CN114837142B - 一种减少洞库气爆破坏的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少洞库气爆破坏的结构，涉及防汛技术领域，包括降速消能导流板、导流墩和气团破碎涡轮，降速消能导流板从洞库顶部两侧边墙迎着水流方向倾斜伸出，降速消能导流板伸出至接近中轴线位置，降速消能导流板沿两侧边墙交错布置，导流墩设于一侧两个相邻降速消能导流板之间，导流墩末端连线设有气团破碎涡轮。本发明的目的在于提供一种快速充水情况下，减少流态瞬变的洞库气爆破坏的结构。

Description

一种减少洞库气爆破坏的结构

技术领域

本发明属于防汛技术领域，具体涉及一种减少洞库气爆破坏的结构。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

地下洞库或深隧内水力流态非常复杂，存在明流、无压满流、有压流等不同流态。在洞库/隧洞充满水的过程中，水流在到达封闭的洞库最低一端边墙的时候形成回流，并在接近洞顶的位置迅速从低往高流动、充满洞顶空间，在此过程中水流夹带水流形成空气腔，同时对洞顶的空气进一步压缩，随着压力逐渐累积，往往在入流井、窨井、通气孔等结构突变部位产生气爆，冲击力将导致管道破裂甚至爆炸形成水柱直接冲出地面。

现有技术如公开号为CN 108252390 B，名为《一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井》的发明。此发明公开了一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，由环形喇叭口、圆筒、筒壁气孔、气孔圆环、隔板和通气孔等组成。当挟带大量截留气团的水流由排水管道流入入流竖井时，环形喇叭口导气至竖井和圆筒之间的夹层，交错布置的气孔圆环充分分割大气团，可以有效地缓解入流竖井间歇性剧烈浪涌；分割后的气泡部分从夹层排出，另一部分通过筒壁气孔进入圆筒，可以大大缓解夹层排气压力；气泡沿圆筒内壁上升，筒壁布置隔板，各层隔板上的通气孔两两交错布置，可以有效地避免气泡重新聚合成大气团，同时降低气泡上升速度，大大缓解圆筒排气压力，改善排水管道入流竖井的气爆现象。

现有技术又如公开号为CN 108331140 B，名为《一种消除深层排水系统截留气团的方法》的发明。此发明公开了一种消除深层排水系统截留气团的方法，在深层排水管道中设置单向通气及除臭装置的气体通道，用于排除有压管道中大量的截留气团，吸附臭气，避免水流冲击滞留气团引起过大压力波动，减少对管道的冲击，增加管道的使用寿命。当隧洞内的水流逐渐由明流状态转变为有压状态时，该装置快速吸收气体，气体经过活性炭和离子除臭装置排出，当空气排完时，管道中单向阀内水位上升，浮球漂浮至关闭位置，停止排气。此发明在满足其他条件的情况下，可以快速排出深层隧洞内的空气，吸附臭气，避免水流冲击截留气团出现过大的压力。

不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速充水情况下，减少流态瞬变的洞库气爆破坏的结构。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种减少洞库气爆破坏的结构，包括，

