一種連接豎井與退水隧洞的消力井的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水利水電工程豎井溢洪道的泄洪消能領(lǐng)域，特別是一種連接豎井與退水隧洞的消力井。
【背景技術(shù)】
[0002]豎井溢洪道用于水利水電工程的泄洪消能，如圖1所示，其主要組成部分為:溢流堰1、過(guò)渡段2、豎井3、消力井4、退水隧洞5。退水隧洞與消力井4連接。
[0003]豎井溢洪道的水流經(jīng)過(guò)溢流堰，在溢流堰曲線(xiàn)下端形成高速水流；高速水流在過(guò)渡段脫離豎井井壁，并在豎井空腔內(nèi)自由跌落，在跌落過(guò)程中與空氣發(fā)生剪切和卷吸作用，挾帶大量的氣體射入消力井內(nèi)的水體中，引發(fā)激烈的碰撞、剪切和摻混，消剎大量的能量；水流在消力井內(nèi)以有壓流或明流的方式轉(zhuǎn)向進(jìn)入退水隧洞，再流入下游河渠。
[0004]豎井內(nèi)自由跌落的水流高速射入消力井，與消力井內(nèi)的水體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激濺和彈射，水流表面翻滾涌動(dòng)。激濺和彈射的水體拍擊退水隧洞進(jìn)口區(qū)段的頂部，對(duì)洞頂混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)不利的影響。當(dāng)翻滾涌動(dòng)的水流以明流的方式轉(zhuǎn)向進(jìn)入退水隧洞時(shí)，退水隧洞內(nèi)的水流流態(tài)極不穩(wěn)定。
[0005]從消力井內(nèi)水流的運(yùn)動(dòng)軌跡分析，由于圓筒型消力井的壁面對(duì)水流具有剛性的側(cè)向約束力，水流的流入與流出發(fā)生在同一個(gè)空間位置，水流流入的動(dòng)量與流出的動(dòng)量方向相反，入流與出流發(fā)生正面沖撞，豎直向上的流出動(dòng)量作用在流入的水體上，從而導(dǎo)致了水流強(qiáng)烈的激濺和彈射。為了確保退水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)的安全，同時(shí)使得退水隧洞內(nèi)的水流流態(tài)平穩(wěn)順暢，豎井溢洪道內(nèi)需要有一種穩(wěn)定水流流態(tài)的結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決豎井內(nèi)高速射入的水流與消力井內(nèi)的水體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激濺和彈射的問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種連接豎井與退水隧洞的消力井，確保退水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)的安全，同時(shí)滿(mǎn)足退水隧洞的泄流能力要求，保持水流流態(tài)平穩(wěn)順暢。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種連接豎井與退水隧洞的消力井，所述消力井的進(jìn)水端與豎井的出水端連通，該消力井的出水端與退水隧洞的進(jìn)水端連通;所述豎井進(jìn)水端通過(guò)豎向布置的過(guò)渡段與溢流堰的出水端連通;其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述消力井內(nèi)設(shè)置有依次連接的激濺區(qū)段、緩沖區(qū)段和調(diào)整區(qū)段;所述激濺區(qū)段的進(jìn)水端與豎井的出水端連通，所述調(diào)整區(qū)段的出水端與退水隧洞的進(jìn)水端連通;所述調(diào)整區(qū)段進(jìn)水端的底板高程不低于激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段的底板高程;所述調(diào)整區(qū)段出水端的底板高程高于激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段的底板高程;所述調(diào)整區(qū)段為出水端高于進(jìn)水端的逆向坡面結(jié)構(gòu)。
[0009]由此，本實(shí)用新型在消力井內(nèi)設(shè)置激濺區(qū)段、緩沖區(qū)段和調(diào)整區(qū)段，三個(gè)區(qū)段的水體是連通的，且在空間位置上依序排列。高速水流從豎井射入消力井，水流的運(yùn)動(dòng)軌跡依次是激濺區(qū)段、緩沖區(qū)段和調(diào)整區(qū)段，消力井內(nèi)水流的流入與流出不在同一個(gè)空間位置，避免了入流與出流的正面沖撞，水流豎直向下的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為水平方向上的動(dòng)量，不會(huì)作用在流入的水體上，從而大幅度地降低水流的激濺和彈射高度，避免水體拍擊退水隧洞的頂部。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，還可以對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
[0011]優(yōu)選地，所述激濺區(qū)段沿著水流方向的長(zhǎng)度等于豎井直徑，所述激濺區(qū)段的深度為退水隧洞最大泄流水深的2?4倍。所述深度是指退水隧洞進(jìn)口底板高程與激濺區(qū)段底板尚程之差。
