CN114857398B - 一种降低蓄水洞库气爆强度的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，包括集气稳流圆管，所述集气稳流圆管包括第一直管、弯管和第二直管，所述第一直管侧壁开设第一小孔，所述第二直管侧壁开设第二小孔，所述第一直管内间隔设置有整流板，所述第二直管外侧连接有导气板，所述第二直管末端设有管端盖板，所述管端盖板上设有盖板通孔，水体进入集气稳流圆管，第一小孔和第二小孔有效地平缓集气稳流圆管的管内水面，防止气团的形成；另一方面，洞顶气体可以通过交错布置的第一小孔和第二小孔进入集气稳流圆管，管端盖板通过盖板通孔分割气体并排出小气泡，大大降低蓄水洞库的气爆强度。

Description

一种降低蓄水洞库气爆强度的装置
技术领域
本发明属于流域防洪技术领域，具体涉及一种降低蓄水洞库气爆强度的装置。
背景技术
随着我国社会经济的发展，人民群众对流域防洪保安的要求日益提高，建设具有洪水调蓄能力的水库是解决防洪问题的重要手段。常规的地表水库建设需淹没大量优质土地，而人多地少是我国的基本国情，土地资源紧缺已成为新建常规水库工程的重要制约因素。建设地下蓄水洞库，洪涝时调蓄多余水量，已成为解决洪涝问题的新出路。
蓄水洞库是一种解决流域洪涝的大型地下调蓄工程，通常由进水闸、地下洞库、出水闸或泵站、通气井等部分组成。发生暴雨时，大量雨洪通过进水闸泄入洞库，大流量快速水流进入洞库时会挟带大量空气，水流在洞库内消能时还会掺混大量空气，洞库内水流逐渐由无压流状态转变为有压流状态，在压力状态转变过程中，不稳定、不规则的波动水面将会在洞库顶部形成截留气团，气团若无法及时排除，洞库水流由单一液相转变为水气两相流，流态变得极为复杂，气团随水流迁移、明满流交替将导致洞库内压力波动。气团到达通气井时，在浮力作用下向上漂浮，在通气井突然集中释放并形成气爆，并带动通气井内水位大幅度波动，形成剧烈间歇性的气爆浪涌现象，产生非常大的水锤压力和压力振荡，对洞库及通气井结构产生破坏。
针对蓄水洞库洞顶气团导致洞库内压力波动、气团在通气井突然集中释放并形成气爆的问题，研究一种新的排气方法、设计一种新的排气装置，以引导气团顺利流动至通气井并在通气井缓慢分散释放，降低气爆强度，就成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够引流蓄水洞库洞顶气体，将大气团分割成小气泡分散排出，从而降低蓄水洞库的气爆强度的一种降低蓄水洞库气爆强度的装置。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，包括洞库拱顶，洞库拱顶向上连通有通气井，洞库拱顶内壁上安装有集气稳流圆管，集气稳流圆管包括第一直管、弯管和第二直管，第一直管固定于洞库拱顶的上顶面，弯管位于洞库拱顶与通气井交叉口，第二直管固定于通气井内壁，洞库拱顶内部固定有支护结构钢筋网，洞库拱顶包括表面的初喷。初喷增加洞库拱顶的厚度以加固洞顶固定集气稳流圆管的稳固性，在蓄洪情况下，蓄水洞库会出现明满流现象，产生大量水内掺气和洞顶截留气团，蓄水洞库拱顶的大气团和水体掺气从外部进入集气稳流圆管内，并依次通过第一直管、弯管和第二直管，直至气团排出到通气井外，支护结构钢筋网加强洞库拱顶的内部结构稳固性，避免洞库拱顶内气团集中释放损坏洞库拱顶结构强度，导致坍塌。
优选地，第一直管安装在洞库拱顶顶面下方并延伸至通气井，第一直管侧壁开设有第一小孔，第一小孔沿第一直管的管壁一周均匀布设，同时第一小孔沿第一直管轴线间隔排布。流经第一直管内外壁的水体只能通过管壁上的第一小孔实现交换，受小孔过流能力的限制，在第一直管内流动的水面变化相较于管外更加平缓，使第一直管的管内水面波动明显小于管外水面波动，从而使第一直管的管道内外能通过第一小孔畅通地排气，在第一直管管内的洞顶气团进入第一直管后能够顺畅地排向弯管直到第二直管，从而消除较大的气团在洞库内破裂后发生气爆的隐患。
