专利名称：多级竖井旋流联合消能结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及水利水电工程及水力消能领域，是多级竖井旋流联合消能结构。
背景技术：
旋流消能是利用水流在竖井或水平管道内作旋转运动，使水流与边壁的摩阻效应 大大加强，流程显著增加，增大水流沿程损失，并通过不同流向水流的掺和，达到削减水流 能量的目的，目前工程应用的有竖井旋流、水平旋流两种消能结构。竖井旋流消能结构是利 用竖井起旋室，把进水口水流水平向流速转变为旋流竖井内切向流速，增大水流在竖井内 的沿程损失，并利用水流在竖井底部水平向旋转流速和竖直向流速的掺和，达到消减水能 目的的消能结构。
在竖井旋流消能结构中，竖井高度对竖井旋流的消能率影响比较大。若竖井高度 比较小，则竖井内水体由重力势能转化的竖向动能较小，使水体在竖井底部掺和不够充分， 消能率较小；若竖井高度比较大，则会使竖井内水体的水平向旋转流速因空气阻力作用而 降低，也会使水体在竖井底部掺和不够充分，消能率变小。并且在竖井旋流消能结构中，由 于单一竖井的消能率基本为一定值，随作用水头的增加，退水洞内尾水的流速也会增加，对 退水洞的结构安全产生不利影响，因此单一竖井旋流消能结构适应高度范围受到很大限 制。发明内容
本发明的目的是提供一种多级竖井旋流联合消能结构，是将多个竖井旋流消能井 首尾相接，组合成一种新型的多级竖井旋流消能结构。
本发明的技术方案是多级竖井旋流联合消能结构，包括进口段、若干竖井旋流段、 若干连接段和退水段，其特征是进口段的输出端与第一级竖井旋流段的输入端直接导通， 第一级竖井旋流段通过一段连接段与第二级竖井旋流段导通，其后相邻两级竖井旋流段之 间都通过一段连接段导通，直至末级竖井旋流段，末级竖井旋流段的输出端直接与退水段 导通。
所述的每级竖井旋流段把竖井工作总水头高度分为N个单竖井适用的工作水头 高度，竖井旋流段的数量为N，则连接段的数量为N-1。
所述的进口段是连通进水口和竖井的管道。
所述的竖井旋流段是主要的消能结构，是一个竖直的筒形管道，其上部是竖井中 水流的入口，下部是竖井中水流的出口。
所述的连接段是连接上、下两级竖井的管道。
所述的退水段是最后一级竖井的出口管道。
本发明的特点是(1)泄洪消能率高。由于每级竖井旋流消能井消减水能基本相 同，多级联合后，与单一竖井相比，消减水能成倍增加，总体消能率有较大提高。
(2)工作水头高度适应范围加大。多级竖井联合消能结构突破了单一竖井水头高度的限制，能有效解决高水头泄洪消能问题。
( 3 )布置灵活。每级消能竖井在平面位置的选择上有很大灵活性，可以避开不利地 形地质条件及其他建筑物，空间适应性好。
(4)节省投资。由于多级竖井联合消能结构消能率高，末端水流流速小，退水洞可 以和导流洞结合，从而可以节省工程投资。
( 5)可定型设计。由于多级竖井联合消能结构各级竖井体形基本相同，可以进行定 型设计和施工，能减少设计成本和缩短建设工期。
下面将结合图例对本发明作进一步的说明图1是多级竖井旋流联合消能结构的平面结构示意图；图2是多级竖井旋流联合消能结构的剖面结构示意图。
图中1、进口段；2、竖井旋流段；3、连接段；4、退水段。
具体实施方式
多级竖井旋流联合消能结构，是将多个竖井旋流消能井首尾相接，组合成一种新 型的多级竖井旋流消能结构。本结构适用的工作总水头范围没有上限要求，可把工作总水 头分为多个单竖井适用的工作水头，由多级竖井消能。在布置上比较灵活，不受进出水流方 向的限制。每级竖井可采用基本相同的体形，可标准化定型设计和施工。
