竖井旋流底部消能箱的制作方法

本实用新型属于水流消能技术领域，具体涉及一种竖井旋流底部消能箱。

背景技术：

近年来，为了降低工程造价，许多工程将导流洞改建为永久泄洪洞，其中采用旋流式内消能工，可以使衬砌工程简化，降低工程造价，加快施工进度，减轻隧洞出口的冲刷和雾化现象，是一种适于深山峡谷中高水头、大流量的新型消能措施，是高坝施工导流洞改建为泄洪洞的可行方案。旋流泄洪洞视其旋转水流发生的位置，可分为竖井旋流消能和水平旋流消能，其原理均利用旋转水流的离心力，形成空腔，增大洞壁压力和水力摩阻，延长流程，达到防止空蚀和消能的目的。

竖井旋流消能通常主要靠底部的水垫和水流在竖井内的旋转消能，当竖井底部水深增大时，水流对竖井底部的冲击压力减小，消能率降低，当竖井底部水深较浅时，消能率提高，但水流对竖井底部的冲击压力增大。为了使水流由竖井旋流平顺过渡到退水洞内，通常要对退水洞与竖井连接段进行改造，形成局部短有压出流，改造段较长，体型较复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种竖井旋流底部消能箱，可减小退水洞的流速，提高消能率，降低施工难度和工程量。

本实用新型的技术方案如下：

竖井旋流底部消能箱，包括竖井、消能井，还包括第一道消力坎和第二道消力坎，所述消能井、第一道消力坎和第二道消力坎沿水流方向依次设置在退水洞内，所述竖井底部与退水洞相通，所述消能井位于竖井正下方，所述消能井的顶部与退水洞底板平齐且两者相通，所述消能井为倒圆台形且与竖井同心。

所述第一道消力坎高于第二道消力坎，所述第一道消力坎和第二道消力坎的纵截面均为直角梯形，所述第一道消力坎和第二道消力坎的直立侧均为迎水面，斜坡均为背水面，斜坡的坡度为1:2。

所述竖井直径，式中：μ=1~1.25，Qm为竖井旋流洞的最大泄流能力，m³/s；g为重力加速度。

所述消能井的顶部直径为竖井直径的1.8倍~退水洞5宽度的0.9倍，底部直径为竖井直径的1.1倍~1.3倍，所述消能井的高度为6m~10m。

所述第一道消力坎的高度为退水洞总高度的0.4倍~0.6倍，宽度与退水洞等宽，顶宽为1m；

所述第二道消力坎的高度为第一道消力坎高度的0.3倍~0.4倍，宽度与退水洞等宽，顶宽为1m。

所述消能井、竖井、第一道消力坎、第二道消力坎、退水洞均为钢筋混凝土结构。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的这种竖井旋流底部消能箱，消能井呈倒圆台形，可有效分散竖井水流的冲击力，第一道消力坎可增大坎前的水深，减小竖井水流对坎前底板的脉动压力及冲击力；第二道消力坎可进一步提高消能率，使竖井水流与退水洞水流平顺连接。

其体型简单，易于施工，无论是高水位还是低水位，两道消力坎前均能形成稳定的淹没水跃，且具有水面波动小，水流掺气充分，下游雾化小、消能率高的特点。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型竖井旋流底部消能箱的侧视图；

图2是本实用新型竖井旋流底部消能箱的俯视图；

图3是本实用新型竖井旋流底部消能箱的下游立视图。

图中：1、消能井；2、竖井；3、第一道消力坎；4、第二道消力坎；5、退水洞。

具体实施方式

实施例1：

本实施例1提供了一种竖井旋流底部消能箱，包括竖井2、消能井1，还包括第一道消力坎3和第二道消力坎4，所述消能井1、第一道消力坎3和第二道消力坎4沿水流方向依次设置在退水洞5内，所述竖井2底部与退水洞5相通，所述消能井1位于竖井2下方，所述消能井1的顶部与退水洞5底板平齐且两者相通，所述消能井1为倒圆台形且与竖井2同心。

水流由竖井2进入退水洞5，随后进入消能井1，通过倒圆台形的消能井1有效分散竖井2水流的冲击力，然后通过第一道消力坎3增大坎前的水深，减小竖井水流对坎前底板的脉动压力及冲击力，最后通过第二道消力坎4进一步提高消能率，使竖井2水流与退水洞5水流平顺连接。

本实施例1提供的这种竖井旋流底部消能箱，无论是高水位还是低水位，第一、二道消力坎前均能形成稳定的淹没水跃，且具有水面波动小、运行水头范围宽、消能率高的特点。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图1、图2、图3所述的竖井旋流底部消能箱，所述第一道消力坎3高于第二道消力坎4，所述第一道消力坎3和第二道消力坎4的纵截面均为直角梯形，所述第一道消力坎3和第二道消力坎4的直立侧均为迎水面，斜坡均为背水面，斜坡的坡度为1:2。

其中，所述竖井2直径，式中：μ=1~1.25，Qm为竖井旋流洞的最大泄流能力，m³/s；g为重力加速度。

所述消能井1的顶部直径为竖井2直径的1.8倍~退水洞5宽度的0.9倍，底部直径为竖井2直径的1.1倍~1.3倍，所述消能井1的高度为6m~10m。

所述第一道消力坎3的高度为退水洞5总高度的0.4倍~0.6倍，宽度与退水洞5等宽，顶宽为1m；

所述第二道消力坎4的高度为第一道消力坎3高度的0.3倍~0.4倍，宽度与退水洞5等宽，顶宽为1m。

所述消能井1、竖井2、第一道消力坎3、第二道消力坎4、退水洞5均是钢筋混凝土结构。

其中，退水洞5的宽度是指与水流方向垂直的一边宽度（水平方向上），在本实施例中，第一道消力坎3和第二道消力坎4的顶宽是指纵截面直角梯形的上底长度。

综上所述，本实用新型提供的这种竖井旋流底部消能箱，消能井1呈倒圆台形，可有效分散竖井2水流的冲击力，第一道消力坎3可增大坎前的水深，减小竖井水流对坎前底板的脉动压力及冲击力；第二道消力坎4可进一步提高消能率，使竖井2水流与退水洞5水流平顺连接。

其体型简单，易于施工，无论是高水位还是低水位，第一道消力坎3和第二道消力坎4前均能形成淹没水跃，且水流脉动压力均方根值均小于60kPa，具有水面波动小，水流掺气充分，下游雾化小、消能率高的特点。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。