臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，所述臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井是下部連通于隧道的豎井且包括排氣通道，在排氣通道的外部設(shè)有環(huán)繞排氣通道的環(huán)形泄水道，在環(huán)形泄水道內(nèi)設(shè)有環(huán)繞排氣通道的泄水臺階。在中間通道排氣的前提下，在豎井壁面設(shè)置泄水道，泄水道呈旋轉(zhuǎn)下降形式，在泄水道的過流表面為臺階的結(jié)構(gòu)。對于不同的設(shè)計泄流和落差，利用臺階的結(jié)構(gòu)形式，通過臺階之間的三角區(qū)漩渦旋滾、漩渦摻氣和水流表面的自摻氣，可以有效地進(jìn)行消能和防止空化空蝕破壞。
【專利說明】
臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及城市給排水工程排水建筑物中的一種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，主要用于滿足在較大的落差和排水泄量的條件下，保持高的消能率、防止泄水道過水表面的空化空蝕破壞，實現(xiàn)工程安全運行的需要。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展、城市人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及在全球氣候變化的進(jìn)一步加劇的情況下，極端天氣已經(jīng)成為目前我國城市發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。特別是一些強(qiáng)降雨天氣，使得城市陷入嚴(yán)重的內(nèi)澇，對社會管理、城市生產(chǎn)和生活造成巨大影響。據(jù)住建部2010年對國內(nèi)351個城市排澇能力的專項調(diào)研顯示，從2008年到2010年間，有62%的城市發(fā)生過不同程度的內(nèi)澇，其中內(nèi)澇災(zāi)害超過3次的城市有137個;在發(fā)生過內(nèi)澇的城市中，有57個城市的最大積水時間超過了 12小時。由此，解決城市暴雨內(nèi)澇已經(jīng)成為我國一些大城市建設(shè)的重要問題。城市市政排水系統(tǒng)，考慮到城市發(fā)展地面以下一定深度已經(jīng)布置埋設(shè)了各種設(shè)施，城市雨水深排系統(tǒng)亟待發(fā)展。
[0003]豎井是城市雨水深排系統(tǒng)重要的組成部分，用以將城市雨水轉(zhuǎn)移到具有一定深度的地下隧道中，對于一個豎井排水系統(tǒng)，當(dāng)一定量的水體泄入豎井排水系統(tǒng)時，有大致等量的空氣需要排除。因此，面臨著包括流量大、上下水位落差大、流速高、流態(tài)復(fù)雜和隧道排氣等許多問題。理論上，當(dāng)排水系統(tǒng)深度超過60m時，下泄水流流速將超過30m/s，由此帶來的消能和空化空蝕問題不可避免。因此研究和設(shè)計一種能同時滿足消能和防空化空蝕要求的豎井結(jié)構(gòu)是十分必要的。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提出一種能夠進(jìn)行泄水排氣并能防止空化空蝕破壞、保證高消能率的臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井。
[0005]本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，所述臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井是下部連通于隧道的豎井且包括排氣通道，在排氣通道的外部設(shè)有環(huán)繞排氣通道的環(huán)形泄水道，在環(huán)形泄水道內(nèi)設(shè)有環(huán)繞排氣通道的泄水臺階。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0008]本實用新型所述的臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，是在豎井中間為排氣通道，在邊壁為旋轉(zhuǎn)下降的泄水道，在旋轉(zhuǎn)下降的泄水道表面為臺階結(jié)構(gòu)。臺階結(jié)構(gòu)的泄水道，由于臺階與臺階之間的三角區(qū)內(nèi)漩渦旋滾和漩渦吸氣，消耗大量能量，有良好的消能效果；同時，泄水道表面將發(fā)生自摻氣，空氣通過水體表面摻入水體，加上臺階三角區(qū)的漩渦摻氣，形成一定摻氣濃度的摻氣水流，水流摻氣以后有良好的對過流表面的防空化空蝕保護(hù)作用。這樣，本實用新型提出的這種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，可以實現(xiàn)在大泄流、高落差條件下，豎井泄水道有效消能和防空化空蝕的目的。在中間的排氣通道暢通排氣條件下，水流進(jìn)入豎井后沿豎井旋轉(zhuǎn)下降的臺階面過流，即可以獲得較好的消能效果，又可以有良好的防空化空蝕的破壞作用。
[0009]本實用新型提出的臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，對于市政排水系統(tǒng)的排水，能夠消除較大水流泄量和落差帶來的能量，防止高流速引起的泄水道空化空蝕破壞。通過旋轉(zhuǎn)下降的形式和臺階的設(shè)置，在結(jié)構(gòu)相對簡單的同時，保證了高消能率，防空化空蝕破壞的發(fā)生，最終使排水結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定及消能效果得到保障。
【附圖說明】
[0010]圖1是臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井俯視圖；
