專利名稱：一種深孔旋流豎井泄洪洞和設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種深孔旋流豎井泄洪洞和設計方法，是一種水工設施，是一種用于放空水庫和泄洪的水工設施。
背景技術：
目前水電工程廣泛修建百米以上高的面板堆石擋水壩，與鋼筋混凝土檔水壩不同的是，為了保證大壩安全，在面板堆石擋水壩上不設泄洪用的溢流口，而是在擋水壩兩側(cè)山體中設置進水口較高的泄洪洞(或岸邊泄漕)泄洪。同時面板堆石擋水壩與鋼筋混凝土擋水壩一樣還要設置為大壩事故放水和供下游用水的放水洞。但放水洞的進水口比泄洪洞的進水口低得多，然而，泄洪洞和放水洞除了進水口高度不同外，其他部分十分類似，分別修建兩個進水口不同高度的泄洪洞和放水洞，極不經(jīng)濟。因此，曾提出了用豎井斜井放水洞作為泄洪洞的設計方案。但采用傳統(tǒng)的斜井式放水洞承擔泄洪，產(chǎn)生的問題是必須建造深孔 進水口，即利用同一個進水口既能泄洪又能放水。但是深孔進水口的深孔底板的作用水頭較高，例如貴州洪家渡，四川瓦屋山和新疆喬巴特泄洪洞的深孔水頭分別約為70m、73m和72m，泄洪洞底板上總水頭分別為115m、123m、194m，對于傳統(tǒng)的斜井式泄洪洞，則在斜井下游反弧段上流速達40nT55m/s，洞內(nèi)易發(fā)生空蝕破壞。世界上有許多大壩的斜井式泄洪洞發(fā)生了嚴重的空蝕破壞，例如美國的胡佛壩、格林峽壩和黃尾壩等斜井式泄洪洞。還有墨西哥的英菲爾尼羅壩、西班牙的阿爾達阿達比拉壩等泄洪洞，也發(fā)生了破壞。另外，為了消能，傳統(tǒng)的斜井式放水洞的出水口采用挑流出水，水流在出水口在挑流坎的作用下向空中射出。射向空中的水流產(chǎn)生的沖刷和霧化，破壞了出水口周圍的生態(tài)環(huán)境。中國劉家峽斜井式泄洪洞初次放水時，由于出口挑流霧化，以及所攜帶泥沙、粉塵，使高壓變電器短路，導致電力中斷，同時還破壞了岸邊公路。根據(jù)對中國二灘水壩的兩條泄洪洞放水挑流霧化的原型觀測結果，發(fā)現(xiàn)由于霧化形成的降雨量竟然達到1000_/h，引起山體滑坡和生態(tài)植被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出了一種深孔旋流豎井泄洪洞和設計方法。所述的泄洪洞采用深孔進水口，兼顧泄洪和放水。同時采用旋流豎井，高水頭水流在旋流豎井中消能，在出水口無需設置挑流坎，水流可以平穩(wěn)流入下游河道。所述的設計方法，優(yōu)化引水道與渦室的連接結構，使泄流順暢。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括用短壓力進水口，所述的短壓力進水口與明流引水道連接，所述的短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，所述的明流引水道與渦室連接，所述渦室設置在豎井的頂端，所述的豎井底端與出水洞連接，所述的出水洞中設有組合消力墩，所述的出水洞與出水口連接，所述的短壓力進水口為深孔進水口 ；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側(cè)的洞壁上設置通氣管，所述的通氣管的一端設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側(cè)，所述通氣管的另一端設置在接近洞頂?shù)牟课?。一種設計上述泄洪洞的明流引水道末端與渦室偏心相切橢圓曲線的方法，所述方法的步驟如下
在明流引水道末端的一側(cè)邊壁采用1/4橢圓曲線同渦室圓弧偏心相切連接，并且弧形閘門孔口尺寸的高、寬比A/方^ I. 3 ；
豎井直徑尺寸D的確定
權利要求
1.一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括用短壓カ進水口，所述的短壓カ進水口與明流引水道連接，所述的短壓カ進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，所述的明流引水道與渦室連接，所述渦室設置在豎井的頂端，所述的豎井底端與出水洞連接，所述的出水洞中設有組合消カ墩，所述的出水洞與出水ロ連接，其特征在于，所述的短壓カ進水口為深孔進水ロ ；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側(cè)的洞壁上設置通氣管，所述的通氣管的一端設置在摻氣跌坎的背水面或背水面兩側(cè)，所述通氣管的另一端設置在接近洞頂?shù)牟课弧?br> 2.根據(jù)權利要求I所述的泄洪洞，其特征在于，所述的明流引水道末端的1/4橢圓曲線位于垂直于渦室回轉(zhuǎn)中心線并切割明流引水道的平面中，在所述平面中與引水道水流方向垂直的橢圓中心線到與之平行的渦室圓中心線之間的距離為零點五倍的渦室直徑。
3.根據(jù)權利要求2所述的泄洪洞，其特征在于，所述的明流引水道末端與渦室交界處設置折流坎。
4.根據(jù)權利要求1、2、3之一所述的泄洪洞，其特征在于，所述的短壓カ進水口，當總水頭小于150米時設置ー層水口，當總水頭大于150米時設置上下兩層水口。
5.根據(jù)權利要求I所述的泄洪洞，其特征在于，所述的組合消カ墩包括設置在出水洞底板上的消力墩和設置在洞壁上的側(cè)墩，所述底板上的消力墩與側(cè)墩可以組合在同一洞的截面上，也可以前后分開設置。
6.ー種設計權利要求I所述泄洪洞的明流引水道末端與渦室偏心相切橢圓曲線的方法，所述方法的步驟如下 在明流引水道末端的ー側(cè)邊壁采用1/4橢圓曲線同渦室圓弧偏心相切連接，并且弧形閘門孔ロ尺寸的高、寬比ん/ガ^ I. 3 ； 豎井直徑尺寸ガ的確定
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深孔旋流豎井泄洪洞，包括用短壓力進水口，短壓力進水口與明流引水道連接處設置弧形閘門，明流引水道與渦室連接，渦室設置在豎井的頂端，豎井底端與出水洞連接，所述的短壓力進水口為深孔進水口；所述的明流引水道末端以1/4橢圓曲線同渦室偏心相切連接；所述的弧形閘門出口處設置摻氣跌坎，所述摻氣跌坎下游兩側(cè)的洞壁上設置通氣管。本發(fā)明采用短壓力的深孔進水口，兼顧放水和泄洪，用一條洞代替了泄洪洞和放水洞，降低了工程費用。解決高水頭大流速在進水口底部容易產(chǎn)生空蝕問題，設置了帶有通氣管的摻氣跌坎。優(yōu)化了明流引水道與渦室之間的連接結構，防止明流引水道與渦室連接段水躍封頂和向上游移動，降低泄流能力。
文檔編號E02B8/06GK102704448SQ20121020047
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權日2012年6月18日
發(fā)明者付輝, 余閩敏, 李福田, 楊開林, 王濤, 董興林, 郭新蕾, 郭永鑫 申請人:中國水利水電科學研究院