一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构

摘要

本发明提供一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，包括旋流竖井和导流洞，还包括过渡段、分水板和消力池；所述过渡段设在旋流竖井与导流洞之间；所述的分水板设在过渡段末端；所述的分水板上布置多个过水孔，所述的分水板宽度与导流洞洞宽D相同，分水板高度h1为导流洞洞高的（0.2~0.8）倍；所述的消力池设在旋流竖井底部。本发明中过渡段断面较旋流竖井断面突然减小，一方面可以增大旋流竖井底部淹没水深高度，改善水流形态，另一方面可以增大旋流竖井底部消能率，另外，过渡段断面呈马蹄形，与原有导流洞衔接更简单，使洞室开挖施工更简单。在过渡段末端与原导流洞衔接处增加分水板，使得旋流竖井末端水流流态更规整。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程的旋流消能技术领域，具体涉及一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构。

背景技术

目前高堆石坝在施工期间一般采用隧洞导流，故常需要修建大断面的导流隧洞，导流洞的造价往往比较高，如何合理地利用导流洞后期改建为永久性的泄洪洞，达到一洞多用的目的，是降低工程造价及解决枢纽布置困难的一个主流发展方向。在改建为泄洪洞的实践中，采用旋流泄洪技术是比较经济有效的方法之一，其具体消能率高、布置简单等优点。

旋流泄洪分为竖井旋流和水平旋流两种，其中竖井旋流是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。但是，由于旋转水流的离心力及其重力，往往容易在竖井底部形成不规则的流态，不利于导流洞稳定，故如何解决这个问题，也一直是水工界研究的内容之一。

发明内容

为了克服现有消能差、水流紊乱且施工复杂的问题，本发明提供一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，本发明改善了水流流态、提高了消能率且施工便捷。

本发明采用的技术方案是：

一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，包括旋流竖井和导流洞，还包括过渡段、分水板和消力池；所述过渡段设在旋流竖井与导流洞之间；所述的分水板设在过渡段末端；所述的分水板上布置多个过水孔，所述的分水板宽度与导流洞洞宽D相同，分水板高度h1为导流洞洞高的（0.2~0.8）倍；所述的消力池设在旋流竖井底部。

所述分水板为钢筋混凝土或钢衬混凝土结构。

所述的分水板上所有过水孔的断面面积的和A为：A=（0~1）h1*D，其中，h1为分水板高度，D为导流洞宽度。

所述的过渡段包括竖直段、圆弧段和斜坡段，所述的竖直段与斜坡段通过圆弧段连接；所述的竖直段上端与旋流竖井下部连接，所述的斜坡段末端与导流洞连接。

所述的竖直段长a1为（1~3）D，圆弧段的弧长为a2，其弧长角度为60°~90°，圆弧段的圆弧半径R1为（0.5~2）D；斜坡段长a3为（0.1~5）D、斜坡段的坡比为1：n,n取1~20，D为导流洞宽度。

所述消力池深度为（0.05~0.5）D，D为导流洞宽度。

所述的消力池直径D2小于旋流竖井直径D1。

本发明的有益效果为：

本发明提供的旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，其过渡段断面较旋流竖井断面突然减小，一方面可以增大旋流竖井底部淹没水深高度，改善水流形态，另一方面可以增大旋流竖井底部消能率，另外，过渡段断面采用马蹄形，与原有导流洞衔接更简单，使洞室开挖施工更简单。在过渡段末端与原导流洞衔接处增加分水板，使得旋流竖井末端水流流态更规整。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为本发明结构纵向剖面图。

图2为1-1剖面图。

图3为2-2剖面图。

图中，附图标记为：1、导流洞；2、旋流竖井；3、消力池；4、过渡段；5、分水板；6、过水孔。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有消能差、水流紊乱且施工复杂的问题，本发明提供一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，本发明改善了水流流态、提高了消能率且施工便捷。

一种改善旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，包括旋流竖井2和导流洞1，还包括过渡段4、分水板5和消力池3；所述过渡段4设在旋流竖井2与导流洞1之间；所述的分水板5设在过渡段4末端；所述的分水板5上布置多个过水孔6，所述的分水板5宽度与导流洞1洞宽D相同，分水板5高度h1为导流洞1洞高的0.2~0.8倍；所述的消力池3设在旋流竖井2底部。

本发明中导流洞1的一端进行了封堵。在过渡段4末端与原来的导流洞1衔接处增加分水板5，使得旋流竖井2末端水流流态更规整。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，优选的，所述分水板5为钢筋混凝土或钢衬混凝土结构。

优选的，所述的分水板5上所有过水孔6的断面面积的和A为：A=0~1h1*D，其中，h1为分水板高度，D为导流洞1宽度。

优选的，所述的过渡段4包括竖直段、圆弧段和斜坡段，所述的竖直段与斜坡段通过圆弧段连接；所述的竖直段上端与旋流竖井2下部连接，所述的斜坡段末端与导流洞1连接。

优选的，所述的竖直段长a1为1~3D，圆弧段的弧长为a2，其弧长角度为60°~90°，圆弧段的圆弧半径R1为0.5~2D；斜坡段长a3为0.1~5D、斜坡段的坡比为1：n,n取1~20，D为导流洞1宽度。

优选的，所述消力池3深度为0.05~0.5D，D为导流洞1宽度。

优选的，所述的消力池3直径D2小于旋流竖井直径D1。

本发明中，过渡段4是旋流竖井2与导流洞1的连接段，其体型在竖直向断面为马蹄形形状，其直径与导流洞宽度D相等。过渡段4远离导流洞1侧均是半圆弧，靠近导流洞1侧由竖直段、圆弧段和斜坡段组成，其中竖直段长a1为（1~3）D，圆弧段长a2弧长角度为60°~90°、半径R1为（0.5~2）D，斜坡段长a3为（0.1~5）D、坡比为1：n,n取1~20。

本发明中，过渡段4与旋流竖井2连接处的直径D2小于旋流竖井2的直径D1，这样减小的直径在泄洪时增大了旋流竖井2底部淹没水深高度，改善了水流形态，使得旋流竖井2底部的消能池3更好的进行消能，提高了消能率。本发明中过渡段的底部水平设置，顶部整体呈L状，包括竖直段、圆弧段个斜坡段，其中竖直段长a1优选为2D，圆弧段长a2的弧长角度优选为85°，半径R1优选为1.5D；斜坡段长a3优选为3D、坡比优选为1：10。这样过渡段4的断面呈马蹄形，与导流洞1衔接简单，且施工方便。

本发明中分水板5上的过水孔6灵活设置，分水板5上全部过水孔6的断面面积的和为A,A=（0~1）h1*D，过水孔6位圆孔。圆孔施工方便，截面面积易计算，圆孔有利于结构安全和水流形态。所述消力池3布置在旋流竖井2最底端，其断面尺寸与过渡段4的竖直段断面尺寸相同，其深度优选为0.25D。

本发明提供的旋流泄洪洞底部流态的洞室结构，其过渡段4断面较旋流竖井2断面突然减小，一方面可以增大旋流竖井2底部淹没水深高度，改善水流形态，另一方面可以增大旋流竖井2底部消能率，另外，过渡段4断面采用马蹄形，与原来的导流洞1衔接更简单，使洞室开挖施工更简单。在过渡段4末端与原来的导流洞1衔接处增加分水板5，使得旋流竖井2末端水流流态更规整。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。本发明中未详细描述的装置结构及系统方法是均为现有技术，本发明中不再进行进一步的说明。