臺階旋轉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泄水道豎井，所述臺階旋轉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有環繞排氣通道的環形泄水道，在環形泄水道內設有環繞排氣通道的泄水臺階。在中間通道排氣的前提下，在豎井壁面設置泄水道，泄水道呈旋轉下降形式，在泄水道的過流表面為臺階的結構。對于不同的設計泄流和落差，利用臺階的結構形式，通過臺階之間的三角區漩渦旋滾、漩渦摻氣和水流表面的自摻氣，可以有效地進行消能和防止空化空蝕破壞。
【專利說明】
臺階旋轉泄水道豎井
技術領域
[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，實現工程安全運行的需要。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化進程的快速發展、城市人口規模的不斷擴大以及在全球氣候變化的進一步加劇的情況下，極端天氣已經成為目前我國城市發展面臨的主要挑戰之一。特別是一些強降雨天氣，使得城市陷入嚴重的內澇，對社會管理、城市生產和生活造成巨大影響。據住建部2010年對國內351個城市排澇能力的專項調研顯示，從2008年到2010年間，有62%的城市發生過不同程度的內澇，其中內澇災害超過3次的城市有137個;在發生過內澇的城市中，有57個城市的最大積水時間超過了 12小時。由此，解決城市暴雨內澇已經成為我國一些大城市建設的重要問題。城市市政排水系統，考慮到城市發展地面以下一定深度已經布置埋設了各種設施，城市雨水深排系統亟待發展。
[0003]豎井是城市雨水深排系統重要的組成部分，用以將城市雨水轉移到具有一定深度的地下隧道中，對于一個豎井排水系統，當一定量的水體泄入豎井排水系統時，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、流態復雜和隧道排氣等許多問題。理論上，當排水系統深度超過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。因此研究和設計一種能同時滿足消能和防空化空蝕要求的豎井結構是十分必要的。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提出一種能夠進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泄水道豎井。
[0005]本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—種臺階旋轉泄水道豎井，所述臺階旋轉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有環繞排氣通道的環形泄水道，在環形泄水道內設有環繞排氣通道的泄水臺階。
[0007]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點:
[0008]本實用新型所述的臺階旋轉泄水道豎井，是在豎井中間為排氣通道，在邊壁為旋轉下降的泄水道，在旋轉下降的泄水道表面為臺階結構。臺階結構的泄水道，由于臺階與臺階之間的三角區內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，泄水道表面將發生自摻氣，空氣通過水體表面摻入水體，加上臺階三角區的漩渦摻氣，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作用。這樣，本實用新型提出的這種臺階旋轉泄水道豎井，可以實現在大泄流、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，水流進入豎井后沿豎井旋轉下降的臺階面過流，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泄水道豎井，對于市政排水系統的排水，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。通過旋轉下降的形式和臺階的設置，在結構相對簡單的同時，保證了高消能率，防空化空蝕破壞的發生，最終使排水結構安全、穩定及消能效果得到保障。
【附圖說明】
[0010]圖1是臺階旋轉泄水道豎井俯視圖；
[0011 ]圖2是臺階旋轉泄水道豎井剖視圖；
[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示意圖；
【具體實施方式】
[0015]—種臺階旋轉泄水道豎井，所述臺階旋轉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的外部設有環繞排氣通道I的環形泄水道2，在環形泄水道2內設有環繞排氣通道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構，泄水道結構參數，包括泄水道外徑和內徑、底坡、臺階個數和臺階尺寸可根據工程實際情況選定；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泄水道豎井的結構形式，利用中間通道排氣，通過旋轉降下降的臺階結構泄水道過水。
[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。當單位寬度臺階上的過水量比較小時，水流流動呈跌落狀態(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。當單位寬度臺階上的過水量較大時，水流流動呈滑落狀態(見圖4)，即臺階頂端的連線(見圖4中虛線)相當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域內的水流形成強烈的漩渦，并吸入空氣進入漩渦，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域內，由于強烈的漩渦旋滾和摻氣，將消耗大量的水能，達到臺階泄水道高效的消能作用;其二，由于在臺階的三角區內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，當水流的摻氣濃度達到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，水流流動呈現跌落狀態和滑落狀態之間的過渡狀態(見圖5)，此時，部分臺階上的水流在臺階頂端的三角區呈跌落的狀態，部分臺階上的水流在臺階頂端的三角區內已經漩渦并且摻氣，并且在水流的表面已經形成自摻氣狀態，這樣在臺階頂端的三角區內的水流，如果呈跌落狀態，其能量還相對較小，而在三角區內的水流如果已經形成漩渦，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，水流達到足夠的摻氣濃度，可以保護泄水道不發生空化空蝕破壞。總體而言，臺階泄水道在不同的流動狀態，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，可以實現防止空化空蝕破壞的目的。
[0018]本實用新型提出的臺階旋轉泄水道豎井的結構形式，即在旋轉泄水道豎井的過水面設置臺階的結構形式，設計其泄水道單位寬度上的流量控制在60m3/m.s之內，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。
【主權項】
1.一種臺階旋轉泄水道豎井，其特征在于，所述臺階旋轉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)的外部設有環繞排氣通道(I)的環形泄水道(2)，在環形泄水道(2)內設有環繞排氣通道(I)的泄水臺階(21)。2.根據權利要求1所述的臺階旋轉泄水道豎井，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
【發明人】吳建華, 任煒辰
【申請人】河海大學