[发明专利]双向对流分级跌落式消能竖井

说明书

本发明公开了一种双向对流分级跌落式消能竖井，包括同心套设的竖井和排气管，在所述竖井的内壁和排气管的外壁之间形成一环形区域；该环形区域的上端连接有进水渠，下端连接有调蓄隧道接入口；其中所述环形区域内自上而下等间距交错设有若干个跌落板，每一跌落板上竖直设有用于对称分隔该跌落板形成双流向的分流板。该双向对流分级跌落式消能竖井通过在竖井内布置多级跌落板，利用下跌双向水流的对冲作用、掺气作用和跌落板上水垫层的紊动扩散作用，降低下泄水流的流速，在提高竖井消能效果的同时有效抑制竖井局部区域的空化空蚀；同时分流板将水流一分为二，单位过流通道内的流量大幅减少，跌落板上的水位和流速降低，提高了竖井的消能效果。

技术领域

本发明涉及排水工程技术领域，尤其涉及一种双向对流分级跌落式消能竖井。

背景技术

市政工程调蓄隧道系统中的入流竖井根据管道布置特点通常需适应不同的入流流量和跌水深度的要求，同时受市政工程布置通气孔的限制，入流竖井通常还需兼顾系统排气的需要。现有的深层隧道系统入流竖井有直接跌落式、旋转滑道式、旋转阶梯式和折板跌落式等，直接跌落式竖井在跌落深度较大时，水流流速过大，通常不适宜采用；旋转滑道式竖井和旋转阶梯式竖井旋转流道内的水流内外水面差较大，显著影响竖井的泄流流量，且旋转滑道式竖井的消能效果通常不佳；折板跌落式竖井在小流量条件下水流的消能效果及防空化空蚀效果相对较好，且对大深度的竖井跌落有较好的适应性，但竖井过流通道占比通常较小，在下泄相同的流量条件下，需采用更大尺寸的竖井直径，空间利用率较低。目前，还尚未有针对调蓄隧道系统入流竖井结构布置的国家标准，设计一种结构简单，入流流量和跌水深度适应能力强，且能同时满足入流、消能和排气要求的竖井形式对调蓄隧道系统工程的安全、稳定运行具有重要的意义。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种可改善竖井入流量适应范围、提高消能效率和竖井空间利用率的双向对流分级跌落式消能竖井。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种双向对流分级跌落式消能竖井，包括同心套设的竖井和排气管，在所述竖井的内壁和排气管的外壁之间形成一环形区域；该环形区域的上端连接有进水渠，下端连接有调蓄隧道接入口；其中所述环形区域内自上而下等间距交错设有若干个跌落板，每一跌落板上竖直设有用于对称分隔该跌落板形成双流向的分流板。该双向对流分级跌落式消能竖井中利用在竖井内布置多级跌落板，利用下跌双向水流的对冲作用、掺气作用和跌落板上水垫层的紊动扩散作用，降低下泄水流的流速，在提高竖井消能效果的同时有效抑制竖井局部区域的空化空蚀；同时分流板将水流一分为二，单位过流通道内的流量大幅减少，跌落板上的水位和流速降低，水流动能减小，进一步提高了竖井的消能效果。

其中，所述跌落板为一扇环形板，该扇环形板的两端形成两跌落口，相邻两层的扇环形板跌落口在水平投影面上相互交错设置；其中，位于首层的跌落板和分流板分别与进水渠相连接，水流从进水渠流入环形区域内，由首层跌落板和分流板分隔形成双向水流依次流向下一层跌落板，并在环形区域内形成双向对流分级跌落式水流。该双向对流分级跌落式消能竖井中的水流从进水渠流入首层跌落板内，沿着跌落板从两跌落口分别流出以自由下跌的形式流至下一层跌落板上，形成掺气水流，大量能量得以消除；同时该结构形式的跌落板有效利用了竖井的内部空间，结构布置紧凑且空间利用率高。

优选的，所述相邻上下层跌落板之间的距离h为3m～6m。

进一步，所述跌落板的数量为n＝(H-h₁-h₂)/h+1，其中H为竖井深度，h₁为首层跌落板底部到竖井顶部的距离，h₂为底层跌落板底部到竖井底部的距离。

再者，所述跌落板的扇形包角2α为240°≤2α≤300°，该跌落板上两跌落口之间的角度β为60°≤β≤120°，且2α+β＝360°。