一种旋流竖井用的涡室导流坎的制作方法

本发明属于水利水电工程中泄洪消能技术领域，具体涉及一种旋流竖井用的涡室导流坎。

背景技术：

旋流竖井泄洪洞由于其修建难度较低、布置灵活以及消能效果突出等优势，越来越受到水利水电工程界的关注。尤其是随着当前我国正处于水电建设事业的井喷式发展阶段，许多高水头、大流量、深峡谷的高坝大库正在建设或者处于规划阶段，在常规泄水建筑物无法良好地实现泄洪消能的情况下，旋流竖井作为一种新兴发展的泄洪消能建筑物不失为一种良好的选择。

现有旋流竖井泄洪系统如图1所示，该旋流竖井泄洪系统由闸室1、上平段2、涡室4、收缩段5、竖井直段6、压坡段7以及设于压坡段7后的泄水段8组成，并在涡室4内设有涡室导流坎3，从上平段进入涡室内的流态图如图2所示，其涡室导流坎3的立体图及其a-a剖面图分别如图3和图4所示，所述涡室导流坎3设于涡室壁面33上，所述涡室导流坎包括沿涡室内水流旋转方向的导流弧面31和水流进涡室方向的衔接面32，所述衔接面32为平面，并且在水流方向上导流弧面31和衔接面32相交成一直线，所述直线竖直设置，沿涡室内水流旋转方向，所述导流弧面与涡室壁面33平滑过渡衔接；沿水流进涡室方向，衔接平面与对应的上平段侧壁位于同一平面，涡室导流坎的衔接平面和导流弧面的竖直投影分别为一条直线和一条弧线。在涡室内设置涡室导流坎用于调整绕旋流竖井一圈后的水流的方向，从而避免其与上平段进入涡室的水流发生过强的碰撞。

然而，现有旋流竖井上平段末端与涡室通过涡室导流坎一小段衔接平面进行衔接，导流弧面与衔接平面二者交角依然相对较大，从而使上平段水流与绕涡室旋转一周后的水流发生大交角的碰撞，使部分水流直接跌落井底，严重时甚至封堵涡腔，无法保证涡腔持续稳定贯通的通气，严重时出现呛水现象；并且导流弧面与衔接平面二者较大的交角还可能会使入涡处的洞顶被碰撞产生的水花封堵，无法保证上平段对涡腔的补气。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种旋流竖井用的涡室导流坎，该涡室导流坎能使上平段水流与绕涡室旋转一圈的水流平顺的衔接，避免出现上平段入涡位置封洞的不利现象，也避免出现涡腔呛水现象。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋流竖井用的涡室导流坎，所述涡室导流坎设于上平段出口一侧的涡室壁面上，所述涡室导流坎包括沿涡室内水流旋转方向的导流弧面和位于水流进涡室方向的衔接面，并且在水流方向上导流弧面和衔接面相交；沿涡室内水流旋转方向，所述导流弧面与涡室壁面平滑过渡衔接；所述衔接面为弧面，从而形成衔接弧面，沿水流进涡室方向，衔接弧面与设于对应的上平段侧壁平滑过渡衔接。

进一步地，在竖直方向上，所述衔接弧面远端距离对应上平段侧壁的距离从上到下逐渐减小，所述导流弧面距离对应的涡室壁面的距离逐渐减小，从而形成从上到下逐渐变小的涡室导流坎。

进一步地，所述衔接弧面远端距离对应上平段侧壁的距离从上到下呈曲线型逐渐减小，从而在水流方向上导流弧面和衔接弧面相交成一曲线。

进一步地，位于衔接弧面底部的远端距对应上平端侧壁的距离为位于衔接弧面顶部的远端距对应上平端侧壁的距离的0~0.9倍。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的衔接面为弧面，这样有效的缩小了衔接面和导流弧面两者的夹角，实现了上平段进入涡室水流与绕涡室旋转一圈的水流平顺的衔接，避免出现上平段入涡位置封洞的不利现象，也避免了出现呛水现象。

2、本发明的涡室导流坎与现有涡室导流坎相比，本发明的涡室导流坎为从上到下逐渐减小的结构，使得涡室导流坎的体积小，有效地增大旋流竖井中心涡腔体积，保证沿程的通气，具体地：位于上部较大的导流弧面能很好的对涡室内旋转一周的上部水体起到折流作用，防止旋转水流与上平段进口水流相撞形成回水封闭涡室进口；并且由于导流弧面从上到下逐渐减小，涡室内的旋转水流会与跌落水流（这里的跌落水流为上平段进口水流和旋转水流碰撞所产生的不再附壁的水体）相交，旋转水流在水平方向的动能较大，会带动跌落部分水体一起旋转，在涡室内形成了良好的空腔，从而进一步避免了此部分水流直接跌落流向竖井的涡腔产生呛水的问题。

