专利名称：h形竖井泄洪洞的制作方法
技术领域：
本发明属于水利水电工程的泄洪洞领域，特别涉及一种高水头、大流量、从无压流 到有压流条件下使用的淹没型竖井泄洪洞。
背景技术：
将高水头、大流量的明渠中的无压流通过竖井引入淹没型泄洪洞，实质是水流从 无压内流泄水设施(竖井)过渡到有压内流设施(泄洪洞)，因而水流流态转变不稳定，泄 洪洞内容易发生水跃等不利水力学现象，影响泄洪洞的安全运行。现有技术通过对竖井的 结构改进(例如，将竖井设计为双涡室掺气型漩流竖井)、在竖井出口设置压坡虽然能稳定 水流流态，改善泄洪洞的空化空蚀破坏，但仍然难以解决由于泄洪洞出口淹没所形成的洞 内水跃和气囊聚集导致的不利水流流态对泄洪洞带来的安全威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的h形竖井泄洪洞，以改善高水头、大流量的无 压流通过竖井引入淹没型泄洪洞时的流态，避免所述泄洪洞内出现水跃和气囊聚集导致的 不利水流流态，提高泄洪洞运行的安全性。本发明的技术方案通过两个竖井组合形成的外形为“h”的竖井将高水头、大流 量的无压流消能、除气后形成有压流进入泄洪洞，以避免水跃等不利水力学现象的产生，实 现水流平稳、安全衔接，保证泄洪洞的安全运行。本发明所述h形竖井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的 竖井组成，所述竖井包括第一竖井和第二竖井；第一竖井位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪 洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封闭；第二竖井的中心线与第一竖井的中 心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞顶部相接并相通，第一竖井和第二竖井通过衔接段 接通，两竖井组合后的外形为“h”形。本发明所述h形竖井泄洪洞，其第一竖井可以是掺气型漩流竖井，也可以是跌流 竖井，优选双涡室掺气型漩流竖井。当第一竖井为双涡室掺气型漩流竖井时，本发明所述h 形竖井泄洪洞优选以下结构参数1、第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的距离L2 = 1. 5D3 5. 0D3，衔接段的 高度
式中，D3 为双涡室掺气 型漩流竖井的涡井段直径，Q为流量，m为流量系数(一般为0. 3 0. 35)，g为重力加速度。2、第一竖井的水垫段长度L3 = 1.0D3 3.0D3，第一竖井的水垫段高度h7 =0. 1(hl+h2+h3+h4+h5+h6) 0. 2(hl+h2+h3+h4+h5+h6),第 二竖井的高度 h8 = 1. 1 (h6+h7) 1. 5(h6+h7)，第二竖井的直径D4 = 0. 2D3 1.0D3，上述各式中，D3为双涡 室掺气型漩流竖井的涡井段直径，hi为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室高度，h2为双涡室 掺气型漩流竖井的上涡室收缩段高度，h3为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室高度，h4为双 涡室掺气型漩流竖井的下涡室收缩段高度，h5为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段高度，h6为衔接段的高度。3、双涡室掺气型漩流竖井的上涡室直径D1根据进入该竖井的水流流量确定，其 下涡室直径D2 >上涡室直径D1，其上涡室的高度hi = 2. 0D1 4. 0D1，其上涡室收缩段的 高度h2与上涡室的高度hi之比为1 5 1 1，其上涡室收缩段的坡度i3为1 3 1 10，其下涡室的高度h3 = 0. 4D2 1. 0D2，其下涡室收缩段的高度h4与下涡室的高度 h3之比为2 1 4 1，其下涡室收缩段的坡度i4为1 10 1 15。使用本发明所述h形竖井泄洪洞，高水头、大流量的无压流首先进入第一竖井、然 后经衔接段进入第二竖井，再经第二竖井进入泄洪洞后排出。本发明具有以下有益效果高水头、大流量的无压流进入第一竖井后强烈紊动和掺混，可消除大部分动能，消 能后的水流经衔接段进入第二竖井，同时大量气体溢出水体，形成有压流进入泄洪洞，因而 可避免水跃和气囊聚集等不利水力学现象的产生，实现水流平稳、安全衔接，保证泄洪洞的 安全运行。
