[发明专利]一种减小旋流洞出口流速的旋流泄洪洞

说明书

本发明提供一种减小旋流洞出口流速的旋流泄洪洞，包括泄水闸室、引水洞、涡室、竖井、扩体连接段、消力池和导流洞，所述的引水洞上游与泄水闸室连接，所述的引水洞下游与涡室之间通过过渡段连接，所述的过渡段内设有分水隔墙；所述的涡室下端通过竖井连接段与竖井连接，所述的扩体连接段将竖井下部与导流洞连通，导流洞一端进行了封堵；所述的扩体连接段内设有分流墩，所述的消力池设在竖井底部。本发明中水流经过过渡段和分水隔墙，使涡室内旋转水流厚度增加，水面爬高大幅度降低，而且涡室内旋转水流的水面高差也被减小。水流达到消力池消力后，通过扩体连接段减弱了水跃的壅水现象及增大了有压流漩滚的消能空间。

技术领域

本发明属于水利水电工程的旋流消能技术领域，具体涉及一种减小旋流洞出口流速的旋流泄洪洞。

背景技术

峡谷地区水电工程的导流设施一般采用导流洞配合断流围堰。我国西部地区由于河流洪水流量较为丰沛，因此导流洞的规模往往也较大，具体表现为导流洞断面大、条数多，每条导流洞相应的工程投资达1～2亿元。因此，在导流功能完成后，将导流洞这一临时建筑物改建为永久泄水建筑物使用，具有较大的经济价值，也有利于优化枢纽布置。多年来，导流洞改建为永久泄水建筑物这一课题一直为国内外水工水力学工程界所关注并取得了部分研究成果。

当枢纽区地形地质条件和导流洞的布置合适时，导流洞可改建为旋流泄洪洞。旋流消能工作原理是利用水流旋转运动将水能大部分消耗在流道内部，仅使部分能量传递至下游，其具有消能率高、结构简单、布置灵活、易于通风掺气等优点。竖井式旋流泄洪洞具有结构简单、适用水头范围广、消能率高等特点，是近30年来国内外研究的重点型式。但是依据工程实践经验及研究进展，现有的竖井旋流泄洪洞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，而且随着水头与流量的增加，竖井旋流泄洪洞出现涡室水流上升高度较大，不利于水流形态，也不利于控制工程投资。

发明内容

为了克服现有导流洞腐蚀严重且出口流态紊乱的问题，本发明提供一种减小旋流洞出口流速的旋流泄洪洞，本发明采用扩体连接段减小了泄洪洞底部流速、采用分流墩改善了水流流态，保证导流洞内壁不会被过度水流冲蚀，提高了导流洞的使用寿命。

本发明采用的技术方案为：

一种减小旋流洞出口流速的旋流泄洪洞，包括泄水闸室、引水洞、涡室、竖井、扩体连接段、消力池和导流洞，所述的引水洞上游与泄水闸室连接，所述的引水洞下游与涡室之间通过过渡段连接，所述的过渡段内设有分水隔墙；所述的涡室下端通过竖井连接段与竖井连接，所述的扩体连接段将竖井下部与导流洞连通，导流洞一端进行了封堵；所述的扩体连接段内设有分流墩，所述的消力池设在竖井底部。

所述的扩体连接段包括竖直段、转弯段和压坡段，所述的竖直段与压坡段通过转弯段连接，转弯段和压坡段侧墙宽度与导流洞宽度A相同；所述的竖直段由竖井半圆渐变过渡到外侧为圆拱、内侧为直线的体型；所述的转弯段的顶拱是以竖直段末端为起点、以1/4椭圆长轴转弯形式过渡至压坡段起点，其中椭圆方程为，a、b根据导流洞宽度A确定， a取值为(1～3)A，b取值为(0.3～1)a；所述的转弯段底部采用倒坡型式，转弯段底部的坡比为1：n3,n3取1~10；所述的压坡段顶拱坡比为1：n4,n4取1~20。

所述的分流墩布置在下部扩体连接段的压坡段处，分流墩的迎水面和背水面两端形状均是半圆弧，迎水面半径R1≤背水面半径R2，R2取值为(0.1～0.4)A，其中，A为导流洞宽度，分流墩的侧面起点是迎水面圆弧的两个末端，分流墩的侧面终点是背水面圆弧的两个末端。

所述的分流墩顶部与扩体连接段中的压坡段顶部接触连接，分流墩长度与压坡段长度相同。