[实用新型]一种连接竖井与退水隧洞的消力井

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程竖井溢洪道的泄洪消能领域，特别是一种连接竖井与退水隧洞的消力井。

背景技术

竖井溢洪道用于水利水电工程的泄洪消能，如图1所示，其主要组成部分为：溢流堰1、过渡段2、竖井3、消力井4、退水隧洞5。退水隧洞与消力井4连接。

竖井溢洪道的水流经过溢流堰，在溢流堰曲线下端形成高速水流；高速水流在过渡段脱离竖井井壁，并在竖井空腔内自由跌落，在跌落过程中与空气发生剪切和卷吸作用，挟带大量的气体射入消力井内的水体中，引发激烈的碰撞、剪切和掺混，消刹大量的能量；水流在消力井内以有压流或明流的方式转向进入退水隧洞，再流入下游河渠。

竖井内自由跌落的水流高速射入消力井，与消力井内的水体发生碰撞，产生强烈的激溅和弹射，水流表面翻滚涌动。激溅和弹射的水体拍击退水隧洞进口区段的顶部，对洞顶混凝土结构带来不利的影响。当翻滚涌动的水流以明流的方式转向进入退水隧洞时，退水隧洞内的水流流态极不稳定。

从消力井内水流的运动轨迹分析，由于圆筒型消力井的壁面对水流具有刚性的侧向约束力，水流的流入与流出发生在同一个空间位置，水流流入的动量与流出的动量方向相反，入流与出流发生正面冲撞，竖直向上的流出动量作用在流入的水体上，从而导致了水流强烈的激溅和弹射。为了确保退水隧洞混凝土结构的安全，同时使得退水隧洞内的水流流态平稳顺畅，竖井溢洪道内需要有一种稳定水流流态的结构。

实用新型内容

为了解决竖井内高速射入的水流与消力井内的水体发生碰撞，产生强烈的激溅和弹射的问题，本实用新型旨在提供一种连接竖井与退水隧洞的消力井，确保退水隧洞混凝土结构的安全，同时满足退水隧洞的泄流能力要求，保持水流流态平稳顺畅。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种连接竖井与退水隧洞的消力井，所述消力井的进水端与竖井的出水端连通，该消力井的出水端与退水隧洞的进水端连通；所述竖井进水端通过竖向布置的过渡段与溢流堰的出水端连通；其结构特点是，所述消力井内设置有依次连接的激溅区段、缓冲区段和调整区段；所述激溅区段的进水端与竖井的出水端连通，所述调整区段的出水端与退水隧洞的进水端连通；所述调整区段进水端的底板高程不低于激溅区段和缓冲区段的底板高程；所述调整区段出水端的底板高程高于激溅区段和缓冲区段的底板高程；所述调整区段为出水端高于进水端的逆向坡面结构。

由此，本实用新型在消力井内设置激溅区段、缓冲区段和调整区段，三个区段的水体是连通的，且在空间位置上依序排列。高速水流从竖井射入消力井，水流的运动轨迹依次是激溅区段、缓冲区段和调整区段，消力井内水流的流入与流出不在同一个空间位置，避免了入流与出流的正面冲撞，水流竖直向下的动量转化为水平方向上的动量，不会作用在流入的水体上，从而大幅度地降低水流的激溅和弹射高度，避免水体拍击退水隧洞的顶部。

根据本实用新型的实施例，还可以对本实用新型作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

优选地，所述激溅区段沿着水流方向的长度等于竖井直径，所述激溅区段的深度为退水隧洞最大泄流水深的2～4倍。所述深度是指退水隧洞进口底板高程与激溅区段底板高程之差。

优选地，所述缓冲区段沿着水流方向的长度为竖井直径的1～2倍，缓冲区段的深度为退水隧洞最大泄流水深的2～4倍。所述深度是指退水隧洞进口底板高程与缓冲区段底板高程之差。

优选地，所述调整区段沿着水流方向的长度为竖井直径的2～3倍，调整区段的深度沿着水流方向减小。

优选地，所述消力井沿着水流方向的整体长度为竖井直径的4～6倍，消力井的最大深度为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进口底板高程与消力井底板高程之差。

优选地，所述消力井进水端的宽度等于竖井直径，所述消力井出水端的宽度等于退水隧洞的宽度。更进一步地，当消力井的宽度与退水隧洞的宽度不一致时，所述消力井的调整区段通过渐扩或渐缩与退水隧洞衔接。

所述消力井的调整区段的底板沿着水流方向整体为斜坡面型式、阶梯型式或交错排列的齿坎型式。

根据本实用新型的实施例，所述过渡段的下部渐扩与竖井进水端连通。