CN105604174A - 一种环形折板消能竖井 - Google Patents

Abstract

本发明属于给排水技术领域，具体说，涉及一种环形折板消能竖井，包括井身段及至少一个进口段；井身段为圆形结构，由内外两部分组成；内外两部分由圆形隔墙隔开，内部形成干区，外部形成环形湿区；湿区至少设有一个竖直挡墙；湿区沿竖直方向布置有多层平面环形折流板；折流板为开口型，一端与挡墙连接，另一端形成开口，开口在竖直方向上交错设置；水流折返通道的隔墙上设有多个用于连通干、湿两区的通气孔；最底层所述折流板的开口位置根据井身段底部结构和/或水流流态要求进行布置。本发明通过在湿区设环形折流板，延长了流道长度，增加了消能效果，改善了水流流态，增加了进出口布置的灵活性，可布置多个通气孔，即可保证通气，又方便检修。

Description

一种环形折板消能竖井

技术领域

本发明属于给排水技术领域，具体说，涉及一种环形折板消能竖井。

背景技术

竖井是衔接深层排水系统与浅层排水管网水流的建筑物，其与上游收集系统、下游深层排水系统一起组成复杂的水力系统。

竖井存在的主要水力学问题有消能问题、水力稳定性问题和水流引起的通气进气等问题。上述问题如不能妥善解决，则不仅会影响竖井和深层排水系统的安全可靠运行，还带来振动、噪声、异味等环境污染问题。

为解决竖井水力学问题，常用的竖井型式有跌流竖井、旋流竖井、挡板竖井。其中以挡板竖井适用范围最大，应用广泛。

挡板竖井(折板消能竖井)采用两侧并列结构，利用竖直隔墙将圆形竖井分为两侧均为半圆形，或一侧为多半圆另一侧为少半圆的“干”“湿”两区，其中“干区”通气，兼具检修功能，“湿区”过流；“湿区”交错布置多层不规则扇形折板，隔墙上每层隔墙之间设有通气孔，用于连通“干”“湿”两区的空气流动，同时，该通气孔还兼具检修功能；该竖井的进口一般与湿区相切连接，底层折板出流方向取决于上层折板布置及总层数。参图1至图3所示，图中，11为进口段、12为干区、13为湿区、14为中隔墙、15为出口衔接段、16为深隧、17为折板。

这种体型有以下不足：

1、湿区每层折板长度较短，水流行程较短，流态调整空间小，板间距设计受限较大，容易形成S形贴壁流，消能效果欠佳。

2、一旦干湿区位置拟定，则顶层折板来流方位和底层折板出口方位就受到限制，布置有一定局限性，难以根据实际需要进行灵活布置。

3、半圆形干区有效空间较小；同时折流板较短，隔墙通气孔位置选择余地小，不便于检修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形折板消能竖井，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种环形折板消能竖井，包括井身段及至少一个进口段；进口段的下游端连接井身段的上端，上游端用于连接表层或浅层管网；井身段的下端用于连接深层排水隧洞；

井身段为圆形结构，由内外两部分组成；内外两部分由圆形隔墙隔开，内部形成用于通气的干区，外部形成用于过流的环形湿区；井身段顶部设有顶板，底部设有底板。

湿区至少设有一个竖直挡墙，挡墙沿竖井井身径向布置，一端与隔墙连接，另一端与竖井井壁相连；湿区沿竖直方向布置有多层平面环形折流板；折流板为开口型，一端与挡墙连接，另一端与挡墙形成开口，开口在竖直方向上交错设置，形成水流折返通道；水流折返通道的隔墙上设有多个用于连通干、湿两区的通气孔；

