[发明专利]竖井掺气排水结构

说明书

本发明涉及水利水电设施泄洪洞竖井结构领域，尤其是一种通过对竖井进行掺气减蚀，从而保障竖井段安全运行的竖井掺气排水结构，包括竖井，所述竖井由上往下依次分为上涡室段、收缩段、竖井中部段和竖井下部段，其中，所述收缩段底部的出口端与竖井中部段顶部的入口端之间设置有补气通道。在流动的水流作用下，可以实现气体通过补气通道进入从而实现掺气的效果，从而保障竖井段安全运行。另外，这样的结构设计还可以让竖井高度可根据高水头增加，不受空化空蚀制约。所采用的补气通道设计，其掺气结构简单，尽管增加了部分开挖量，但基本消除了空化空蚀风险，有利后期运行安全，大幅降低后期维护费用。本发明尤其适用于泄洪洞竖井掺气结构之中。

技术领域

本发明涉及水利水电设施泄洪洞竖井结构领域，尤其是一种竖井掺气排水结构。

背景技术

随着国家对水电清洁能源的需求，需要修建大量的高坝，利用水头进行发电。施工期间会设置导流工程排泄河道洪水，导流工程结束后能与永久工程相结合，则枢纽布置紧凑且更经济；因此通过竖井泄洪洞，新建上平段和竖井段，下平段与导流洞结合使用，可大幅节省投资。但竖井受高水头影响，竖井段水流由上部旋流至下部时，水流流速沿程增加形成高速水流，易发生空化空蚀，需要在竖井段对高速水流进行掺气，以保护竖井段下部安全。

对于高水头竖井泄洪洞竖井段空化空蚀问题，目前一般通过以下两种措施：1)抬高竖井下部水位，缩小高速水流段，避免空化空蚀发生，但同时降低了竖井的消能率，未充分发挥竖井作用，并导致竖井下平段的流速增加，增加下平段结构设计难度；2)增加结构强度，通过提高竖井自身的强度抵抗空化空蚀，但根据以往工程经验和理论分析，若发生空化情况，即使为钢板衬砌在经历一定运行期后也容易出现空蚀破坏，耐久性不足。在保障竖井消能率要求下，以上两种措施均不能有效解决高水头竖井空化空蚀问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过对竖井进行掺气减蚀，从而保障竖井段安全运行的竖井掺气排水结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：竖井掺气排水结构，包括竖井，所述竖井由上往下依次分为上涡室段、收缩段、竖井中部段和竖井下部段，其中，所述收缩段底部的出口端与竖井中部段顶部的入口端之间设置有补气通道。

进一步的是，所述补气通道为环向补气通道。

进一步的是，所述收缩段顶部的入口端的直径大于收缩段的底部的出口端的直径。

进一步的是，所述收缩段的底部的出口端的直径小于竖井中部段顶部的进口端的直径，所述环向补气通道设置于收缩段的底部的出口端与竖井中部段顶部的进口端之间。

进一步的是，包括竖向补气通道，所述竖向补气通道一端与上涡室段连通，所述竖向补气通道另一端与补气通道连通。

进一步的是，所述竖井中部段的设置有竖井中部段环向补气通道。

进一步的是，所述竖向补气通道与竖井中部段环向补气通道连通。

进一步的是，所述竖向补气通道沿竖井外壁面设置。

进一步的是，所述上涡室段与竖井前段连通。

本发明的有益效果是：在实际使用时，由于收缩段底部的出口端与竖井中部段顶部的入口端之间设置有补气通道，因此，在流动的水流作用下，可以自然的实现气体通过补气通道进入从而实现掺气的效果，从而保障竖井段安全运行。另外，这样的结构设计还可以让竖井高度可根据高水头增加，不受空化空蚀制约。所采用的补气通道设计，其掺气结构简单，尽管增加了部分开挖量，但基本消除了空化空蚀风险，有利后期运行安全，大幅降低后期维护费用。本发明尤其适用于泄洪洞竖井掺气结构之中。

附图说明

图1是本发明竖井所在水流段的俯视图。

图2是本发明的结构侧面剖视图。