优选地，弯管一端与第一直管相连，弯管成90度转角后管口竖直向上，弯管另一端与第二直管连通。弯管连接第一直管和第二直管，实现气流能从第一直管上流入第二直管并从通气井向上排出。
优选地，第二直管的管壁开设有第二小孔，第二小孔沿第二直管管壁一周均匀布设，且第二小孔沿第二直管轴线间隔且交错排布，第二直管的较高端开口处设有管端盖板，管端盖板上环绕设置有盖板通孔，盖板通孔的其中一个小孔位于管端盖板中心，其余盖板通孔环绕管端盖板中心均匀布设。一方面管端盖板上的盖板通孔可以将管内较大的气团分割成小气泡后排至通气井，可以减轻气爆对通气井井壁的冲击，另一方面在第二直管的排气过程中，气流和水流会产生波动，造成第二直管的管内外有压差波动，布置在第二直管壁体上的第二小孔可以使气流或者水流通过，从而缓冲管道内外的压差，减小脉冲压力，以进一步减轻洞库拱顶内和通气井处气爆强度以及排气时的水位波动和结构震动。
优选地，洞库拱顶顶面对称固定有预埋件，两个预埋件之间连接有吊管钢索，吊管钢索套在集气稳流圆管外壁，任一预埋件固定有穿插在洞库拱顶顶面的砂浆锚杆。通过敲击砂浆锚杆将预埋件在洞库拱顶内固定，吊管钢索两端分别与两个两个预埋件固定并位于洞库拱顶的壁体内，使吊管钢索能收紧集气稳流圆管，避免集气稳流圆管松动脱落。
优选地，第二直管包括波纹管状结构的缓冲管，缓冲管的管壁上阵列且环绕设置有通气孔，缓冲管管壁外侧连接有导气环，导气环倾斜方向斜向上方。波纹形状的缓冲管能根据气流流速来伸缩形变，进而消耗向上作用于第二直管的气流能量，缓冲环在轴线方向上的伸缩形变过程中带动管壁上的通气孔移动，从而使通气孔的通气角度发生变化，有助于气流通过不同角度的通气孔向外排出，避免侧方通气孔排出的气流始终在通气井内位置过度集中，从而导致通气井井壁持续受气流冲击而开裂，导气环能使缓冲管与通气井井壁之间始终保留有一定间隔空间，有利于侧方通气孔排出的气流能从缓冲管与通气井井壁之间的间隙向上流动，大大降低了侧方通气孔因与通气井内壁距离过近而导致气流无法较为流畅地排出的可能性，导气环一方面能够对侧方通气孔排出的气体向上引流，另一方面能通过导气环对内侧的缓冲管形成防护，避免缓冲管与通气井内壁剐蹭而受损。
优选地，第一直管内壁阵列布设有整流板，整流板包括位于第一直管内轴心处的整流网板，整流网板外侧连接有整流环体，整流环体外壁与第一直管内壁贴合固定，相邻整流环体之间环绕设置有弹性杆。由于气体从外部多个方向进入到第一直管时，不同方向的气流相互冲击接触可能发生紊乱，形成流向不稳定的紊流，不利于第一直管内流体的有效流动，且紊乱气流容易造成第一直管内部的气堵，通过整流环体对进入第一直管的气体或液体进行整流，将介质向第一直管轴心方向聚拢导流，有助于气流在管内沿管体中心较为流畅的流动，避免气堵以及紊流，整流网板受到介质流动冲击在第一直管内轴向方向上来回移动，移动的整流网板作用于管内的水气介质，从而使较大气泡和大气团被细化切割，有助于降低气爆强度，且通过前后移动状态下的整流网板能够配合介质冲击来降低网口堵塞的可能性，弹性杆加固相邻整流板的连接强度，避免整流环体受冲击后脱离管道内壁。
本发明由于采用了在洞库拱顶内设置集气稳流圆管的方法对气团引流排出，因而具有如下有益效果：气流通过集气稳流圆管从洞库拱顶流向通气井顺利排出；管端盖板和盖板通孔分割气团呈细小气泡，有效避免气团过大引起气爆；第一小孔和第二小孔减小管内外压差，从而降低洞内和通气井处的气爆强度，因此，本发明是能够引流蓄水洞库洞顶气体，将大气团分割成小气泡分散排出，从而降低蓄水洞库的气爆强度的一种降低蓄水洞库气爆强度的装置。
附图说明
图1为通气井示意图；
图2为洞库拱顶示意图；
图3为预埋件示意图；
图4为第一直管示意图；
图5为缓冲管示意图；
图6为整流板示意图；
图7为连接杆示意图。