如图1和图2所示，进口段I的输出端与第一级竖井旋流段2的输入端直接导通， 第一级竖井旋流段2通过一段连接段3与第二级竖井旋流段2导通。其后相邻两级竖井旋 流段2之间都通过一段连接段3导通，直至第N级竖井旋流段2。竖井旋流段2的数量为 N，则连接段3的数量为N-1。第N级竖井旋流段2的输出端直接与退水段4导通。使水流 经前一级竖井消除部分能量后，保持必要的起旋流速进入下一级竖井，再次消能，直至水流 进入退水段4。
进口段I是连通进水口和竖井的管道，其作用是通过闸门引入要求流量的水流， 通过进口段的调整，使水流以一定的角度和速度进入竖井。
竖井旋流段2是主要的消能结构，是一个竖直的筒形管道，其上部是竖井中水流 的入口，下部是竖井中水流的出口。其作用是利用水流在竖井内作旋转流动，使水流与边壁 的摩阻效应大大加强，流程显著增加，增大水流沿程损失，并通过不同流向水流的掺和，削 减水流能量。
连接段3是连接上下两级竖井的管道，其作用是调整竖井消能后的水流流态，使 水流以一定的角度和流速进入下一级竖井。
退水段4是最后一级竖井的出口管道，其作用是调整最后一级竖井消能后的水流 流态，使水流以一定的角度和流速进入其它通道。
通过这种方式将每级竖井旋流段2首尾相接，有效解决水电站高水头泄洪消能问 题，并具有消能率高、布置灵活、节约工程投资、可定型设计的特点。
本图例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段， 这里不一一叙述。
权利要求
1.多级竖井旋流联合消能结构，它包括进ロ段(I)、若干竖井旋流段(2)、若干连接段(3)和退水段(4)，其特征是进ロ段(I)的输出端与第一级竖井旋流段(2)的输入端直接导通，第一级竖井旋流段(2)通过一段连接段(3)与第二级竖井旋流段(2)导通，其后相邻两级竖井旋流段(2)之间都通过一段连接段(3)导通，直至末级竖井旋流段(2)，末级竖井旋流段(2)的输出端直接与退水段(4)导通。
2.根据权利要求1中所述的多级竖井旋流联合消能结构，其特征是所述的竖井旋流段(2)把竖井工作总水头高度分为N个单竖井适用的工作水头高度，竖井旋流段(2)的数量为N，则连接段(3)的数量为N-1。
3.根据权利要求1中所述的多级竖井旋流联合消能结构，其特征是所述的进ロ段(I)是连通进水口和竖井的管道。
4.根据权利要求1中所述的多级竖井旋流联合消能结构，其特征是所述的竖井旋流段(2)是主要的消能结构，是ー个竖直的筒形管道，其上部是竖井中水流的入口，下部是竖井中水流的出口。
5.根据权利要求1中所述的多级竖井旋流联合消能结构，其特征是所述的连接段(3)是连接上、下两级竖井的管道。
6.根据权利要求1中所述的多级竖井旋流联合消能结构，其特征是所述的退水段(4)是最后一级竖井的出口管道。
全文摘要
本发明涉及水利水电工程及水力消能领域，是多级竖井旋流联合消能结构。它包括进口段、若干竖井旋流段、若干连接段和退水段，其特征是进口段的输出端与第一级竖井旋流段的输入端直接导通，第一级竖井旋流段通过一段连接段与第二级竖井旋流段导通，其后相邻两级竖井旋流段之间都通过一段连接段导通，直至末级竖井旋流段，末级竖井旋流段的输出端直接与退水段导通。本发明通过将每级竖井旋流段首尾相接，能有效解决水电站高水头泄洪消能问题，并具有消能率高、布置灵活、节约工程投资、可定型设计的特点。
文档编号E02B8/06GK103031825SQ20131001389
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者贺威, 南洪 申请人:中国水电顾问集团西北勘测设计研究院