一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井技术方案

本发明专利技术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。

An intake shaft for reducing the gas explosion intensity of deep drainage system in cities

The invention discloses an inflow shaft for reducing the gas explosion strength of the deep drainage system of the city, which is composed of a ring bell mouth, a cylinder, a cylinder wall hole, an air hole ring, a baffle plate and a ventilation hole, etc. When a large number of water entrapment water flows from the drainage pipe into the inflow shaft, the annular bell mouthpiece leads to the interlayer between the shaft and the cylinder, and the staggered air hole circular ring fully divides the air mass, which can effectively relieve the intermittent and violent surge in the inflow shaft; the separated gas bubble part is discharged from the interlayer and the other part is connected. The air Blowhole in the cylinder wall can greatly relieve the pressure of the interlayer exhaust. The air bubbles rise along the inner wall of the cylinder, the wall is arranged in the cylinder wall, and the air blowhole on the partition board of each layer is arranged 22 staggered, which can effectively avoid the reaggregation of the air bubbles and reduce the rising velocity of the bubbles, thus greatly relieving the cylinder exhaust pressure and improving the exhaust pressure. The gas explosion of an inflow shaft in the water pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井
本专利技术涉及城市防汛
，具体涉及一种用于改善气爆现象的排水管道入流竖井装置，适用于带有入流竖井的城市排水管道。
技术介绍
随着我国城市化进程的加快，传统城市建设模式带来的内涝频发、径流污染加剧、水资源流失、水生态环境恶化等突出雨水问题，已成为制约社会发展的限制性因素之一。在环境承载能力日益饱和的今天，建设“海绵城市”成为当今我国社会发展的必然需求。针对城市中心城区水面率低、建筑密度高、地下管线错综复杂、人口密集和防汛安全压力大等特点，采用大型排水隧道，作为托底工程，辅以源头径流控制，成为解决城市内涝以及初雨污染的有效手段。深层排水系统是一种解决城市内涝的大型地下调蓄工程，通常由入流竖井、深层隧道、通风排气设施、除渣排泥设施、排水泵组等部分组成。发生暴雨情况下，大量雨污水通过多个入流竖井持续进入隧道，可能会挟带大量气体，隧道内水流逐渐由明流状态转变为有压状态，加之挟带进去的气体若无法及时排除，将会在隧道中出现明满流现象并产生截留气团，管道水流从单一液相转变为水气两相流，使得管道内的流态变得极为复杂，而管道内的气腔迁移、明满流交替又会导致管道内压力波动。大量截留气团随水流移动，当到达入流竖井出口时，气腔在浮力作用下向上漂浮，有压气腔突然释放，形成剧烈间歇性的气爆浪涌现象，并带动入流竖井内水体上升，造成入流竖井内部水位大幅度的波动，水体和气腔在竖井口处集中释放并形成了气爆，对隧道及入流竖井结构产生破坏。