[发明专利]适用于深层隧道系统的分级跌落式旋流竖井有效

专利信息
申请号: 201710279976.0 申请日: 2017-04-26
公开(公告)号: CN107034978B 公开(公告)日: 2019-04-12
发明(设计)人: 王晓升;叶源新;陈毓陵;周春天;白占伟;冯建刚;张睿;朱言悦;王树仿;孙靖康 申请(专利权)人: 河海大学;上海城投水务工程项目管理有限公司
主分类号: E03F5/04 分类号: E03F5/04;E03F5/08
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 张婧
地址: 210098 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 竖井 环形区域 旋流竖井 跌落式 分级 隧道系统 排气管 旋流板 等间距均布 多级旋流 局部区域 空化空蚀 扩散作用 隧道接入 同心套设 有效抑制 进水渠 上端 掺气 内壁 外壁 紊动 下端 消能
【说明书】:

发明公开了一种适用于深层隧道系统的分级跌落式旋流竖井,包括同心套设的竖井和排气管,在该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,环形区域内自上而下等间距均布有若干个旋流板,环形区域下端连接有调蓄隧道接入口。该分级跌落式旋流竖井中利用在竖井内布置多级旋流板,利用下跌水流的掺气作用和旋流板上水垫的紊动扩散作用,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。

技术领域

本发明涉及排水工程技术领域,尤其涉及一种适用于深层隧道系统的分级跌落式旋流竖井。

背景技术

随着我国城镇化进程的快速推进,城市下垫面的透水性能不断降低,内河水面率不足,调蓄功能锐减,城市排水系统排涝能力严重不足。深层调蓄隧道系统能有效增加雨水调蓄能力,防止内涝,且由于隧道埋深较大,可充分利用城市深层地下空间,避免大量征地和拆迁,在我国大城市排水规划中的应用越来越多。

深层调蓄隧道系统由于埋深较大,通常采用大深度垂直竖井形式入流,竖井主要起入流、消能和排气的作用,竖井水流流态及水力特性对系统的安全稳定运行具有重要的影响。现有的深层隧道系统入流竖井有直接跌落、旋转滑道、旋转阶梯和折板等形式。直接跌落式竖井在跌落深度较大时,水流流速过大,易产生空化空蚀现象,在大深度深层隧道系统中通常不适宜采用;旋转滑道式竖井在离心力的作用下,水流沿井壁螺旋下降,落入下方的水垫层中,受井壁高速旋流影响,竖井防空化性能大幅提高,但旋流流速过大,竖井底部及隧道进口水流条件较差;旋转阶梯式竖井利用旋转台阶对下泄水流进行掺气,可以有效提高竖井的防空化和消能效果,但竖井对下泄流量的适应能力有所降低;折板式竖井对水流的下泄流量适应性较好,且消能效果较优,但折板式竖井的排气通道布置尺寸通常较大,不利于充分利用入流竖井的空间结构。目前,还尚未有针对深层隧道系统入流竖井结构布置的国家标准,对不同进出流条件下的深隧系统,现有的入流竖井难以同时有效解决入流、消能及排气的要求。

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适用于深层隧道系统的分级跌落式旋流竖井。

技术方案:为实现以上目的,本发明所述的一种适用于深层隧道系统的分级跌落式旋流竖井,包括同心套设的竖井和排气管,在该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,环形区域内自上而下等间距均布有若干个旋流板,环形区域下端连接有调蓄隧道接入口。该分级跌落式旋流竖井中利用在竖井内布置多级旋流板,利用下跌水流的掺气作用和旋流板上水垫的紊动扩散作用,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。

其中,所述旋流板包括扇环形板,该扇环形板的首端垂直设有挡水板;其中,位于首层的旋流板与进水渠相连接,每一层旋流板的尾端与下一层旋流板的首端在水平投影面上相接,并在环形区域内形成分级旋式水流通道。该分级跌落式旋流竖井中的水流从进水渠流入首层旋流板内,沿着旋流板从旋流板尾端流出以自由下跌的形式流至下一层旋流板上,形成大量掺气,水流能量沿分级旋式水流通道内被消能;同时该扇形环板结构的旋流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,所述相邻上下层旋流板之间的距离为h>(Q/1.5b)2/3,其中Q为竖井入流流量,b为旋流板宽度,b=(D-d1)/2,其中D为竖井直径,d1为排气管直径。

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

再者,所述旋流板的扇形包角α为180°≤α≤270°。

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