[0011 ]圖2是臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井剖視圖；
[0012]圖3是小單寬流量時臺階泄水道水流流動的狀態(tài)示意圖；
[0013]圖4是大單寬流量時臺階泄水道水流流動的狀態(tài)示意圖；
[0014]圖5是某個中間單寬流量時臺階泄水道水流流動的狀態(tài)示意圖；
【具體實施方式】
[0015]—種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，所述臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井是下部連通于隧道的豎井且包括排氣通道I，在排氣通道I的外部設(shè)有環(huán)繞排氣通道I的環(huán)形泄水道2，在環(huán)形泄水道2內(nèi)設(shè)有環(huán)繞排氣通道2的泄水臺階21。在本實施例中，泄水臺階21呈螺旋上升或下降。泄水道過流表面臺階結(jié)構(gòu)，泄水道結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括泄水道外徑和內(nèi)徑、底坡、臺階個數(shù)和臺階尺寸可根據(jù)工程實際情況選定；泄水道在不同位置的臺階，其尺寸可以不同；臺階式泄水道豎井，其豎井可以是垂直的，也可以是不垂直的；豎井的內(nèi)徑上下可以相同的，也可以不相同的；臺階式泄水道豎井，其豎井形式可以是園的，也可以是其他形狀的形式。
[0016]本實用新型提出一種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井的結(jié)構(gòu)形式，利用中間通道排氣，通過旋轉(zhuǎn)降下降的臺階結(jié)構(gòu)泄水道過水。
[0017]臺階泄水道過水有其獨特的特點:在臺階泄水道上過水時，當(dāng)單位寬度的過水量不同時，臺階面上的水流流動將呈不同的狀態(tài)。當(dāng)單位寬度臺階上的過水量比較小時，水流流動呈跌落狀態(tài)(見圖3)，此時，水流從上一臺階面的端面跌落到下一臺階，水流順著臺階一個臺階接著一個臺階往下跌落，水流泄量小、流速小、總能量小，不會產(chǎn)生由于高流速而引起的空化空蝕問題，也不需要其他方式的消能，對泄水道而言是安全的。當(dāng)單位寬度臺階上的過水量較大時，水流流動呈滑落狀態(tài)(見圖4)，即臺階頂端的連線(見圖4中虛線)相當(dāng)于水流的一個虛擬的底板，水流順著頂端的連線直接滑落，在兩個臺階頂端的三角形區(qū)域內(nèi)的水流形成強(qiáng)烈的漩渦，并吸入空氣進(jìn)入漩渦，同時，在水流的表面由于流動自摻氣的作用，從表面進(jìn)入大量的空氣，形成摻氣水流。由此，有兩個方面的作用，其一，在臺階頂端的三角區(qū)域內(nèi)，由于強(qiáng)烈的漩渦旋滾和摻氣，將消耗大量的水能，達(dá)到臺階泄水道高效的消能作用;其二，由于在臺階的三角區(qū)內(nèi)漩渦的摻氣和水流表面的自摻氣，過臺階的水流有較大的摻氣濃度，當(dāng)水流的摻氣濃度達(dá)到3%以上，就可以有效地防止臺階過流面的空化空蝕破壞，起到防空化空蝕的作用。當(dāng)單位寬度臺階上的過水量介于小流量和大流量之間時，水流流動呈現(xiàn)跌落狀態(tài)和滑落狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)(見圖5)，此時，部分臺階上的水流在臺階頂端的三角區(qū)呈跌落的狀態(tài)，部分臺階上的水流在臺階頂端的三角區(qū)內(nèi)已經(jīng)漩渦并且摻氣，并且在水流的表面已經(jīng)形成自摻氣狀態(tài)，這樣在臺階頂端的三角區(qū)內(nèi)的水流，如果呈跌落狀態(tài)，其能量還相對較小，而在三角區(qū)內(nèi)的水流如果已經(jīng)形成漩渦，則通過漩渦旋滾和摻氣，有良好的消能作用;再者，通過漩渦的摻氣和表面的摻氣，水流達(dá)到足夠的摻氣濃度，可以保護(hù)泄水道不發(fā)生空化空蝕破壞?？傮w而言，臺階泄水道在不同的流動狀態(tài)，只要過流的單位寬度的流量不超過60m2/m.S，消能效果可以達(dá)到80%以上，并且，在漩渦摻氣和表面自摻氣的作用下，可以實現(xiàn)防止空化空蝕破壞的目的。
[0018]本實用新型提出的臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井的結(jié)構(gòu)形式，即在旋轉(zhuǎn)泄水道豎井的過水面設(shè)置臺階的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計其泄水道單位寬度上的流量控制在60m3/m.s之內(nèi)，這樣臺階過流面上的水流，在不同的單位寬度過流下，都有良好的消能效果和防治空化空蝕破壞的效果。
【主權(quán)項】
1.一種臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，其特征在于，所述臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井是下部連通于隧道的豎井且包括排氣通道(I)，在排氣通道(I)的外部設(shè)有環(huán)繞排氣通道(I)的環(huán)形泄水道(2)，在環(huán)形泄水道(2)內(nèi)設(shè)有環(huán)繞排氣通道(I)的泄水臺階(21)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺階旋轉(zhuǎn)泄水道豎井，其特征在于，泄水臺階(21)呈螺旋上升或下降。
【文檔編號】E03F5/04GK205530621SQ201620104789
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】吳建華, 任煒辰
【申請人】河海大學(xué)