降速消能导流板，降速消能导流板从洞库顶部两侧边墙迎着水流方向倾斜伸出，降速消能导流板到接近中轴线位置中断，多个降速消能导流板沿两侧边墙交错布置；

导流墩，导流墩设于一侧两个相邻降速消能导流板之间；

气团破碎涡轮，气团破碎涡轮设在导流墩末端延长线上。

在地下洞库或隧洞充满水的过程中，水流会从顶端流入并向下灌入，当水流到达封闭洞库最低端边墙的时候会形回流，水流会在接近洞顶的位置迅速从洞库底部向高处流动。本装置设置于洞库顶部并沿洞库方向延伸，降速消能导流板从洞库顶部两侧边墙迎着水流方向倾斜伸出，且导流墩设于一侧两个相邻降速消能导流板之间，向高处回流的水体会在降速消能导流板以及导流墩作用下，在沿洞库边墙一侧的水体会在降速消能导流板末端形成涡流，通过涡流的形成可以抵消导流墩另一侧直行水体的作用力，使得水流流速变缓慢，有利于抑制或减缓洞库或隧洞中的水体以及气体向上游流动速度，同时可以引导导流墩附近气体对向上流动介质进行阻流进一步减缓介质向上游流动；此外，通过在导流墩末端连线设有气团破碎涡轮，涡流可以带动气团破碎涡轮旋转，水流中的气团也会在水流的作用下冲进气团破碎涡轮，进而气团破碎涡轮会对气团进行破碎处理，将水流中的较大的气泡形成较小的破碎气泡，以避免成较大的空腔，进而避免气爆的风险。

且根据不同设施对水流降速需求，采用不同的降速消能导流板交错布置的数量。通过不同数量降速消能导流板的设置，可以对不同环境和长度的洞库或隧洞进行保护，从而避免气爆的风险，提高了本装置的适用范围。

根据本发明一实施例所示，降速消能导流板与边墙连接处开设有垂直设置的吸能洞。

当从洞库底部水体回流，水体在经过降速消能导流板和导流墩后，形成的涡流在气团破碎涡轮之后，形成带有破碎气泡的水流。通过在降速消能导流板与边墙开设垂直设置的吸能洞，带有一定破碎气泡的水流会在降速消能导流板底端的吸能洞处形成较小的气爆，气爆冲向吸能洞深处。

通过吸能洞的设计，可以对破碎气泡形成的较小的气爆产生的冲击能量进行吸收，防止破碎气泡聚合成为较大气泡进而其产生的气爆破坏管道或地形，与气团破碎涡轮共同配合消除较大的空腔造成的危害，提高装置应对较大的空腔的能力，进而提高对洞库或隧洞的保护能力，提高本装置的使用时间。

更进一步的，降速消能导流板与边墙采用圆弧线连接，吸能洞边缘与其贴合设置，即吸能洞半径与降速消能导流板与边墙采用圆弧线半径相同。通过吸能洞边缘与其贴合，进而使得带有破碎气泡的水流所产生的气爆准确的进入到吸能洞中，防止成较小的气爆对降速消能导流板或边墙造成损坏，提高整体装置的使用寿命；此外，通过贴合设置，进而使得水流在流经吸能洞时，在吸能洞内形成旋流，进一步提高破碎气泡吸入吸能洞的可能性，同时还可以在旋流的带动下削弱气爆产生的冲击力，进一步提高吸能洞对气爆的吸收能力；另外，旋流可以使得气爆产生在旋涡中心位置，从而保护吸能洞内壁以及洞口。

根据本发明一实施例所示，吸能洞内设有呈口袋状的伸缩吸能罩，伸缩吸能罩包括多个间隔布置的罩环，相邻罩环之间设有折弯的罩布，伸缩吸能罩顶端设有罩顶；

吸能洞内壁设有沿轴线方向的滑轨，罩环与滑轨滑动连接。

当带有一定破碎气泡的水流在降速消能导流板底端的吸能洞处形成小的气爆，气爆冲向吸能洞深处，水流和气爆的冲击力会带动伸缩吸能罩向上运动，罩环之间设置的折弯的罩布会层层打开，从而消耗气爆带来的冲击能量。气爆过后，伸缩吸能罩会在罩环和罩布的自身重力的作用下回落至原位。通过伸缩吸能罩的设置，可以通过自身的罩环层层打开从而吸收冲击能量，进一步提高吸能洞对气爆冲击的吸收能力，达到保护整体管道、地下洞库或隧洞的目的；此外，通过对伸缩吸能罩的设计，可以在气爆的冲击作用下使内部压强保持稳定，进而有利于维持在吸能洞附近的水流的稳定性，在回流水流流速不稳时，可以有效的稳定水流流速。

