[实用新型]一种潜水起旋墩自调流竖井消能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种潜水起旋墩自调流竖井消能装置，是一种水工装置，是一种用于泄洪洞入水口的水工设施。

背景技术

传统喇叭形堰竖井泄洪洞，在二十世纪四、五十年代美国修建较多。这种泄洪洞通常不设闸门，正常蓄水位即堰顶高程，自动泄洪，因此，适用于无人操作的非常泄洪洞，特别是在人烟稀少的水工程采用这种泄洪洞最有利。当具有修建喇叭形堰的开阔地形时，它的最大泄流能力可达3000m³/s。

传统的喇叭形堰竖井泄洪洞存在许多缺点：如进水口易产生漩涡，影响泄流能力，和出现不稳定涡带引起结构物振动，有时会出现反向气爆现象（如美国俄勒冈州阿威希坝竖井泄洪洞）。在溢流堰同竖井连接段处易产生负压，特别是靠近竖井下部的负压能达到气化压力，引起竖井空蚀。由于上述原因，使高水头大泄量竖井泄洪洞的应用受到了很大限制。

解决漩涡问题的传统方法是采用防漩墙或分流墩等措施。为了防止竖井空蚀，在溢流堰下设突扩掺气坎，或将竖井下部修成收缩段提高井壁压力，或在竖井与隧洞转弯连接段设收缩掺气坎（如俄国的洽尔瓦克泄洪洞）等。由于惨气保护长度有限，不能保证竖井全长不发生空蚀。采取述上措施不仅使结构复杂也给施工带来很大的难度。

为解决传统竖井空蚀的问题，曾提出在溢流堰的周围使用起旋墩的方式使水流在进入竖井之前产生旋流，水流在竖井中以旋流的方式下落，利用离心力和自动掺气，消减负压防止竖井发生空蚀，同时又能提高消能率。旋流在竖井中产生旋流空腔和环形水跃，以及气水混合体垫层，可以产生强力的消能作用。但是原起旋墩的设计都是起旋墩的高度高于最高洪水水位，这样就产生了起旋墩的个数和起旋墩与环形堰圆周之间的夹角的角度难以确定问题。要获得满意的旋流效果，起旋墩与环形堰圆周之间的夹角的角度必须较小，起旋墩的个数多一些效果好。但角度过小，起旋墩过多，虽然可以产生满意的旋转水流，但限制了流量。增大角度或减少起旋墩的数量，虽然可以增大流量，但旋转水流的旋转量不够，不能有效防止竖井的空蚀。在设计上，如何平衡旋流效果和流量之间的关系，即如何选择起旋墩的个数以及摆放角度，成为一个难题。虽然可以通过某一条件下的精确设计达到要求，然而泄洪洞的设计必须经得起五十年一遇、百年一遇和千年一遇等各种条件下的洪水量校核。而各种条件都在临界状态下的设计无法符合大范围的参数变动，特别是流量的设计错误，造成的后果都将是严重的。

发明内容

为解决现有技术的问题，本实用新型提出一种潜水起旋墩自调流竖井消能装置。根据旋流增压和掺气消能的原理，在喇叭口外缘以小角度轴对称的布置若干个低短的起旋墩，使溢流堰和旋流竖井在堰上各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动，同时保证在给定的堰上水头下能满足最大泄流量的要求。

本实用新型的目的是这样实现的：一种潜水起旋墩自调流竖井消能装置，包括：底部与水平泄洪洞连接的使洪水竖直下落的旋流竖井，所述的旋流竖井的顶端连接喇叭形堰下的小口端，所述的喇叭形堰上的大口端的外围绕旋流竖井中心轴线均匀布置多个起旋墩，所述的起旋墩的水平截面是细长的多边形，所述的多边形最长的边与喇叭形堰顶大口的圆周的切线成α≤15°夹角连接，所述的起旋墩从喇叭形堰顶算起的高度≤堰顶最高水深的3/4。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型使用小夹角连接的起旋墩，可以产生有效的起旋作用，使水流有效的旋转，而在高水位工况下小夹角的起旋墩不会影响泄洪流量，而底层水流可以有效的拖曳上层水流旋转，同样可以产生有效的起旋作用。这样用降低起旋墩的方式，巧妙的达到了即保证了最大设计流量，又保证了旋流消能的要求，本研究成果使设计大为简化。虽然目前尚无精确的流量系数，但对各种设计流量，可以给出流量系数的估值，通过试验改变起旋墩的高度便能给出期望的流量值。经过计算机模拟验证和一真实工程1：30的实体模型验证，本实用新型所述方法和装置适用于各种泄流量，最大泄量和总水头可以达到2000m³/s，和200m，有广泛的应用前景，特别是在大型土石坝水库若修建潜水起旋墩的旋流喇叭形堰竖井泄洪洞渲泄PMF（最大可能降雨量）洪水，就完全可以避免溃坝的灾难。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是实用新型实施例一所述潜水起旋墩自调流竖井消能装置的结构示意图；

图2是实用新型实施例三所述装置的四个起旋墩的示意图，是图1中A向视图；

图3是实用新型实施例三所述装置的五个起旋墩的示意图；

图4是实用新型实施例三所述装置的九个起旋墩的示意图；