一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井和方法技术

本发明专利技术涉及一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井，包括：进水口、井体和出水口，所述的井体中部设有溢流堰，将井体分为堰前段和堰后段，所述的进水口和出水口分别与堰前段和堰后段的底部连接，所述的堰前段为渐变扩散式，出水口正前方设置导流墩，所述的堰后段设置多层水平孔板和竖直孔板。本发明专利技术在堰前段采用渐变扩散式井体，在出水口处设立导流墩，在堰后设置多层孔板，通过井体体形上的改进和增加孔板等水工设施，可大大减少了虹吸井排出的水中的气泡，减少了对周围环境的影响。使用本发明专利技术所述的虹吸井和方法可以在排除气泡污染的干扰，实现相对清洁排水的前提下，大大减少虹吸井的工程量，降低建造成本，节约人力物力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井和方法，是一种水工设施和方法，是一种环保设施和方法。
技术介绍
采用直流冷却方式的滨海火电或核电站，一般都设有排水虹吸井，以利用虹吸作用降低水泵扬程，节省能源。虹吸井内设有顶高程超过平均潮位的出流堰，以减轻外海潮位变化对虹吸井上游段的影响。这些堰多采用薄壁堰、实用堰和宽顶堰等堰顶自由溢流排水，造成堰后跌水过程中产生强烈的水气掺混，从而产生不易破灭的微黄色泡沫，形成泡沫污染区，飞溅的含盐水雾也会腐蚀排水口附近的金属结构物，而且许多电站设计时为了降低工程量，设计的虹吸井尺寸往往偏小，导致堰上水流的流态较差，更加剧了泡沫的产生。这些泡沫一旦随水流进入排水口附近海域，将会形成泡沫污染区，形成视觉污染，影响电站附近的海域环境。传统标准虹吸井体型为不设置导流墩的直角进水口。这种标准体型对于尺寸较大的虹吸井是合适的，虽然是直角进水口，但是如果虹吸井尺寸较大，水流运动路径较长，水流可以充分调整流线，使得过堰水体较为平顺。现有的虹吸井工程，为节省成本，降低土石方工程量，尺寸往往较小（可节省投资少则数千万，多则上亿），这带来的问题是：堰前流态很差，存在阵发性的水体壅高，过堰水体紊动强度大，对堰后消泡带来不利影响。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井和方法。所述的虹吸井和方法，在已有虹吸井的基础上，通过进行一些体形上的改进和增加一些水工设施，可大大减少了虹吸井排出的水中的气泡，减少了对周围环境的影响。本专利技术的目的是这样实现的：一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井，包括：进水口、井体和出水口，所述的井体中部设有溢流堰，将井体分为堰前段和堰后段，所述的进水口和出水口分别与堰前段和堰后段的底部连接，所述的堰前段为渐变扩散式，出水口正前方设置导流墩，所述的堰后段设置多层水平孔板和竖直孔板。进一步的，所述的导流墩为三角墩。进一步的，所述的三角墩的顶角角度为90°-150°。进一步的，各所述的水平孔板的上游端与溢流堰后壁连接，第一层水平孔板距离堰顶一段距离设置，其他层水平孔板依次向井底延伸平行排列；各所述的竖直孔板沿水流方向平行设置，各竖直孔板的底端与各层水平孔板的下游端保持一定距离设置，使各层水平孔板与各层竖直孔板形成L形。进一步的，各所述的竖直孔板顶部平齐，竖直孔板顶部的高度高于堰顶高程+过堰水体水深。进一步的，水平孔板和竖直孔板分别为三层。进一步的，所述的水平孔板下游端与竖直孔板底端之间的距离为10-20cm。进一步的，溢流堰上均布多个用于支撑孔板的支墩，所述支墩的高度与竖直孔板平齐。进一步的，所述的支墩前后均采用圆弧。一种使用上述虹吸井的堰流前导流式分级消能消泡方法，所述方法的步骤如下：分流的步骤：用于水流从进水涵管流入井体时，在出口处遇到导流墩分为左右两股水流；扩散的步骤：用于水流分为两股水流后在渐变扩散式堰前段的作用下水流扩散开来，引导水流均匀、平稳的到达堰顶；孔板消能的步骤：用于水流经过堰顶进入第一层水平孔板和竖直孔板围护的第一层消能区，在第一层消能区中，在水平孔和竖直孔板的作用下，水流产生绕水平轴的旋流，旋转的水流产生消能作用，同时使水中溶解的空气析出形成气泡，同时水流通过水平孔板和竖直孔板上的孔进入第二层消能区，在第二层消能中，第二层水平孔板和第二层竖直孔板同样使水流产生绕水平轴的旋流，在消能的同时使得气泡在短距离之内，能上浮至水面、破裂；水流最终通过所有层的水平孔板和竖直孔板，流向出水口；流出井体的步骤：用于经过消能和消泡的水流通过出水口进入出水涵管排出。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术在堰前段采用渐变扩散式的井体，在出水口处设立导流墩，在堰后设置多层孔板，通过井体体形上的改进和增加孔板等水工设施，可大大减少了虹吸井排出的水中的气泡，减少了对周围环境的影响。