CN217027410U - 一种多级侧坎旋转泄水道竖井 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级侧坎旋转泄水道竖井，竖井的中部为排气井，排气井与竖井内壁之间为多级螺旋向下的泄水道，每级泄水道的竖井侧壁上均竖向间隔设置有多个侧坎，侧坎竖向高度与泄水道层高相同，侧坎宽度与泄水道宽度之比为0.1。本实用新型能够大量消除入流竖井泄流时的水体动能，防止高流速引起的泄水道空蚀破坏。通过螺旋泄水道外壁上设置结构简单的多级侧坎，保证了高消能率，防止空蚀破坏的发生，最终使排水结构安全、稳定且消能效果得到保障。

Description

一种多级侧坎旋转泄水道竖井

技术领域

本实用新型涉及城市给排水工程排水建筑物技术领域，具体涉及一种多级侧坎旋转泄水道竖井。

背景技术

城市暴雨内涝已经成为城市建设的重要问题，而规划建设城市深层隧道雨水排水系统成是防治城市内涝灾害的重要手段，其主要包括竖井和深层隧道。竖井是城市深层雨洪水集蓄系统重要的组成部分，其将地面雨水输送到城市地下的深层隧道中。一方面，入流竖井要求满足一定的泄流能力，能够顺畅的宣泄雨洪水；另一方面，需具有排出泄流所携带的气体的功能，因为对于城市深层雨洪水集蓄系统，蓄水过程中需要尽量避免发生隧道内气体不及排出而於积为气团，从而发生气爆的问题。此外，入流竖井除了泄流、排气功能外，还面临着水流消能和竖井空化空蚀等许多问题。尤其是当排水系统深度超过50m时，下泄水流流速将超过20m/s，由此带来的消能和空化空蚀问题需特别重视。因此研究和设计一种结构简单，且能同时满足消能和防空化空蚀要求的竖井结构是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种泄水顺畅、结构简单，具有高消能率且能够减免空蚀破坏的多级侧坎旋转泄水道竖井，主要用于提高大流量和高落差下的竖井消能率，并减免竖井过水壁面的空蚀破坏，使工程安全运行。

本实用新型采用如下技术方案：

一种多级侧坎旋转泄水道竖井，竖井的中部为排气井，排气井与竖井内壁之间为多级螺旋向下的泄水道，每级泄水道的竖井侧壁上均竖向间隔设置有多个侧坎，侧坎竖向高度与泄水道层高相同，侧坎宽度与泄水道宽度之比为0.1。

现有的螺旋滑道式竖井，其消能率较低，掺气能力不足，空蚀破坏风险较大；流量稍大时，即会在竖井滑道间产生波状水跃，水流受离心力作用紧贴竖井侧壁滑行。

本实用新型设计的侧坎使水流发生碰撞，形成剪切掺混区，在侧坎两侧形成漩涡，剪切掺混区和漩涡都能有效地消耗水体动能并增加了水流掺气，可以较好地防止竖井的空蚀破坏，从而可实现在大流量、高落差下，竖井泄水道有效消能和防空蚀破坏的目的。

作为优选实施例，自泄水道的上游进水口开始，沿螺旋式下降的泄水道间隔90°设置一个侧坎，直至下游出水口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提出的多级侧坎旋转泄水道竖井，对于城市深层雨洪水集蓄系统，能够大量消除入流竖井泄流时的水体动能，防止高流速引起的泄水道空蚀破坏。通过螺旋泄水道外壁上设置结构简单的多级侧坎，保证了高消能率，防止空蚀破坏的发生，最终使排水结构安全、稳定且消能效果得到保障。