[0012]優(yōu)選地，所述緩沖區(qū)段沿著水流方向的長(zhǎng)度為豎井直徑的1?2倍，緩沖區(qū)段的深度為退水隧洞最大泄流水深的2?4倍。所述深度是指退水隧洞進(jìn)口底板高程與緩沖區(qū)段底板高程之差。
[0013]優(yōu)選地，所述調(diào)整區(qū)段沿著水流方向的長(zhǎng)度為豎井直徑的2?3倍，調(diào)整區(qū)段的深度沿著水流方向減小。
[0014]優(yōu)選地，所述消力井沿著水流方向的整體長(zhǎng)度為豎井直徑的4?6倍，消力井的最大深度為退水隧洞最大泄流水深的2?4倍。所述最大深度是指退水隧洞進(jìn)口底板高程與消力井底板高程之差。
[0015]優(yōu)選地，所述消力井進(jìn)水端的寬度等于豎井直徑，所述消力井出水端的寬度等于退水隧洞的寬度。更進(jìn)一步地，當(dāng)消力井的寬度與退水隧洞的寬度不一致時(shí)，所述消力井的調(diào)整區(qū)段通過(guò)漸擴(kuò)或漸縮與退水隧洞銜接。
[0016]所述消力井的調(diào)整區(qū)段的底板沿著水流方向整體為斜坡面型式、階梯型式或交錯(cuò)排列的齒坎型式。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述過(guò)渡段的下部漸擴(kuò)與豎井進(jìn)水端連通。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型的消力井解除了水流下游壁面的剛性約束，水流在激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段內(nèi)將豎直向下的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為水平方向上的動(dòng)量，避免入流與出流的正面沖撞，最大限度地減小水流豎直向上的動(dòng)量交換，降低水流激濺和彈射的高度，確保退水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)的安全;水流在消力井的有限的激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段的水體中，既能像常規(guī)消力井一樣消剎一部分能量，又能留存一部分動(dòng)能，使得水流保持一定的速度進(jìn)入退水隧洞，最大限度地滿(mǎn)足退水隧洞的泄流能力要求;通過(guò)調(diào)整區(qū)段階梯或齒坎的穩(wěn)定作用，水流能夠平穩(wěn)地進(jìn)入退水隧洞，從而使得退水隧洞內(nèi)的水流流態(tài)平穩(wěn)順暢。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為現(xiàn)有的豎井溢洪道剖視圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的剖視圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型的一種消力井平面；
[0022]圖4為本實(shí)用新型的另一種消力井平面圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型的又一種消力井平面圖；
[0024]圖6為本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的剖視圖；
[0025]圖7為本實(shí)用新型又一種實(shí)施例的剖視圖。
[0026]在圖中，1 一溢流堰，2—過(guò)渡段，3—豎井，4 一消力井，5—退水隧洞，A—激濺區(qū)段，B—緩沖區(qū)段，C 一調(diào)整區(qū)段。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖2、圖3所示，本實(shí)施例中包括消力井4，所述消力井4的進(jìn)水端與豎井3的出水端連接，所述豎井3進(jìn)水端通過(guò)過(guò)渡段2與溢流堰1底部連接，所述消力井4內(nèi)設(shè)置有激濺區(qū)段A、緩沖區(qū)段B和調(diào)整區(qū)段C，并依次連接，所述消力井調(diào)整區(qū)段C的底板高程高于緩沖區(qū)段B的底板高程，在豎直平面上形成臺(tái)階，調(diào)整區(qū)段C的前半段為水平面，后半段為階梯型式，末端與退水隧洞5連通。
[0029]如圖4和圖5所示，當(dāng)消力井4的寬度與退水隧洞5的寬度不一致時(shí)，調(diào)整區(qū)段C通過(guò)漸擴(kuò)或漸縮與退水隧洞5銜接。
[0030]本實(shí)用新型中，豎井溢洪道進(jìn)口采用環(huán)型溢流堰，環(huán)型堰外周直徑12m，堰頂上游曲線(xiàn)為1/4圓弧曲線(xiàn)，堰頂下游為1/4橢圓曲線(xiàn);過(guò)渡段采用漸擴(kuò)方式與豎井連接;豎井采用內(nèi)徑為4m的圓形豎井;消力井寬度為4m，深度為6m，長(zhǎng)度為16m，其中:激濺區(qū)段、緩沖區(qū)段和調(diào)整區(qū)段的長(zhǎng)度分別為4m、4m和8m;調(diào)整區(qū)段的水平面長(zhǎng)度與階梯段長(zhǎng)度均為4m，深度為3m;通過(guò)階梯過(guò)渡至退水隧洞底部高程;退水隧洞與消力井寬度相等。
[0031]實(shí)施例2
[0032]如圖6所示，本實(shí)施例的消力井調(diào)整區(qū)段C整體為階梯型式的斜坡結(jié)構(gòu)，余下結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1類(lèi)同，不再贅述。
