3、雙渦室摻氣型漩流豎井的上渦室直徑D1根據(jù)進(jìn)入該豎井的水流流量確定，其 下渦室直徑D2 >上渦室直徑D1，其上渦室的高度hi = 2. 0D1 4. 0D1，其上渦室收縮段的 高度h2與上渦室的高度hi之比為1 5 1 1，其上渦室收縮段的坡度i3為1 3 1 10，其下渦室的高度h3 = 0. 4D2 1. 0D2，其下渦室收縮段的高度h4與下渦室的高度 h3之比為2 1 4 1，其下渦室收縮段的坡度i4為1 10 1 15。使用本發(fā)明所述h形豎井泄洪洞，高水頭、大流量的無壓流首先進(jìn)入第一豎井、然 后經(jīng)銜接段進(jìn)入第二豎井，再經(jīng)第二豎井進(jìn)入泄洪洞后排出。本發(fā)明具有以下有益效果高水頭、大流量的無壓流進(jìn)入第一豎井后強(qiáng)烈紊動和摻混，可消除大部分動能，消 能后的水流經(jīng)銜接段進(jìn)入第二豎井，同時(shí)大量氣體溢出水體，形成有壓流進(jìn)入泄洪洞，因而 可避免水躍和氣囊聚集等不利水力學(xué)現(xiàn)象的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)水流平穩(wěn)、安全銜接，保證泄洪洞的 安全運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明所述h形漩流豎井泄洪洞的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的E-E剖面放大圖；圖4是圖1的F-F剖面放大圖；圖5是圖2的G-G剖面放大圖。圖中，1-第一豎井、2-上渦室、3-通氣管、4-上渦室收縮段、5-下渦室、6-下渦室 收縮段、7-渦井段、8-水墊段、9-兩豎井的銜接段、10-第二豎井、11-泄洪洞、12-引渠、 L1-第一豎井中心線至泄洪洞封閉端長度，L2-第一豎井中心線與第二豎井中心線之間的 距離、L3-第一豎井的水墊段長度、D1-上渦室直徑，D2-下渦室直徑，D3-渦井段直徑，D4-第 二豎井的直徑、hi-雙渦室摻氣型漩流豎井的上渦室高度、h2-雙渦室摻氣型漩流豎井的上 渦室收縮段高度、h3-雙渦室摻氣型漩流豎井的下渦室高度、h4-雙渦室摻氣型漩流豎井的 下渦室收縮段高度、h5-雙渦室摻氣型漩流豎井的渦井段高度、h6-銜接段的高度、h7-水墊 段高度、h8-第二豎井的高度、il-引渠進(jìn)水段I坡度、i2-引渠進(jìn)水段II坡度、i3-上渦室 收縮段坡度、i4_下渦室收縮段坡度、HI- “城門洞”形泄洪洞的高度，H2- “城門洞”形泄洪 洞的直墻高度，R1- “城門洞”形泄洪洞的拱頂半徑，B1- “城門洞”形泄洪洞的寬度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述h形豎井泄洪洞的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1某水利樞紐擋水建筑物采用混凝土重力壩，最大壩高210m，其泄洪洞泄量為 1350m3/s，具有窄河谷、高水頭、大流量、高流速等特點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述h形豎井泄洪洞的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，由“城門洞”形泄洪洞 11和在所述泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的豎井組成，所述豎井包括第一豎井1和第 二豎井10 ；第一豎井1為雙渦室摻氣型漩流豎井，位于泄洪洞上方，其中心線與泄洪洞的中心線垂直相交，其上部接水流引渠12，其下端封閉；第二豎井10的中心線與第一豎井的中 心線平行，其上端封閉，其下端與泄洪洞11頂部相接并相通，第一豎井1和第二豎井10通 過銜接段9接通，兩豎井組合后的外形為“h”形。所述銜接段9的形狀如圖1、圖2、圖3所 示，它是水流從第一豎井進(jìn)入第二豎井的通道，其上頂面與第二豎井10頂部平齊，其下頂 面與第一豎井1的水墊段8上端平齊。所述雙渦室摻氣型漩流豎井的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括上渦室2及上渦室收縮段4、通氣管3、下渦室5及下渦室收縮段6、渦井段7和水墊段8， 上渦室收縮段4接下渦室5，下渦室收縮段6接渦井段7，渦井段7接水墊段8，通氣管3為 兩根，對稱安裝在上渦室及上渦室收縮段外壁，它們的一端與大氣相通，它們的另一端接下 渦室頂部。上渦室2與引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流從上渦室切向進(jìn)入豎井。有關(guān)尺寸如下1、引渠進(jìn)水段I坡度il = 1 16，引渠進(jìn)水段II坡度i2 = 1 8. 5。2、第一豎井——雙渦室摻氣型漩流豎井上渦室直徑Dl = 18m,上渦室高度hi = 50m,上渦室收縮段高度h2 = 10m,上渦室 收縮段坡度i3 = 1 6. 67，下渦室直徑D2 = 22. 5m,下渦室高度h3 = 10m,下渦室收縮段 高度h4 = 35m,下渦室收縮段坡度i4 = 1 10，渦井段直徑D3 = 15m,渦井段高度h5 = 47. 4m，水墊段高度h7 = 34m，水墊段長度L3 = 18m。