专利名称：应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水利水电技术领域，具体涉及水利枢纽工程中的消能防冲设施。
背景技术：
现代水利枢纽工程中，通常考虑生态补水要求及生活、工业供水要求等综合利用，在混凝土拦河坝建筑物内经常会布置生态放水管或供水管，放水管或供水管一般设计流量相对较小，通常为几个流量到几十个流量；但作用水头相对较高，可达50m以上，甚至上百米，这就造成放水管出口水流呈高速射流状态，流速大于20m/s，甚至超过30m/s，对下游河床冲击力极强，这种情况下，要求下游地基或边坡具有较高的抗冲刷能力。水利工程又常位于高山峡谷中，或者放水孔靠岸边布置，拦河坝下游空间紧凑，造成布置消力池等常规消能设施较为困难。若出口采用减压阀减压消能又势必造成坝内管道孔径增加，使孔洞周边坝体的应力变复杂，管道及阀门成本也随之加大。这就需要有一种结构紧凑、简单、消能效果良好的消能措施以解决峡谷弱抗冲地质条件下放水孔出口布置困难及消能防冲安全问题。
实用新型内容为了解决峡谷弱抗冲地质条件下坝内放水孔出口呈高速射流状态时的结构布置难题，并保证下游消能防冲安全，本实用新型提供了一种竖井水垫式消能工。具体的技术解决方案如下:应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工包括垂直设于水库大坝外侧的混凝土基础1，与水库大坝相邻的混凝土基础I 一侧的顶部设有控制阀井5,混凝土基础I另一侧的下部设有消能竖井2，消 能竖井2的顶部低于控制阀井5的底部，混凝土基础I上部内设有呈水平状态的放水管3 ;放水管3的上游端贯通水库的大坝，中部穿过控制阀井5，下游端向下弯曲位于消能竖井2的顶部，位于控制阀井5内的放水管3上设有控制阀4 ;消能竖井2的上部一侧连通着溢流道7。所述溢流道7的溢流面为曲线，前段为WES曲线段、中间为直线连接段，末端为反弧段；溢流道7与放水管3之间的交角α为-90度 90度；溢流道7两侧分别设有边墙8。所述消能竖井2的直径大于3倍的放水管3的直径。本实用新型通过压力管道改变水流方向至竖直向下，高速水流射流至下部消能竖井，通过竖井内水垫的缓冲消能及水流在竖井内相互撞击、翻滚絮动消能，经充分掺气后改变流向经竖井上部侧面开口流出，完成一级竖井水垫消能。水流从上部侧面开口流出后经溢流道流入天然河道，溢流道溢流面曲线由WES曲线段、直线连接段及反弧段组成，经一级竖井消能的水流通过溢流面末段反弧段挑流消能作用进一步实现了二级消能，将水流安全送入天然河道。该消能结构通过改变水流空间流向，利用水流自身缓冲、撞击、絮动等相互作用消能，结构紧凑、消能效果充分，出口水流方向可根据工程现场实际情况任意调节。
图1为本实用新型结构示意图(溢流道与放水管之间交角α为0° )。图2为图1中心纵向剖视图。图3为本实用新型的溢流道与放水管之间交角α为75°的状态图。图4为图3的俯视图。上图中序号:混凝土基础1、消能竖井2、放水管3、控制阀4、控制阀井5、水库大坝6、溢流道7、边墙8。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。实施例1参见图3和图4,应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工包括垂直建筑于水库大坝6外侧的混凝土基础I。与水库大坝6相邻的混凝土基础I 一侧的顶部开设有控制阀井5，另一侧的下部设有消能竖井2，消能竖井2的顶部低于控制阀井5的底部。混凝土基础I上部内建筑有呈水平状态的放水管3，消能竖井的直径D大于3倍放水管的直径d。放水管3的上游端贯通水库大坝6，中部穿过控制阀井5，下游端向下弯曲位于消能竖井2的顶部；位于控制阀井5内的放水管3上安装有控制阀4 ;消能竖井2的上部一侧连通着溢流道7 ;溢流道7的溢流面为曲线，前段为WES曲线段、中间为直线连接段，末端为反弧段；溢流道7两侧分别建筑有边墙8以约束水流。