[0033]實(shí)施例3
[0034]如圖7所示，本實(shí)施例的消力井調(diào)整區(qū)段C整體為斜坡結(jié)構(gòu)，余下結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1類(lèi)同，不再贅述。
[0035]上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型，而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連接豎井與退水隧洞的消力井，所述消力井(4)的進(jìn)水端與豎井(3)的出水端連通，該消力井(4)的出水端與退水隧洞(5)的進(jìn)水端連通;所述豎井(3)的進(jìn)水端通過(guò)豎向布置的過(guò)渡段(2)與溢流堰(1)的出水端連通;其特征在于，所述消力井(4)內(nèi)設(shè)置有依次連接的激濺區(qū)段(A)、緩沖區(qū)段(B)和調(diào)整區(qū)段(C);所述激濺區(qū)段(A)的進(jìn)水端與豎井(3)的出水端連通，所述調(diào)整區(qū)段(C)的出水端與退水隧洞(5)的進(jìn)水端連通;所述調(diào)整區(qū)段(C)進(jìn)水端的底板高程不低于激濺區(qū)段(A)和緩沖區(qū)段(B)的底板高程;所述調(diào)整區(qū)段(C)出水端的底板高程高于激濺區(qū)段(A)和緩沖區(qū)段(B)的底板高程;所述調(diào)整區(qū)段(C)為出水端高于進(jìn)水端的逆向坡面結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述激濺區(qū)段(A)沿著水流方向的長(zhǎng)度等于豎井(3)直徑，所述激濺區(qū)段(A)的深度為退水隧洞(5)最大泄流水深的2?4倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述緩沖區(qū)段(B)沿著水流方向的長(zhǎng)度為豎井(3)直徑的1?2倍，緩沖區(qū)段(B)的深度為退水隧洞(5)最大泄流水深的2?4倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述調(diào)整區(qū)段(C)沿著水流方向的長(zhǎng)度為豎井(3)直徑的2?3倍，調(diào)整區(qū)段(C)的深度沿著水流方向減小。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述消力井(4)沿著水流方向的整體長(zhǎng)度為豎井(3)直徑的4?6倍，消力井(4)的最大深度為退水隧洞(5)最大泄流水深的2?4倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述消力井(4)進(jìn)水端的寬度等于豎井(3)直徑，所述消力井(4)出水端的寬度等于退水隧洞(5)的寬度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述消力井(4)的調(diào)整區(qū)段(C)通過(guò)漸擴(kuò)或漸縮與退水隧洞(5)銜接。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述消力井(4)的調(diào)整區(qū)段(C)的底板沿著水流方向整體為斜坡面型式、階梯型式或交錯(cuò)排列的齒坎型式。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的連接豎井與退水隧洞的消力井，其特征在于，所述過(guò)渡段(2)的下部漸擴(kuò)與豎井(3)的進(jìn)水端連通。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種連接豎井與退水隧洞的消力井，其包括消力井，所述消力井的進(jìn)水端與豎井的出水端連通，該消力井的出水端與退水隧洞的進(jìn)水端連通；所述消力井內(nèi)設(shè)置有依次連接的激濺區(qū)段、緩沖區(qū)段和調(diào)整區(qū)段；所述激濺區(qū)段的進(jìn)水端與豎井的出水端連通，所述調(diào)整區(qū)段的出水端與退水隧洞的進(jìn)水端連通；所述調(diào)整區(qū)段進(jìn)水端的底板高程不低于激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段的底板高程，調(diào)整區(qū)段出水端的底板高程高于激濺區(qū)段和緩沖區(qū)段的底板高程；所述調(diào)整區(qū)段為出水端高于進(jìn)水端的逆向坡面結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型能夠避免激濺和彈射水體拍擊退水隧洞頂部，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全，最大限度地滿(mǎn)足退水隧洞的泄流能力要求，同時(shí)使得退水隧洞內(nèi)的水流流態(tài)平穩(wěn)順暢。
【IPC分類(lèi)】E02B8/06
【公開(kāi)號(hào)】CN205088647
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520898725
【發(fā)明人】戴曉兵, 周琦, 苗寶廣
【申請(qǐng)人】中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日