进口段的下游端与井身段的井壁相切连接；最底层折流板的开口位置根据井身段底部结构和/或水流流态要求进行布置。

进一步，该竖井还包括出口衔接段，井身段的下端通过出口衔接段连接深层排水隧洞。

进一步，进口段的上游端还用于连接排水渠、沉砂池或闸门。

进一步，进口段采用矩形断面体型。

进一步，出口衔接段采用城门洞型或圆形，其首端底部高程与底板平齐。

进一步，通气孔设于各层通道顶部，接近上层折流板。

进一步，通气孔的形状为圆形或方形。

与现有技术相比本发明的有益效果是：采用内外双层结构，在湿区设环形折流板，延长了流道长度，增加了消能效果，改善了水流流态，并可自由调整入流和出流的位置，增加了进出口布置的灵活性，同时，还可在每层过流通道圆形隔墙上布置多个通气孔，即可保证通气，又方便检修。

附图说明

图1是现有技术中折板消能竖井的结构示意图；

图2是图1的1-1剖视图；

图3是图1的2-2剖视图；

图4是本发明一种环形折板消能竖井第一实施例的结构示意图；

图5是图4的1-1剖视图；

图6是图4的2-2剖视图；

图7是图4去除顶板的立体图；

图8是图4去除边壁的立体图；

图9是本发明一种环形折板消能竖井第二实施例的竖井中间层平面示意图；

图10是图9的1-1剖视图；

图11是图9的2-2剖视图；

图12是基于图9折流板总层数为偶数的竖井首层平面示意图；

图13是基于图9折流板总层数为偶数的竖井中间层平面示意图；

图14是本发明一种环形折板消能竖井第三实施例的折流板总层数为偶数的竖井首层平面示意图；

图15是本发明一种环形折板消能竖井第三实施例的折流板总层数为奇数的竖井首层平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至13所示，本实施例提供了一种环形折板消能竖井，包括井身段及至少一个进口段21；进口段21的下游端连接井身段的上端，上游端用于连接表\浅层管网；井身段的下端用于连接深层排水隧洞29；

井身段为圆形结构，由内外两部分组成；内外两部分由圆形隔墙22(中隔墙)隔开，内部形成用于通气的干区23，外部形成用于过流的环形湿区24，内部通气干区半径大小要保证供气充分，且满足检修需要；外部湿区径向宽度以满足过流要求。井身段顶部设有顶板，底部设有底板。

湿区24至少设有一个竖直挡墙25(竖墙)，挡墙25沿井身径向布置，一端与隔墙22连接，一端与井壁连接，湿区24沿竖直方向布置有多层平面环形折流板26，多层平面环形折流板26构成中间层；折流板26为开口型，一端与挡墙25连接，另一端与挡墙形成开口，开口在竖直方向上交错设置，水流从上层折流板末端(开口处)跌落到下层折流板，在竖墙的阻挡作用下，水流在下层折流板沿相反方向绕行，依次逐层跌落，形成水流折返通道；水流折返通道的隔墙22上设有多个用于连通干、湿两区的通气孔27。其中，图5中标号30为同一挡墙的两个侧面。

进口段21的下游端与井身段的井壁相切连接；最底层折流板26的开口位置根据井身段底部结构和/或水流流态要求进行布置。

本实施例提供的环形折板消能竖井，通过采用环形折流板，延长了流道长度，增加了消能效果，同时，提高了水流跌落后的调整空间，可避免出现贴壁流等不利水流现象，改善了水流流态；环形折板可自由调整入流和出流的位置，增加了进出口布置的灵活性；折流板为环形，可在每层过流通道圆形隔墙上布置多个通气孔，即可保证通气，又方便检修。

在本实施例中，该竖井还包括出口衔接段28，井身段的下端通过出口衔接段28连接深层排水隧洞29。

在本实施例中，进口段21的上游端还用于直接连接排水渠、沉砂池或闸门等控制过流建筑物，上游端宽度和底部高程根据浅层管道和渠道布置拟定，末端宽度可小于或等于竖井外环宽度，底部按水平或顺坡布置。

在本实施例中，进口段21可采用矩形断面体型。

在本实施例中，出口衔接段28可采用城门洞型或圆形，其首端底部高程与底板平齐。

在本实施例中，通气孔27设于各层水流折返通道顶部，接近上层折流板，以免水面波动激溅封堵通气孔影响通气。通气孔可为方形或圆形，各层通气孔总面积应满足通气量要求，同时单个通气孔还应满足检修要求。