本实施例的消 能竖井2的内径D=2.0m,放水管3的直径d=0.6m,设计最大作用水头Λ H=85.6m，最大流量Q=7.0m3/s，最大流速v=24.7m/s，溢流道7与放水管3之间的交角α=75°。当水库的水位高于放水管3的上游端口时，即可进行放水操作，完全打开控制阀4，在库水压力作用下，放水管3内高速水流在放水管末端弯管的约束作用下改变流向，由水平转90°至竖直向下，呈射流状态冲向消能竖井2中心；消能竖井2内有一定深度的水垫作为缓冲，同时由于中心高速射流的冲击作用，消能竖井2内水流呈现翻滚絮动状态，水流相互撞击、掺气，然后上翻至消能竖井2顶部，通过顶部开口进入溢流道7，实现了第一级的消能竖井2的水垫消能，消除约89m的压力水头。水流进入溢流道7后水平转向75°后下泄，在溢流道末端通过反弧将水流挑高挑远，归入河槽，实现二级挑流消能，最终消除的总压力水头约95m。经第二级的溢流道7消能的水流已不对下游造成安全威胁。实施例2参见图1和图2，本实施例中的消能竖井2的内径D=7.0m，放水管3的直径d=l.4m,设计最大作用水头Λ H=60.6m,最大流量Q=39.7m3/s，最大流速v=25.8m/s，溢流道7与放水管3之间的交角α=0°。经过第一级的消能竖井2水垫消能消除约70m的压力水头，第二级的溢流道7的挑流消能最终消除的总压力水头约83m。
权利要求1.应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工，其特征在于:垂直设于水库大坝外侧的混凝土基础(I )，与水库大坝相邻的混凝土基础(I) 一侧的顶部设有控制阀井(5)，混凝土基础(I)另一侧的下部设有消能竖井(2)，消能竖井(2)的顶部低于控制阀井(5)的底部，混凝土基础(I)上部内设有呈水平状态的放水管(3);放水管(3)的上游端贯通水库的大坝，中部穿过控制阀井(5)，下游端向下弯曲位于消能竖井(2)的顶部，位于控制阀井(5)内的放水管(3)上设有控制阀(4);消能竖井(2)的上部一侧连通着溢流道(7)。
2.根据权利要求1所述的应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工，其特征在于:所述溢流道(7)的溢流面为曲线，前段为WES曲线段、中间为直线连接段，末端为反弧段；溢流道(7)与放水管(3)之间的交角α为-90度 90度；溢流道(7)两侧分别设有边墙(8)。
3.根据权利要求1所述的应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工，其特征在于:所述消能竖井(2) 的直径大于3倍的放水管(3)的直径。
专利摘要本实用新型涉及应用于峡谷弱抗冲地质的竖井水垫式消能工。包括垂直建筑于水库大坝外侧的混凝土基础，与水库大坝相邻的混凝土基础一侧的顶部设有控制阀井，混凝土基础另一侧的下部设有消能竖井，消能竖井的顶部低于控制阀井的底部，混凝土基础上部内设有呈水平状态的放水管；放水管的上游端贯通水库的大坝，中部穿过控制阀井，下游端向下弯曲位于消能竖井的顶部，位于控制阀井内的放水管上设有控制阀；消能竖井的上部一侧连通着溢流道。本实用新型通过改变水流空间流向，利用水流自身缓冲、撞击、絮动等相互作用消能，结构紧凑、消能效果充分，出口水流方向可根据工程现场实际情况任意调节。
文档编号E02B8/06GK203144983SQ201320134110
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月23日 优先权日2013年3月23日
发明者张江红, 陈景富, 贾德斌, 戴伟, 王茂松, 陈宝 申请人:安徽省水利水电勘测设计院