更近一步的，伸缩吸能罩也可以安装在通气孔、垂直流入井等结构突变位置。通过伸缩吸能罩在这些位置的设置，可以进一步削弱地下洞库或洞库内产生的气爆，提高地下洞库或洞库的稳定性。

更进一步的，伸缩吸能罩罩口与吸能洞洞口齐平设置。

根据本发明一实施例所示，罩顶开设若干气孔。

在洞库充满水的过程中，若水流流速较大，水流在到达封闭的洞库最低端边墙的时候形成冲击较大的回流，此时在罩顶上开设若干气孔以将部分超大的能量通过气孔排出，以提高整体装置应对瞬时产生的气爆的能力，同时增强对快速充水和流态瞬变的响应能力，有利于提高对洞库或隧洞的保护能力。

根据本发明一实施例所示，导流墩设置为圆角矩形、椭圆形或水滴流线型。

水体在经过导流墩时，会在导流墩两侧形成不同的水压，进而在导流墩末端形成涡流。通过对导流墩的形状的设置，进一步提高涡流的强度和大小，从而进一步降低水流流速，从而使得气团破碎涡轮在涡流的作用下可以对气团破碎的更细小，进而使得吸能洞内气爆产生更小更均匀，也有利于吸能洞内伸缩吸能罩对气爆冲击能量吸收，提高对洞库或隧洞的保护能力。

附图说明

图1为一种减少洞库气爆破坏的结构水流充满示意图；

图2为一种减少洞库气爆破坏的结构安装位置示意图；

图3为一种减少洞库气爆破坏的结构仰视示意图；

图4为吸能洞纵向剖面图；

图5为伸缩吸能罩顶平面图；

图6为实施例2中气团破碎涡轮示意图。

附图标号：降速消能导流板1，导流墩2，气团破碎涡轮3，第一转轴31，第一基板32，第二基板33，第三基板34，第一涡轮叶片35，第二涡轮叶片36，吸能洞4，滑轨41，伸缩吸能罩5，罩环51，罩布52，罩顶53，气孔54，洞库6。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

如图1、2、3所示，一种减少洞库气爆破坏的结构，包括，

降速消能导流板1，降速消能导流板1从洞库6顶部两侧边墙迎着水流方向倾斜伸出，降速消能导流板1到接近中轴线位置中断，多个降速消能导流板1沿两侧边墙交错布置；

导流墩2，导流墩2设于一侧两个相邻降速消能导流板1之间；

气团破碎涡轮3，气团破碎涡轮3设在导流墩2末端延长线上。

在地下洞库6或隧洞充满水的过程中，水流会从顶端流入并向下灌入，当水流到达封闭洞库6最低端边墙的时候会形回流，水流会在接近洞顶的位置迅速从洞库6底部向高处流动。本装置如图2所示设置于洞库6顶部A处并沿洞库6方向延伸，降速消能导流板1从洞库6顶部两侧边墙迎着水流方向呈45-60度伸出，降速消能导流板1高度为洞库6高度1/3到1/4，且导流墩2设于一侧两个相邻降速消能导流板1之间，导流墩2与导流板同高，向高处回流的水体会在降速消能导流板1以及导流墩2作用下，在沿洞库6边墙一侧的水体会在降速消能导流板1末端形成涡流，通过涡流的形成可以抵消导流墩2另一侧直行水流的作用力，使得水流流速变缓慢，有利于抑制或减缓洞库6或隧洞中的水体向上流动速度；此外，通过在导流墩2末端设置的气团破碎涡轮3，气团破碎涡轮3的边缘距离导流墩2末端距离不超过气团破碎涡轮3半径的1/2，且气团破碎涡轮3半径小于吸能洞4半径，涡流可以带动气团破碎涡轮3旋转，水流中的气团也会在水流的作用下冲进气团破碎涡轮3，进而气团破碎涡轮3会对气团进行破碎处理，将水流中的较大的气泡形成较小的破碎气泡，以避免成较大的空腔，进而避免气爆的风险。

