专利名称：一种深孔旋流竖井泄洪洞和设计方法
技术领域：
本发明涉及一种深孔旋流竖井泄洪洞和设计方法，是一种水工设施，是一种用于放空水库和泄洪的水工设施。
背景技术：
目前水电工程广泛修建百米以上高的面板堆石挡水坝，与钢筋混凝土档水坝不同的是，为了保证大坝安全，在面板堆石挡水坝上不设泄洪用的溢流口，而是在挡水坝两侧山体中设置进水口较高的泄洪洞(或岸边泄漕)泄洪。同时面板堆石挡水坝与钢筋混凝土挡水坝一样还要设置为大坝事故放水和供下游用水的放水洞。但放水洞的进水口比泄洪洞的进水口低得多，然而，泄洪洞和放水洞除了进水口高度不同外，其他部分十分类似，分别修建两个进水口不同高度的泄洪洞和放水洞，极不经济。因此，曾提出了用竖井斜井放水洞作为泄洪洞的设计方案。但采用传统的斜井式放水洞承担泄洪，产生的问题是必须建造深孔 进水口，即利用同一个进水口既能泄洪又能放水。但是深孔进水口的深孔底板的作用水头较高，例如贵州洪家渡，四川瓦屋山和新疆乔巴特泄洪洞的深孔水头分别约为70m、73m和72m，泄洪洞底板上总水头分别为115m、123m、194m，对于传统的斜井式泄洪洞，则在斜井下游反弧段上流速达40nT55m/s，洞内易发生空蚀破坏。世界上有许多大坝的斜井式泄洪洞发生了严重的空蚀破坏，例如美国的胡佛坝、格林峡坝和黄尾坝等斜井式泄洪洞。还有墨西哥的英菲尔尼罗坝、西班牙的阿尔达阿达比拉坝等泄洪洞，也发生了破坏。另外，为了消能，传统的斜井式放水洞的出水口采用挑流出水，水流在出水口在挑流坎的作用下向空中射出。射向空中的水流产生的冲刷和雾化，破坏了出水口周围的生态环境。中国刘家峡斜井式泄洪洞初次放水时，由于出口挑流雾化，以及所携带泥沙、粉尘，使高压变电器短路，导致电力中断，同时还破坏了岸边公路。根据对中国二滩水坝的两条泄洪洞放水挑流雾化的原型观测结果，发现由于雾化形成的降雨量竟然达到1000_/h，引起山体滑坡和生态植被破坏。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种深孔旋流竖井泄洪洞和设计方法。所述的泄洪洞采用深孔进水口，兼顾泄洪和放水。同时采用旋流竖井，高水头水流在旋流竖井中消能，在出水口无需设置挑流坎，水流可以平稳流入下游河道。所述的设计方法，优化引水道与涡室的连接结构，使泄流顺畅。本发明的目的是这样实现的一种深孔旋流竖井泄洪洞，包括用短压力进水口，所述的短压力进水口与明流引水道连接，所述的短压力进水口与明流引水道连接处设置弧形闸门，所述的明流引水道与涡室连接，所述涡室设置在竖井的顶端，所述的竖井底端与出水洞连接，所述的出水洞中设有组合消力墩，所述的出水洞与出水口连接，所述的短压力进水口为深孔进水口 ；所述的明流引水道末端以1/4椭圆曲线同涡室偏心相切连接；所述的弧形闸门出口处设置掺气跌坎，所述掺气跌坎下游两侧的洞壁上设置通气管，所述的通气管的一端设置在掺气跌坎的背水面或背水面两侧，所述通气管的另一端设置在接近洞顶的部位。一种设计上述泄洪洞的明流引水道末端与涡室偏心相切椭圆曲线的方法，所述方法的步骤如下
在明流引水道末端的一侧边壁采用1/4椭圆曲线同涡室圆弧偏心相切连接，并且弧形闸门孔口尺寸的高、宽比A/方^ I. 3 ；
竖井直径尺寸D的确定
权利要求
1.一种深孔旋流竖井泄洪洞，包括用短压カ进水口，所述的短压カ进水口与明流引水道连接，所述的短压カ进水口与明流引水道连接处设置弧形闸门，所述的明流引水道与涡室连接，所述涡室设置在竖井的顶端，所述的竖井底端与出水洞连接，所述的出水洞中设有组合消カ墩，所述的出水洞与出水ロ连接，其特征在于，所述的短压カ进水口为深孔进水ロ ；所述的明流引水道末端以1/4椭圆曲线同涡室偏心相切连接；所述的弧形闸门出口处设置掺气跌坎，所述掺气跌坎下游两侧的洞壁上设置通气管，所述的通气管的一端设置在掺气跌坎的背水面或背水面两侧，所述通气管的另一端设置在接近洞顶的部位。
2.根据权利要求I所述的泄洪洞，其特征在于，所述的明流引水道末端的1/4椭圆曲线位于垂直于涡室回转中心线并切割明流引水道的平面中，在所述平面中与引水道水流方向垂直的椭圆中心线到与之平行的涡室圆中心线之间的距离为零点五倍的涡室直径。
3.根据权利要求2所述的泄洪洞，其特征在于，所述的明流引水道末端与涡室交界处设置折流坎。
4.根据权利要求1、2、3之一所述的泄洪洞，其特征在于，所述的短压カ进水口，当总水头小于150米时设置ー层水口，当总水头大于150米时设置上下两层水口。
5.根据权利要求I所述的泄洪洞，其特征在于，所述的组合消カ墩包括设置在出水洞底板上的消力墩和设置在洞壁上的侧墩，所述底板上的消力墩与侧墩可以组合在同一洞的截面上，也可以前后分开设置。
6.ー种设计权利要求I所述泄洪洞的明流引水道末端与涡室偏心相切椭圆曲线的方法，所述方法的步骤如下 在明流引水道末端的ー侧边壁采用1/4椭圆曲线同涡室圆弧偏心相切连接，并且弧形闸门孔ロ尺寸的高、宽比ん/ガ^ I. 3 ； 竖井直径尺寸ガ的确定
全文摘要
本发明涉及一种深孔旋流竖井泄洪洞，包括用短压力进水口，短压力进水口与明流引水道连接处设置弧形闸门，明流引水道与涡室连接，涡室设置在竖井的顶端，竖井底端与出水洞连接，所述的短压力进水口为深孔进水口；所述的明流引水道末端以1/4椭圆曲线同涡室偏心相切连接；所述的弧形闸门出口处设置掺气跌坎，所述掺气跌坎下游两侧的洞壁上设置通气管。本发明采用短压力的深孔进水口，兼顾放水和泄洪，用一条洞代替了泄洪洞和放水洞，降低了工程费用。解决高水头大流速在进水口底部容易产生空蚀问题，设置了带有通气管的掺气跌坎。优化了明流引水道与涡室之间的连接结构，防止明流引水道与涡室连接段水跃封顶和向上游移动，降低泄流能力。
文档编号E02B8/06GK102704448SQ20121020047
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者付辉, 余闽敏, 李福田, 杨开林, 王涛, 董兴林, 郭新蕾, 郭永鑫 申请人:中国水利水电科学研究院