图1是本发明所述h形漩流竖井泄洪洞的一种结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的E-E剖面放大图；图4是图1的F-F剖面放大图；图5是图2的G-G剖面放大图。图中，1-第一竖井、2-上涡室、3-通气管、4-上涡室收缩段、5-下涡室、6-下涡室 收缩段、7-涡井段、8-水垫段、9-两竖井的衔接段、10-第二竖井、11-泄洪洞、12-引渠、 L1-第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度，L2-第一竖井中心线与第二竖井中心线之间的 距离、L3-第一竖井的水垫段长度、D1-上涡室直径，D2-下涡室直径，D3-涡井段直径，D4-第 二竖井的直径、hi-双涡室掺气型漩流竖井的上涡室高度、h2-双涡室掺气型漩流竖井的上 涡室收缩段高度、h3-双涡室掺气型漩流竖井的下涡室高度、h4-双涡室掺气型漩流竖井的 下涡室收缩段高度、h5-双涡室掺气型漩流竖井的涡井段高度、h6-衔接段的高度、h7-水垫 段高度、h8-第二竖井的高度、il-引渠进水段I坡度、i2-引渠进水段II坡度、i3-上涡室 收缩段坡度、i4_下涡室收缩段坡度、HI- “城门洞”形泄洪洞的高度，H2- “城门洞”形泄洪 洞的直墙高度，R1- “城门洞”形泄洪洞的拱顶半径，B1- “城门洞”形泄洪洞的宽度。
具体实施例方式下面结合附图对本发明所述h形竖井泄洪洞的结构作进一步说明。实施例1某水利枢纽挡水建筑物采用混凝土重力坝，最大坝高210m，其泄洪洞泄量为 1350m3/s，具有窄河谷、高水头、大流量、高流速等特点。本实施例中，所述h形竖井泄洪洞的结构如图1、图2所示，由“城门洞”形泄洪洞 11和在所述泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，所述竖井包括第一竖井1和第 二竖井10 ；第一竖井1为双涡室掺气型漩流竖井，位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠12，其下端封闭；第二竖井10的中心线与第一竖井的中 心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞11顶部相接并相通，第一竖井1和第二竖井10通 过衔接段9接通，两竖井组合后的外形为“h”形。所述衔接段9的形状如图1、图2、图3所 示，它是水流从第一竖井进入第二竖井的通道，其上顶面与第二竖井10顶部平齐，其下顶 面与第一竖井1的水垫段8上端平齐。所述双涡室掺气型漩流竖井的结构如图1所示，包 括上涡室2及上涡室收缩段4、通气管3、下涡室5及下涡室收缩段6、涡井段7和水垫段8， 上涡室收缩段4接下涡室5，下涡室收缩段6接涡井段7，涡井段7接水垫段8，通气管3为 两根，对称安装在上涡室及上涡室收缩段外壁，它们的一端与大气相通，它们的另一端接下 涡室顶部。上涡室2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流从上涡室切向进入竖井。有关尺寸如下1、引渠进水段I坡度il = 1 16，引渠进水段II坡度i2 = 1 8. 5。2、第一竖井——双涡室掺气型漩流竖井上涡室直径Dl = 18m,上涡室高度hi = 50m,上涡室收缩段高度h2 = 10m,上涡室 收缩段坡度i3 = 1 6. 67，下涡室直径D2 = 22. 5m,下涡室高度h3 = 10m,下涡室收缩段 高度h4 = 35m,下涡室收缩段坡度i4 = 1 10，涡井段直径D3 = 15m,涡井段高度h5 = 47. 4m，水垫段高度h7 = 34m，水垫段长度L3 = 18m。2、两竖井的衔接段衔接段宽度D3 = 15m，衔接段高度h6 = 22m (流量系数m按0. 35计算)。3、第二竖井第二竖井的高度h8 = 62m，第二竖井的直径D4 = 10. 5m。4、“城门洞”形泄洪洞(见图5)“城门洞”形泄洪洞的高度HI = 20m，“城门洞”形泄洪洞的宽度Bl = 16m，“城门 洞”形泄洪洞的直墙高度H2 = 15. 5m, “城门洞”形泄洪洞的拱顶半径R1 = 9. 5m。5、第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度L1 = 50. 