且根据不同设施对水流降速需求，采用不同的降速消能导流板1交错布置的数量。通过不同数量降速消能导流板1的设置，可以对不同环境和长度的洞库6或隧洞进行保护，从而避免气爆的风险，提高了本装置的适用范围。

如图3所示，降速消能导流板1与边墙连接处开设有垂直设置的吸能洞4。

当从洞库6底部水体回流，水体在经过降速消能导流板1和导流墩2后，形成的涡流在气团破碎涡轮3之后，形成带有破碎气泡的水流。通过在降速消能导流板1与边墙开设垂直设置的吸能洞4，带有一定破碎气泡的水流会在降速消能导流板1底端的吸能洞4处形成较小的气爆，气爆冲向吸能洞4深处。

通过吸能洞4的设计，可以对破碎气泡形成的较小的气爆产生的冲击能量进行吸收，防止破碎气泡聚合成为较大气泡进而其产生的气爆破坏管道、洞壁及其他结构物，与气团破碎涡轮3共同配合消除较大的空腔造成的危害，提高装置消化较大的气体空腔的能力，进而提高对洞库6或隧洞的保护能力。

更进一步的，降速消能导流板1与边墙采用圆弧线连接，吸能洞4边缘与其贴合设置，即吸能洞4半径与降速消能导流板1与边墙采用圆弧线半径相同，且吸能洞4深度不超过2m。通过吸能洞4边缘与其贴合，进而使得带有破碎气泡的水流所产生的气爆准确的进入到吸能洞4中，防止较小的气爆对降速消能导流板1或边墙造成损坏，提高整体装置的使用寿命；此外，通过贴合设置，进而使得水流在流经吸能洞4时，在吸能洞4内形成旋流，进一步提高破碎气泡吸入吸能洞4的可能性，同时还可以在旋流的带动下削弱气爆产生的冲击力，进一步提高吸能洞4对气爆的吸收能力；另外，旋流可以使得气爆产生在旋涡中心位置，从而保护吸能洞4内壁以及洞口。

如图4所示，吸能洞4内设有呈口袋状的伸缩吸能罩5，伸缩吸能罩5包括多个间隔布置的罩环51，相邻罩环51之间设有折弯的罩布52，伸缩吸能罩5顶端设有罩顶53；

吸能洞4内壁设有沿轴线方向的滑轨41，罩环51与滑轨41滑动连接。

当带有一定破碎气泡的水流在降速消能导流板1底端的吸能洞4处形成小的气爆，气爆冲向吸能洞4深处，水流和气爆的冲击力会带动伸缩吸能罩5向上运动，罩环51之间设置的折弯的罩布52会层层打开，从而消耗气爆带来的冲击能量。气爆过后，伸缩吸能罩5会在罩环51和罩布52的自身重力的作用下回落至原位。通过伸缩吸能罩5的设置，可以通过自身的罩环51层层打开从而吸收冲击能量，进一步提高吸能洞4对气爆冲击的吸收能力，达到保护整体管道、地下洞库6或隧洞的目的；此外，通过对伸缩吸能罩5的设计，可以在气爆的冲击作用下使内部压强保持稳定，进而有利于维持在吸能洞4附近的水流的稳定性，在回流水流流速不稳时，可以有效的稳定水流流速。

更近一步的，伸缩吸能罩5也可以安装在通气孔54、垂直流入井等结构突变位置。通过伸缩吸能罩5在这些位置的设置，可以进一步削弱地下洞库6或隧洞内产生的气爆，提高地下洞库6或隧洞的稳定性。

更进一步的，伸缩吸能罩5罩口与吸能洞4洞口齐平设置。

如图4、5所示，罩顶53开设若干气孔54。

在洞库6充满水的过程中，若水流流速较大，水流在到达封闭的洞库6最低端边墙的时候形成冲击较大的回流，此时在罩顶53上开设若干气孔54以将部分超大的能量通过气孔54排出，以提高整体装置应对瞬时产生的气爆的能力，同时增强对快速充水的响应能力，有利于提高对洞库6或隧洞的保护能力。