附图标号：1、洞库拱顶；10、支护结构钢筋网；11、初喷；2、通气井；3、预埋件；30、吊管钢索；31、砂浆锚杆；4、集气稳流圆管；40、第一直管；41、第一小孔；42、弯管；43、第二直管；430、第二小孔；5、管端盖板；50、盖板通孔；6、缓冲管；60、通气孔；61、导气环；7、整流板；70、整流网板；71、整流环体；72、弹性杆。
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：
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，包括：洞库拱顶1，洞库拱顶1向上连通有通气井2，洞库拱顶1内壁上安装有集气稳流圆管4。
洞库拱顶1顶面对称固定有预埋件3，两个预埋件3之间连接有吊管钢索30，吊管钢索30套在集气稳流圆管4外壁，任一预埋件3固定有穿插在洞库拱顶1顶面的砂浆锚杆31，通过敲击砂浆锚杆31将预埋件3在洞库拱顶1内固定，吊管钢索30两端分别与两个预埋件3固定并位于洞库拱顶1的壁体内，使吊管钢索30两端能收紧并将集气稳流圆管4固定在洞库拱顶1的内顶面，避免集气稳流圆管4松动脱落，气团能够在洞内向上浮动并进入集气稳流圆管4，并从另一端排出至通气井2。
集气稳流圆管4包括第一直管40、弯管41和第二直管42，第一直管40固定于洞库拱顶1的上顶面，弯管41位于洞库拱顶1与通气井2交叉口，第二直管40固定于通气井2内壁，洞库拱顶1内部固定有支护结构钢筋网10。第一直管40安装在洞库拱顶1顶面下方并延伸至通气井2，第一直管40侧壁开设有第一小孔400，第一小孔400沿第一直管40管壁一周均匀布设，且第一小孔400沿第一直管40轴线间隔排布。弯管41一端与第一直管40相连，弯管41成90度转角后管口竖直向上，弯管41另一端与第二直管42连通。
流经第一直管40内外壁的水体只能通过管壁上的第一小孔400实现交换，受第一小孔400过流能力的限制，在第一直管40内流动的水面变化相较于管外更加平缓，使第一直管40的管内水面波动明显小于管外水面波动，从而使第一直管40的管道内外能通过第一小孔400畅通地排气，在第一直管400管内的洞顶气团进入第一直管400后能够顺畅地排向弯管41直到第二直管42，从而消除较大的气团在洞库内破裂后发生气爆的隐患。
第二直管42的管壁开设有第二小孔420，第二小孔420沿第二直管42管壁一周均匀布设，且第二小孔420沿第二直管42轴线间隔且交错排布，第二直管42的较高端开口处设有管端盖板5，管端盖板5上环绕设置有盖板通孔50，盖板通孔50的其中一个小孔位于管端盖板5中心，其余盖板通孔50环绕管端盖板5中心均匀布设。一方面管端盖板5上的盖板通孔50可以将第二直管42内较大的气团分割成小气泡后排至通气井2，可以减轻气爆对通气井2井壁的冲击，另一方面在第二直管43的排气过程中，气流和水流会产生波动，造成第二直管43的管内外有压差波动，布置在第二直管43壁体上的第二小孔43可以使气流或者水流通过，从而缓冲管道内外的压差，减小脉冲压力，以进一步减轻洞库拱顶1内和通气井2处的气爆强度以及排气时的水位波动和结构震动。
第二直管42包括波纹管状结构缓冲管6，缓冲管6的管壁上阵列且环绕设置有通气孔60，缓冲管6管壁外侧连接有导气环61，导气环61倾斜方向斜向上方。
波纹形状的缓冲管6能根据气流流速来伸缩形变，进而消耗向上作用于第二直管42的气流能量，缓冲管6在轴线方向上的伸缩形变过程中带动缓冲管6管壁上的通气孔60移动，从而使通气孔60的通气角度发生变化，有助于气流通过不同角度的通气孔60向外排出，避免侧方通气孔60排出的气流始终在通气井2内位置过度集中，从而导致通气井2井壁持续受气流冲击而开裂，导气环61能使缓冲管6与通气井2井壁之间始终保留有一定间隔空间，有利于侧方通气孔60排出的气流能从缓冲管6与通气井2井壁之间的间隙向上流动，大大降低了侧方通气孔60因与通气井2内壁距离过近而导致气流无法较为流畅地排出的可能性，导气环61一方面能够对侧方通气孔60排出的气体向上引流，另一方面能通过导气环61对内侧的缓冲管6形成防护，避免缓冲管6与通气井2内壁剐蹭而受损。