附图说明

图1是多级侧坎旋转泄水道竖井俯视图结构；

图2是多级侧坎旋转泄水道竖井轴测图结构；

图3是多级侧坎旋转泄水道竖井流动示意图(俯视)；

图4是多级侧坎旋转泄水道竖井流动示意图(侧视)；

图5是多级侧坎旋转泄水道竖井(A)和传统的螺旋滑道式竖井(B)的消能率η与原型单宽流量q_M的关系图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种多级侧坎旋转泄水道竖井，竖井的中部为排气井4，排气井与竖井内壁之间为多级螺旋向下的泄水道3，每级泄水道的竖井侧壁上均间隔设置有多个侧坎2，侧坎竖向高度与泄水道层高相同；侧坎自泄水道的上游进水口1开始，沿螺旋式下降的泄水道3每间隔一定距离竖向设置，直至下游出水口5。

通过观察水流流态、测量竖井进出水口的断面总能量计算消能率，来验证本发明的有效性。本实施例中，模型比尺设计为1:20，模型试验最大单宽流量q_M为650m²/h，换算原型单宽流量约为16.15m²/s。对应的原型竖井直径10m，中心排气井直径4m，泄水道宽度3m，每层高6.30m，底坡为1：5。试验中的侧坎宽度与泄水道宽度之比为0.1，沿泄水道间隔90°均匀设置。

试验发现：在无侧坎时(即现有的螺旋滑道式竖井)，来流紧贴泄水道外侧壁面，故泄水道内侧在流量稍大的情况下，即会处于无水状态，并极易出现水流冲顶。

当水流经过本方案的侧坎时，部分水流受到侧坎阻碍，形成挑射流(图3和图4所示水流A)，贴壁来流经过前几级侧坎时被逐渐挑向泄水道中央；未受侧坎影响的内侧水流(图3和图4所示水流C)在离心力作用下流向竖井内壁形成离心贴壁流(图3和图4所示水流B)。水流A和水流B两股水流在侧坎下游发生交汇碰撞，形成强烈的剪切掺混区(图3和图4所示区域a1及a2)，同时在侧坎后形成横轴(图3和图4所示漩涡c)和竖轴漩涡(图3所示漩涡b)，不再形成贴壁水流，来流下泄较为顺畅。

水流A和水流B两股水流发生碰撞，两者交汇形成明显的剪切掺混区(图4所示区域a2)，消耗水体动能；当侧坎后的挑射水流A冲击竖井内壁时，会与底部向上的贴壁水流B发生碰撞，产生回水并剧烈向上翻滚(图3所示区域a1)，有效地消耗水体大量动能。剪切掺混区和漩涡有效地消耗水体动能并增加了水流掺气，可以较好地防止竖井的空蚀破坏。从而可实现在大流量、高落差下，竖井泄水道有效消能和防空蚀破坏的目的。

泄水道的整体来流流态，按上述两种流态循环出现，在每级侧坎间都形成明显的大范围掺混区(图3和图4所示区域a1及a2)，水流动能在此过程中转化为内能，大量空气在紊动过程中掺混至水流内部，亦可达到掺气减蚀的目的，显著提高了竖井消能效果。

如图5所示，本实用新型消能率均达到85％以上，而传统的螺旋滑道式竖井消能率仅在56.9-74.0％之间。将本实施例设计的竖井的泄水道单宽流量设计在16m²/s以内，观察不同的单宽流量下过流面上的水流，试验结果证明在不同的单宽流量下，水流下泄均较为顺畅，与现有的螺旋滑道式竖井相比，无波状水跃和贴壁流动现象，均具有良好的消能效果和减免空蚀破坏的作用。

Claims (2)

1.一种多级侧坎旋转泄水道竖井，其特征在于，竖井的中部为排气井，排气井与竖井内壁之间为多级螺旋向下的泄水道，每级泄水道的竖井侧壁上均竖向间隔设置有多个侧坎，侧坎竖向高度与泄水道层高相同，侧坎宽度与泄水道宽度之比为0.1。

2.根据权利要求1所述的多级侧坎旋转泄水道竖井，其特征在于，自泄水道的上游进水口开始，沿螺旋式下降的泄水道间隔90°设置一个侧坎，直至下游出水口。

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