如图3所示，导流墩2设置为圆角矩形、椭圆形或水滴流线型。

水体在经过导流墩2时，会在导流墩2两侧形成不同的水压，进而在导流墩2末端形成涡流。且导流墩2长度为导流板的1/3到1/2,。通过对导流墩2的形状的设置，进一步提高涡流的强度和大小，从而进一步降低水流流速，从而使得气团破碎涡轮3在涡流的作用下可以对气团破碎的更细小，进而使得吸能洞4内气爆产生更小更均匀，也有利于吸能洞4内伸缩吸能罩5对气爆冲击能量吸收，提高对洞库6或隧洞的保护能力。

实施例2：

图6示意性的显示了根据本发明另一实施方式的减少洞库气爆破坏的结构，与实施例1的不同之处在于：

气团破碎涡轮3包括竖直设置的第一转轴31，第一转轴31上沿轴线依次设有第一基板32、第二基板33和第三基板34；第一基板32与第三基板34之间通过多个第一涡轮叶片35和多个第二涡轮叶片36相连，多个第二涡轮叶片36穿插在第二基板33上，多个第一涡轮叶片35环绕设置在多个第二涡轮叶片36以及第二基板33的外围；

第一转轴31底部通过轴承与洞库6顶壁连接。

通过对气团破碎涡轮3的设计，可以对流经导流墩2附近的介质进行减缓流速有利于介质进入到吸能洞4，通过第一涡轮叶片35和第二涡轮叶片36旋转运动降低导流墩2附近水流流速，并且通过第一涡轮叶片35和第二涡轮叶片36对水流中二次破碎且有利于提高涡流叶片与水流的接触来扩大形成的涡流范围进而促进水流进入到吸能洞4内；此外，通过第一涡轮叶片35和第二涡轮叶片36来对水中存在的气团破碎，避免形成大的空气腔，也有利于含有小气泡的水体进入到吸能洞4中降低气爆能量；另外，第一涡轮叶片35和第二涡轮叶片36对介质二次破碎且有利于提高涡流叶片与介质的接触来扩大形成的涡流范围并且有利于实现将介质中可能存在的石块等集中到涡流中心，由于本装置设置在洞库6顶部，进而集中在涡流中心处的石块等能够在重力作用下下落，避免这些石块进入到吸能洞4中或介质中的石块不断冲击破坏降速消能导流板1等造成其损坏。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种减少洞库气爆破坏的结构，其特征在于，包括，

降速消能导流板（1），所述降速消能导流板（1）从洞库（6）顶部两侧边墙迎着水流方向倾斜伸出，所述降速消能导流板（1）伸出至接近中轴线位置，所述降速消能导流板（1）沿两侧边墙交错布置；

导流墩（2），所述导流墩（2）设于一侧两个相邻降速消能导流板（1）之间；

气团破碎涡轮（3），所述的气团破碎涡轮（3）设在导流墩（2）末端延长线上；

所述降速消能导流板（1）与边墙连接处开设有垂直设置的吸能洞（4）；

所述吸能洞（4）内设有呈口袋状的伸缩吸能罩（5），所述伸缩吸能罩（5）包括多个间隔布置的罩环（51），相邻罩环（51）之间设有折弯的罩布（52），所述伸缩吸能罩（5）顶端设有罩顶（53）；

所述吸能洞（4）内壁设有沿轴线方向的滑轨（41），所述罩环（51）与滑轨（41）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种减少洞库气爆破坏的结构，其特征在于，所述罩顶（53）开设若干气孔（54）。

3.根据权利要求1所述的一种减少洞库气爆破坏的结构，其特征在于，所述导流墩（2）设置为圆角矩形、椭圆形或水滴流线型。