3、本发明的导流弧面和衔接弧面相交成一曲线，通过流线型的宽度从上到下逐渐缩小的曲面形式进一步使两股水流实现更为平顺的衔接，从而进一步降低碰撞水流直接跌落井底的可能性，进而有效避免呛水现象。

4、本发明涡室导流坎体积小，减小了建设涡室导流坎的工程量，同时因导流坎体积小，提高了涡室导流坎在旋流竖井中的稳定性。

附图说明

图1-现有旋流竖井泄洪系统主视图。

图2-现有涡室导流坎的流态图。

图3-现有涡室导流坎立体图。

图4-图3的a-a剖面图。

图5-本发明实施方式一结构示意图。

图6-图5的a-a剖面图。

图7-本发明实施方式二结构示意图。

图8-本发明应用时的流态图。

其中：1-闸室；2-上平段；3-涡室导流坎；31-导流弧面；32-衔接面；33-涡室壁面；4-涡室；5-收缩段；6-竖井直段；7-压坡段；8-泄水段；以上附图中的箭头符号表示水流方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图5、图6和图8，一种旋流竖井用的涡室导流坎，所述涡室导流坎3设于上平段出口一侧的涡室壁面33上，所述涡室导流坎包括沿涡室内水流旋转方向的导流弧面31和位于水流进涡室方向的衔接面32，并且在水流方向上导流弧面31和衔接面32相交；沿涡室内水流旋转方向，所述导流弧面31与涡室4壁面平滑过渡衔接；所述衔接面32为弧面，从而形成衔接弧面，沿水流进涡室方向，衔接弧面与设于对应的上平段侧壁平滑过渡衔接。

这是本发明其中一种实施方式，涡室导流坎对应的涡室壁面分别和导流坎的衔接平面和导流弧面相交成一竖直直线，即从上到下，涡室导流坎对应的涡室壁面始终没有改变。这里将现有平面形的衔接面设置成弧面，有效的缩小了衔接面和导流弧面两者的夹角，实现了上平段进入涡室水流与绕涡室旋转一圈的水流平顺的衔接，避免出现上平段入涡位置封洞的不利现象，也避免了出现呛水现象。

同时，这样在一定程度上减小了涡室导流坎的体积，减小了建设涡室导流坎的工程量，提高了涡室导流坎在旋流竖井中的稳定性。

具体实施时，参见图7，在竖直方向上，所述衔接弧面远端距离对应上平段侧壁的距离从上到下逐渐减小，所述导流弧面距离对应的涡室壁面的距离逐渐减小，从而形成从上到下逐渐变小的涡室导流坎。

这是本发明的另一种实施方式，这样设置后，与现有涡室导流坎相比，进一步缩小了涡室导流坎的体积，有效地增大旋流竖井中心涡腔体积，保证沿程的通气，具体地：位于上部较大的导流弧面能很好的对涡室内旋转一周的上部水体起到折流作用，防止旋转水流与上平段进口水流相撞形成回水封闭涡室进口；并且由于导流弧面从上到下逐渐减小，涡室内的旋转水流会与跌落水流相交，旋转水流在水平方向的动能较大，会带动跌落部分水体一起旋转，在涡室内形成了良好的空腔，从而进一步避免了此部分水流直接跌落流向竖井的涡腔产生呛水的问题。跌落水流为上平段进口水流和旋转水流碰撞所产生的不再附壁的水体

同时，进一步减小了涡室导流坎的体积，减小了建设涡室导流坎的工程量，提高了涡室导流坎在旋流竖井中的稳定性。

具体实施时，所述衔接弧面远端距离对应上平段侧壁的距离从上到下呈曲线型逐渐减小，从而在水流方向上导流弧面和衔接弧面相交成一曲线。

这样，通过流线型的宽度从上到下逐渐缩小的曲面形式进一步使两股水流实现更为平顺的衔接，从而进一步降低碰撞水流直接跌落井底的可能性，进而有效避免呛水现象。

具体实施时，位于衔接弧面底部的远端距对应上平端侧壁的距离为位于衔接弧面顶部的远端距对应上平端侧壁的距离的0~0.9倍。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。