2、兩豎井的銜接段銜接段寬度D3 = 15m，銜接段高度h6 = 22m (流量系數(shù)m按0. 35計(jì)算)。3、第二豎井第二豎井的高度h8 = 62m，第二豎井的直徑D4 = 10. 5m。4、“城門洞”形泄洪洞(見圖5)“城門洞”形泄洪洞的高度HI = 20m，“城門洞”形泄洪洞的寬度Bl = 16m，“城門 洞”形泄洪洞的直墻高度H2 = 15. 5m, “城門洞”形泄洪洞的拱頂半徑R1 = 9. 5m。5、第一豎井中心線至泄洪洞封閉端長度L1 = 50. 9m，第一豎井中心線與第二豎井 中心線之間的距離L2 = 32m。實(shí)施例2某水利樞紐擋水建筑物采用混凝土重力壩，最大壩高180m，其泄洪洞泄量為 570m3/S，具有窄河谷、高水頭、大流量、高流速等特點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述漩流豎井淹沒型泄洪洞的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，如圖1、圖2所 示，與實(shí)施例1不同之處是各部分的尺寸，有關(guān)尺寸如下有關(guān)尺寸如下1、引渠進(jìn)水段I坡度il = 1 22，引渠進(jìn)水段II坡度i2 = 1 12。2、第一豎井——雙渦室摻氣型漩流豎井上渦室直徑Dl = 10m,上渦室高度hi = 40m,上渦室收縮段高度h2 = 15m,上渦室 收縮段坡度i3 = l 10，下渦室直徑D2= 11. 5m，下渦室高度h3 = 8m，下渦室收縮段高度 h4 = 28m,下渦室收縮段坡度i4 = 1 14，渦井段直徑D3 = 7m,渦井段高度h5 = 49. 6m， 水墊段高度h7 = 18m，水墊段長度L3 = 18. 5m。
5
2、兩豎井的銜接段銜接段寬度D3 = 7m,銜接段高度h6 = 19m (流量系數(shù)m按0. 3計(jì)算)。3、第二豎井第二豎井的高度h8 = 52m，第二豎井的直徑D4 = 6. 5m。4、“城門洞”形泄洪洞(見圖5)“城門洞”形泄洪洞的高度HI = 18. 5m，“城門洞”形泄洪洞的寬度Bl = 13m，“城 門洞”形泄洪洞的直墻高度H2 = 15m，“城門洞”形泄洪洞的拱頂半徑R1 = 7. 8m。5、第一豎井中心線至泄洪洞封閉端長度L1 = 45. 9m，第一豎井中心線與第二豎井 中心線之間的距離L2 = 31. 5m。
權(quán)利要求
一種h形豎井泄洪洞，由泄洪洞(11)和在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的豎井組成，其特征在于所述豎井包括第一豎井(1)和第二豎井(10)；第一豎井(1)位于泄洪洞上方，其中心線與泄洪洞的中心線垂直相交，其上部接水流引渠(12)，其下端封閉；第二豎井(10)的中心線與第一豎井的中心線平行，其上端封閉，其下端與泄洪洞(11)頂部相接并相通，第一豎井(1)和第二豎井(10)通過銜接段(9)接通，兩豎井組合后的外形為“h”形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的h形豎井泄洪洞，其特征在于第一豎井(1)為雙渦室摻氣型 漩流豎井，第一豎井(1)中心線與第二豎井(10)中心線之間的距離L2 = 1. 5D3 5. 0D3, 銜接段(9)的高度 ，式中，D3 為雙渦室摻氣型漩流豎井的渦井段直徑，Q為流量，m為流量系數(shù)，g為重力加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的h形豎井泄洪洞，其特征在于第一豎井的水墊段(8)長 度 L3 = 1.0D3 3. 0D3，第一豎井的水墊段(8)高度 h7 = 0. 1 (hl+h2+h3+h4+h5+h6) 0. 2(hl+h2+h3+h4+h5+h6)，第二豎井的高度h8 = 1. 1 (h6+h7) 1. 5 (h6+h7)，第二豎井的直 徑 D4 = 0. 2D3 1. 0D3,上述各式中，D3為雙渦室摻氣型漩流豎井的渦井段直徑，hi為雙渦室摻氣型漩流豎井 的上渦室高度，h2為雙渦室摻氣型漩流豎井的上渦室收縮段高度，h3為雙渦室摻氣型漩流 豎井的下渦室高度，h4為雙渦室摻氣型漩流豎井的下渦室收縮段高度，h5為雙渦室摻氣型 漩流豎井的渦井段高度，h6為銜接段(9)的高度。
全文摘要
一種h形豎井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封閉端設(shè)置的與泄洪洞相通的豎井組成，所述豎井包括第一豎井和第二豎井；第一豎井位于泄洪洞上方，其中心線與泄洪洞的中心線垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封閉；第二豎井的中心線與第一豎井的中心線平行，其上端封閉，其下端與泄洪洞頂部相接并相通，第一豎井和第二豎井通過銜接段接通，兩豎井組合后的外形為“h”形。上述h形豎井泄洪洞，其第一豎井為雙渦室摻氣型漩流豎井。
文檔編號E02B9/06GK101851909SQ20101016847
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者任成瑤, 劉善均, 張建民, 曲景學(xué), 李忠, 李進(jìn), 王韋, 胡曉禹, 許唯臨, 鄧軍, 陳劍剛 申請人:四川大學(xué)