使用本专利技术所述的虹吸井和方法可以在排除气泡污染的干扰，实现相对清洁排水的前提下，大大减少虹吸井的工程量，降低建造成本，节约人力物力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一所述虹吸井的平面结构示意图；图2是本专利技术的实施例一所述虹吸井的立面结构示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井，如图1、2所示。本实施例包括：进水口1、井体2和出水口3，所述的井体中部设有溢流堰4，将井体分为堰前段201和堰后段202，所述的进水口和出水口分别与堰前段和堰后段的底部连接，所述的堰前段为渐变扩散式，出水口正前方设置导流墩5，所述的堰后段设置多层水平孔板6和竖直孔板7。本实施例所述的虹吸井的堰前采用渐变扩散+导流墩的设计型式。集中于虹吸井中部的水体首先经过导流墩的分流作用向两侧扩散，再利用堰前渐变扩散的体形进一步引导水流均匀、平稳到达堰顶，提高堰前流态，使得进水口进入虹吸井的水体能够均匀扩散，且基本不增加工程量。虹吸井堰前为渐变扩散式。所谓渐变扩散式是两侧的边墙与水流方向成一定的角度，形成喇叭形的扩口，使水流可以从集中的出口扩散开来，防止水流的壅塞。由于采用渐变扩散式井体，可以减少大量的土方量，降低工程成本。并在靠近进水口位置设置导流墩，使得进水口进入虹吸井内的水体能够快速扩散，过堰水体稳定。导流墩可以是三角形导流墩，即水平截面的形状是三角形，三角形的顶角正对水流方向，三角形的顶角的角度在90°-150°之间。导流墩也可以是其他形状的导流墩。溢流堰设置在虹吸井的中部，拦腰将虹吸井分割量部分：堰前段和堰后段。溢流堰的高度与常规的虹吸井溢流堰高度相仿。堰后设置多层“L”型阻流孔板，用于分层消能，减少堰后水体跌落过程中的水气掺混，进一步避免泡沫的形成。所谓“L”型阻流孔板是指在水平孔板的一端设置竖直孔板形成L形。所述的孔板即在板面上均匀地布置通孔。虹吸井中泡沫的产生核心原因是水体跌落过程中形成的强烈的水气掺混。避免虹吸井中泡沫的产生的方法之一是消减堰前跌落水流入水前的速度，避免强烈的水气掺混过程的形成。多层“L”型孔板便是基于上述思想而形成的新的消泡措施。孔板与实心挡板不同，它具有一定的流体阻力，同时也可以通过孔洞过流。过堰水体遇到“L”型孔板后会形成强度较小的消能区消减部分能量（大强度的旋滚消能会大量搀气，导致泡沫的形成），水流通过孔洞时流速升高、过孔洞后流速降低的这一过程也会产生消能作用。通过设置多层“L”型孔板完成水体跌落过程中的分级、分步消能过程，避免水流流速过大导致的强水气掺混。“L”型孔板可以设施2-4层或更多，常见的虹吸井宽度在15m左右的虹吸井，选择3层孔板比较适中。“L”型孔板中的水平孔板和竖直孔板可以不完全接触在一起的，以避免砂石沉积。“L”型孔板的高度设置上需保证在最不利的最大流量和最低外海潮位下有3层孔板起到作用，孔板顶部高度不宜低于堰顶高程+过堰水体水深。为增强孔板的结构强度可以在虹吸井堰后增设几个支墩，用于固定阻流孔板。支墩为沿水流方向延伸的墙体，其走向与溢流堰垂直。为使水流顺畅，避免干扰水流，支墩前后可以采用圆弧设计，以降低水流阻力，同时避免结构突变导致的水流紊动。实施例二：本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于导流墩的细化。本实施例所述的导流墩为三角墩。本实施例所述的三角形导流墩是指水平截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井，包括：进水口、井体和出水口，所述的井体中部设有溢流堰，将井体分为堰前段和堰后段，所述的进水口和出水口分别与堰前段和堰后段的底部连接，其特征在于，所述的堰前段为渐变扩散式，出水口正前方设置导流墩，所述的堰后段设置多层水平孔板和竖直孔板。

【技术特征摘要】
1.一种堰流前导流式分级消能消泡虹吸井，包括：进水口、井体和出水口，所述的井体中部设有溢流堰，将井体分为堰前段和堰后段，所述的进水口和出水口分别与堰前段和堰后段的底部连接，其特征在于，所述的堰前段为渐变扩散式，出水口正前方设置导流墩，所述的堰后段设置多层水平孔板和竖直孔板。2.根据权利要求1所述的虹吸井，其特征在于，所述的导流墩为三角墩。3.根据权利要求2所述虹吸井，其特征在于，所述的三角墩的顶角角度为90°-150°。4.根据权利要求3所述的虹吸井，其特征在于，各所述的水平孔板的上游端与溢流堰后壁连接，第一层水平孔板距离堰顶一段距离设置，其他层水平孔板依次向井底延伸平行排列；各所述的竖直孔板沿水流方向平行设置，各竖直孔板的底端与各层水平孔板的下游端保持一定距离设置，使各层水平孔板与各层竖直孔板形成L形。5.根据权利要求4所述的虹吸井，其特征在于，各所述的竖直孔板顶部平齐，竖直孔板顶部的高度高于堰顶高程+过堰水体水深。6.根据权利要求5所述的虹吸井，其特征在于，水平孔板和竖直孔板分别为三层。7.根据权利要求6所述的虹吸井，其特征在于，所述的水平孔板下游端与竖直孔板底端之间的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：付辉，纪平，郭新蕾，王涛，郭永鑫，夏庆福，李甲振，黄伟，马慧敏，李仟，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11