在本实施例中，通气孔27的形状为可以采用圆形或方形。

在本实施例中，各层折流板26间距不宜过小，以免跌落水流反弹后充满整个过流断面，影响空气流通和流态的稳定；各板间距也不宜过大，以免水流跌落对下层折流板冲击过大，同时水流跌落能量在下层折流板难以完全消耗，形成能量累积，且影响水流流态。

下面通过具体实例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参图4至图8所示的环形单通道折板竖井。

本实施例中的环形折板消能竖井，包括进口段21、井身段和出口衔接段28。竖井采用双层结构，内层为圆形“干区”，主要功能是通气和检修，兼具缓解深隧浪涌。内层直径为D，考虑其通气和检修功能，一般不宜小于1.5m。外层为环形“湿区”，是为过流通道，主要承担过流、消能作用。环形宽度(内外半径差)B，可按单宽泄流量来控制，设计单宽流量一般控制在2～8m²/s之间为宜。

湿区通道设置一道径向竖墙(挡墙25)和多层环形折流板26。上下折板间距h，各层折板环形过流断面净空面积不小于20％，适宜的板间距应保证水流不雍堵通道，不影响泄流量。同时板间距不宜过大，以防止水流下泄对下层折板的强烈冲击和消能效果的降低。环形折板起始于竖墙一侧，绕行近一周后在距竖墙另一侧一定间距处止，以便水流下泄跌落，该间距应保证水流直接跌落在下层折流板26上，而非先抛射至竖墙上之后再行滑落至下层折流板26。

内层“干区”和外层“湿区”之间通过圆筒形隔墙22隔开。隔墙22上各层折板之间可布置多个通风检修孔(通风孔27)，孔口可方可圆，大小应考虑检修需求。各层通风孔27数量以2～4个为宜，可均匀分布，高度方向应靠近各层折流板通道顶部，以避免水帘封闭而影响通风。圆桶形隔墙22底部与底层折流板平齐，但其两侧可向下延伸与底板相接，以提高结构整体稳定性。

竖井进口段采用单侧单进口布置方式，采用矩形槽式断面，底板高程变化或水平或顺坡，宽度可渐变，与竖井“湿区”外侧圆弧相切衔接，衔接处宽度小于或等于竖井“湿区宽度”，衔接处进口底板高程大于第一层折流板高程，保证水流能自由跌流，“湿区”首层折流板不致影响进口段过流能力。

竖井出口段根据竖井与深层排水隧洞29的相互位置，可采用直接相连或过渡段(出口衔接段28)衔接。对于直接相接型式，底层折流板出流位置当使水流跌落出流方向背离深隧进口方向，这样有利于延长水流行程，促进掺气逸出，减少深隧进气。对于过渡段布置方式，过渡段可采用圆形或城门洞形断面，过渡段进口底板高程与竖井底板等高，过渡段水平或顺坡布置，出口底板高程等于或高于深隧底部高程。

实施例2：

参图9至13所示的环形双通道折板竖井，即单侧双进口半环形折板消能竖井。

本实施例与实施例1相比，主要区别如下：

首先采用单侧双进口布局，即设置基本对称的两个进口(进口段21)，进口布置见图。对应的，增加一道径向竖墙，将过流“湿区”分为对称两半，每部分过流通道由环形变为半环形，同样各层折流板26也按近半环布置。出口段布置相同，两过流通道底层折流板出流位置的设置宜使水流出流方向背离深隧进口方向，以利于排气。为保证底层折流板26出流方向，需根据总折流板层数和进出口位置对第一层折流板的水流方向进行调整。

对于进口和出口位于竖井两侧的情况，当总折流板层数为偶数时，第一层折板仅作为过渡水流作用，不进行折流，水流从进口跌落后顺势流出跌入第二层折流板(见图12)。当总折流板层数为奇数时，第一层折流板即进行折流，水流从进口跌落后，在第一层折流板挡墙的作用下反向流出，跌入第二层折流板(见图13)。对于进口与出口位于竖井同侧的情况，根据相同原则进行对调设置即可。