第一直管40内壁阵列布设有整流板7，整流板7包括位于第一直管40内轴心处的整流网板70，整流网板70外侧连接有整流环体71，整流环体71外壁与第一直管40内壁贴合固定，相邻整流环体71之间环绕设置有弹性杆72。
由于气体从外部多个方向进入到第一直管40时，不同方向的气流相互冲击接触可能发生紊乱，形成流向不稳定的紊流，不利于第一直管40内流体的有效流动，且紊乱气流容易造成第一直管40内部的气堵，通过整流环体71对进入第一直管40的气体或液体进行整流，将介质向第一直管40轴心方向聚拢导流，有助于气流在第一直管40内沿管体中心较为流畅的流动，避免气堵以及紊流，整流网板70受到介质流动冲击在第一直管40内轴向方向上来回移动，移动的整流网板70作用于管内的水气介质，从而使较大气泡和大气团被细化切割，有助于降低气爆强度，且通过前后移动状态下的整流网板70能够配合介质冲击来降低网口堵塞的可能性，弹性杆72加固相邻整流板7的连接强度，避免整流环体71受冲击后形变。
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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，包括：洞库拱顶(1)，所述洞库拱顶(1)向上连通有通气井(2)，所述洞库拱顶(1)内壁上安装有集气稳流圆管(4)，
其特征是：所述集气稳流圆管(4)包括第一直管(40)、弯管(42)和第二直管(43)，所述第一直管(40)固定于所述洞库拱顶(1)的上顶面，所述弯管(42)位于所述洞库拱顶(1)与所述通气井(2)交叉口，所述第二直管(43)位于所述通气井(2)内，
其中，所述洞库拱顶(1)内部固定有支护结构钢筋网(10)，所述洞库拱顶(1)包括表面的初喷(11)，
所述第一直管(40)安装在所述洞库拱顶(1)顶面下方并延伸至所述通气井(2)，所述第一直管(40)侧壁开设有第一小孔(41)，所述第一小孔(41)沿所述第一直管(40)管壁一周均匀布设，且所述第一小孔(41)沿所述第一直管(40)轴线间隔且交错排布，
所述第一直管(40)内壁阵列布设有整流板(7)，所述整流板(7)包括位于所述第一直管(40)内轴心处的整流网板(70)，所述整流网板(70)外侧连接有整流环体(71)，所述整流环体(71)外壁与所述第一直管(40)内壁贴合固定，相邻所述整流环体(71)之间环绕设置有弹性杆(72)，
所述第二直管(43)的管壁开设有第二小孔(44)，所述第二小孔(44)沿所述第二直管(43)管壁一周均匀布设，且所述第二小孔(44)沿所述第二直管(43)轴线间隔且交错排布，所述第二直管(43)的较高端开口处设有管端盖板(5)，所述管端盖板(5)上环绕设置有盖板通孔(50)，所述盖板通孔(50)的其中一个小孔位于所述管端盖板(5)中心，其余所述盖板通孔(50)环绕所述管端盖板(5)中心均匀布设，
所述第二直管(43)包括波纹管状结构缓冲管(6)，所述缓冲管(6)的管壁上阵列且环绕设置有通气孔(60)，所述缓冲管(6)管壁外侧连接有导气环(61)，所述导气环(61)倾斜方向斜向上方。
2.根据权利要求1所述的一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，其特征是：所述弯管(42)一端与所述第一直管(40)相连，所述弯管(42)成90度转角后管口竖直向上，所述弯管(42)另一端与所述第二直管(43)连通。
3.根据权利要求1所述的一种降低蓄水洞库气爆强度的装置，其特征是：所述洞库拱顶(1)顶面对称固定有预埋件(3)，两个所述预埋件(3)之间连接有吊管钢索(30)，所述吊管钢索(30)套在所述集气稳流圆管(4)外壁，任一所述预埋件(3)固定有穿插在所述洞库拱顶(1)顶面的砂浆锚杆(31)。
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