9m，第一竖井中心线与第二竖井 中心线之间的距离L2 = 32m。实施例2某水利枢纽挡水建筑物采用混凝土重力坝，最大坝高180m，其泄洪洞泄量为 570m3/S，具有窄河谷、高水头、大流量、高流速等特点。本实施例中，所述漩流竖井淹没型泄洪洞的结构与实施例1相同，如图1、图2所 示，与实施例1不同之处是各部分的尺寸，有关尺寸如下有关尺寸如下1、引渠进水段I坡度il = 1 22，引渠进水段II坡度i2 = 1 12。2、第一竖井——双涡室掺气型漩流竖井上涡室直径Dl = 10m,上涡室高度hi = 40m,上涡室收缩段高度h2 = 15m,上涡室 收缩段坡度i3 = l 10，下涡室直径D2= 11. 5m，下涡室高度h3 = 8m，下涡室收缩段高度 h4 = 28m,下涡室收缩段坡度i4 = 1 14，涡井段直径D3 = 7m,涡井段高度h5 = 49. 6m， 水垫段高度h7 = 18m，水垫段长度L3 = 18. 5m。
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2、两竖井的衔接段衔接段宽度D3 = 7m,衔接段高度h6 = 19m (流量系数m按0. 3计算)。3、第二竖井第二竖井的高度h8 = 52m，第二竖井的直径D4 = 6. 5m。4、“城门洞”形泄洪洞(见图5)“城门洞”形泄洪洞的高度HI = 18. 5m，“城门洞”形泄洪洞的宽度Bl = 13m，“城 门洞”形泄洪洞的直墙高度H2 = 15m，“城门洞”形泄洪洞的拱顶半径R1 = 7. 8m。5、第一竖井中心线至泄洪洞封闭端长度L1 = 45. 9m，第一竖井中心线与第二竖井 中心线之间的距离L2 = 31. 5m。
权利要求
一种h形竖井泄洪洞，由泄洪洞(11)和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，其特征在于所述竖井包括第一竖井(1)和第二竖井(10)；第一竖井(1)位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠(12)，其下端封闭；第二竖井(10)的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞(11)顶部相接并相通，第一竖井(1)和第二竖井(10)通过衔接段(9)接通，两竖井组合后的外形为“h”形。
2.根据权利要求1所述的h形竖井泄洪洞，其特征在于第一竖井(1)为双涡室掺气型 漩流竖井，第一竖井(1)中心线与第二竖井(10)中心线之间的距离L2 = 1. 5D3 5. 0D3, 衔接段(9)的高度 ，式中，D3 为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，Q为流量，m为流量系数，g为重力加速度。
3.根据权利要求2所述的h形竖井泄洪洞，其特征在于第一竖井的水垫段(8)长 度 L3 = 1.0D3 3. 0D3，第一竖井的水垫段(8)高度 h7 = 0. 1 (hl+h2+h3+h4+h5+h6) 0. 2(hl+h2+h3+h4+h5+h6)，第二竖井的高度h8 = 1. 1 (h6+h7) 1. 5 (h6+h7)，第二竖井的直 径 D4 = 0. 2D3 1. 0D3,上述各式中，D3为双涡室掺气型漩流竖井的涡井段直径，hi为双涡室掺气型漩流竖井 的上涡室高度，h2为双涡室掺气型漩流竖井的上涡室收缩段高度，h3为双涡室掺气型漩流 竖井的下涡室高度，h4为双涡室掺气型漩流竖井的下涡室收缩段高度，h5为双涡室掺气型 漩流竖井的涡井段高度，h6为衔接段(9)的高度。
全文摘要
一种h形竖井泄洪洞，由泄洪洞和在泄洪洞封闭端设置的与泄洪洞相通的竖井组成，所述竖井包括第一竖井和第二竖井；第一竖井位于泄洪洞上方，其中心线与泄洪洞的中心线垂直相交，其上部接水流引渠，其下端封闭；第二竖井的中心线与第一竖井的中心线平行，其上端封闭，其下端与泄洪洞顶部相接并相通，第一竖井和第二竖井通过衔接段接通，两竖井组合后的外形为“h”形。上述h形竖井泄洪洞，其第一竖井为双涡室掺气型漩流竖井。
文档编号E02B9/06GK101851909SQ20101016847
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者任成瑶, 刘善均, 张建民, 曲景学, 李忠, 李进, 王韦, 胡晓禹, 许唯临, 邓军, 陈剑刚 申请人:四川大学