圆桶形隔墙22底部与底层折流板平齐，如结构满足稳定性要求，两侧可不向下延伸。

实施例3：

参图14及15所示的双侧双进口半环形折板消能竖井。

本实施例与实施例1相比，主要区别如下：

首先采用双侧双进口布局，即在竖井两侧设置两个进口。对应的，增加一道径向竖墙，将过流“湿区”分为对称两半，每部分过流通道由环形变为半环形，同样各层折流板也按近半环布置。出口段布置相同，两个过流通道底层折流板出流位置宜位于深隧进口的另一侧。基于与实施例2相同的原则，根据总折流板层数的奇偶性和进出口相对位置关系对第一层折流板进行对应布置。

圆桶形隔墙22底部与底层折流板平齐，如结构满足稳定性要求，两侧可不向下延伸。

实施例4：

多个进口不一定都布置于竖井顶部，可根据需要分层布置，各层进口可参照前述进口布置原则布置，竖井湿区过流通道可采用环形单通道或半环形双通道布置。

本发明通过提供一种环形折板消能竖井，具有如下有益效果：

1)“湿区”过流通道为环形，其折流板同样为环形，折板长度最长可接近绕行一周，旋流流态和流道的延长增加了消能效果，提高了水流跌落后的调整空间，可避免出现贴壁流等不利水流现象，改善了水流流态。

2)环形折板可自由调整入流和出流的位置：最上层环形折板可布置多个进口，或多进口分层布置，各进口位置没有明确限制，最底层环形折板末端可根据深隧位置和流态需求设置，增加了进出口布置的灵活性。

3)折流板为环形，绕行近一周，可在每层过流通道圆形隔墙上布置多个通气孔，即可保证通气，又方便检修。

4)采用内部圆形和外部环形的双层结构，作为通风和检修的通道，内部干区采用圆形结构可最大限度的利用空间，有利于节省工程建造成本和节约工程占地空间，而外部环形过流通道可灵活布置通风孔，便于通风和检修。。

5)该竖井体型专门针对城市表、浅层排水系统与深层排水系统的水力衔接而设计，适用水流落差范围大、流量范围广。

6)该竖井体型在一定的水头和流量变化范围内，能保证水流具有良好的流态和理想的消能效果，满足城市深层排水系统泄洪排涝要求。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (7)

1.一种环形折板消能竖井，其特征在于，包括井身段及至少一个进口段；所述进口段的下游端连接所述井身段的上端，上游端用于连接表层或浅层管网；所述井身段的下端用于连接深层排水隧洞；

所述井身段为圆形结构，由内外两部分组成；内外两部分由圆形隔墙隔开，内部形成用于通气的干区，外部形成用于过流的环形湿区；所述井身段顶部设有顶板，底部设有底板。

所述湿区至少设有一个竖直挡墙，所述挡墙沿竖井井身径向布置，一端与所述隔墙相连，另一端与竖井井壁相连；所述湿区沿竖直方向布置有多层平面环形折流板；所述折流板为开口型，一端与所述挡墙连接，另一端与挡墙形成开口，所述开口在竖直方向上交错设置，形成水流折返通道；所述水流折返通道的隔墙上设有多个用于连通干、湿两区的通气孔；

所述进口段的下游端与所述井身段的井壁相切连接；最底层所述折流板的开口位置根据井身段底部结构和/或水流流态要求进行布置。

2.根据权利要求1所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，还包括出口衔接段，所述井身段的下端通过所述出口衔接段连接深层排水隧洞。

3.根据权利要求1所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，所述进口段的上游端还用于连接排水渠、沉砂池或闸门。

4.根据权利要求1所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，所述进口段采用矩形断面体型。

5.根据权利要求2所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，所述出口衔接段采用城门洞型或圆形，其首端底部高程与所述底板平齐。

6.根据权利要求1所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，所述通气孔设于各层通道顶部，接近上层折流板。

7.根据权利要求6所述的一种环形折板消能竖井，其特征在于，所述通气孔的形状为圆形或方形。