竖井是排水系统重要的入流设施，将水流从地表输送至底部隧道内，排出空气的同时消耗水流能量，竖井最理想的运行状态，应是保证进气量最小化的同时，最大化竖井的输水能力。普通的竖井结构中竖井为水流和空气共用流通通道，这样的设计结构虽然雨污水入流面积大，但没有对截留气团设任何防护措施，易导致气爆浪涌现象的发生，同时经国外学者研究发现，隧道内气泡不仅来源于雨污水入流挟带，还能够通过其他方式产生，如空气流通通道直径较小、空气流通通道位置不正确、水气界面崩溃等，因此普通的竖井易发生气爆现象。针对现有技术中入流竖井结构形式所存在的难以同时满足暴雨期雨污入流能力和改善气爆现象的不足。如何在满足暴雨期竖井雨污入流能力的同时，改善大量截留气团在入流竖井处产生剧烈间歇性的气爆浪涌现象，确保排水系统安全、可靠运行，设计一种新的竖井形式，在满足竖井入流能力的情况下，通过对截留气团的处理有效地改善气爆现象，就成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术旨在提供一种改善气爆现象的深层隧道入流竖井装置：圆筒和气孔圆环联合布置的形式，通过充分分割大气团和降低挟气水流上升速度，来改善入流竖井气爆现象。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种改善气爆现象的排水管道入流竖井装置，包括安装在竖井内的圆筒以及竖井和圆筒之间夹层，所述圆筒具有导气的喇叭口以及缓解气爆浪涌的隔板，所述夹层安装用于改善气爆现象的气孔圆环。具体地，所述环形喇叭口为导气装置，由所述圆筒底端延伸至排水管道，弧长为1/4排水管道内径。挟气水流经喇叭口流入夹层。具体地，所述竖井和圆筒之间套设支撑圆环，用于固定圆筒，所述支撑圆环、圆筒和竖井底部平齐。具体地，所述支撑圆环布置一圈气孔，挟气水流由所述气孔流入夹层，一定程度上可以将大截留气团分割成较小的气团。具体地，所述夹层共安装3层气孔圆环，可以使截留气团充分分割，避免气泡重新聚合成气腔。所述气孔圆环自下而上的编号，即：1#～3#，并给定所述气孔圆环和所述支撑圆环的内外径：圆环外径=入流竖井直径圆环内径=圆筒直径圆筒直径=1/2*入流竖井直径具体地，所述1#和3#气孔圆环固定在圆筒外壁，所述2#气孔圆环固定在竖井内壁，1#～3#气孔圆环每一层呈45°夹角向上倾斜，可以降低挟气水流上升速度，有效地缓解夹层内涌浪波动。具体地，所述1#～3#气孔圆环各层气孔之间两两交错布置，避免气泡上升速度过快产生剧烈波动。具体地，所述1#～3#气孔圆环设置两圈错开的小圆孔，进一步分割气团，改善由气腔在竖井口处集中释放引起的气爆现象。具体地，所述圆筒底部与入流竖井底部平齐，顶部略低于入流竖井顶部。具体地，所述圆筒边壁在气孔圆环两两之间共布置2组筒壁气孔。所述筒壁气孔是在圆筒边壁环绕布置，每组布置两排。夹层中部分小气泡通过所述筒壁气孔进入圆筒，可以减轻夹层排气压力。具体地，所述隔板环绕圆筒内壁布置，共布置3组每组两排隔板，每组位于圆筒内壁小气孔两两之间，所述隔板布置一个通气孔，每排通气孔孔口交错布置，可避免圆筒内的小气泡重新聚集，同时降低圆筒内气团上升速度，改善圆筒气爆浪涌。本专利技术同时提供上述改善气爆现象的排水管道入流竖井装置的工作方法，其特征在于：在暴雨情况下，排水管道内截留气团随水流移动，管道及入流竖井压力及浪涌变化，在环形喇叭口的作用下，截留气团随雨污水流入夹层；在夹层处，气孔圆环将截留气团分割成气泡，并降低挟气水流上升速度，改善由水体和气腔在竖井口处集中释放形成的气爆浪涌；当圆筒中水面上升时，夹层中的部分气泡通过筒壁气孔进入筒内，沿圆筒内壁上升运动，在隔板的作用下，降低气泡上升速度，同时气泡只能通过隔板上的通气孔排出，避免气泡重聚，缓解气泡排出筒口的瞬变压力。本专利技术的理论依据为：由于入流竖井气爆浪涌现象是由水体和气腔在井口处集中释放形成的，从该角度出发，需要集中处理截留气团，将截留气团充分地分割成气泡并限制其上升速度。但是气泡量越大，排气压力越大，可能会加剧夹层水位波动。工程设计中综合考虑入流竖井水位波动、排气能力、气腔释放等多项因素确定入流竖井结构。排水入流竖井的工作原理及以上说明可以看出，较优的竖井结构形式是：竖井内套设圆筒，将竖井分为夹层、圆筒两个部分。在气团流入竖井阶段，夹层集气，并布置多层气孔圆环分割截留气团，气团越集中，分割气团越充分，气爆浪涌越难发生且满足撞击压力要求；在气泡排出竖井阶段，部分气泡通过筒壁气孔进入圆筒，排气面积较大，且沿筒内壁布置隔板，排气较为缓慢，满足撞击要求，从而从总体上改善竖井的气爆浪涌现象。专利技术原理：以暴雨情况下，明满流的排水管道为例，说明设置有环形喇叭口、圆筒、筒壁气孔、气孔圆环、隔板和通气孔的入流竖井的工作原理和效果。在暴雨情况下，排水管道出现明满流现象，产生大量截留气团并随水流移动到竖井与管道交汇处，在环形喇叭口导气作用下，截留气团通过支撑圆环上的气孔进入夹层，分割成较小的气团。在气孔圆环的作用下，充分地分割气团且有效地限制了挟气水流上升速度，可以很好的缓解夹层中的气爆浪涌现象。为避免夹层排气压力过大，圆筒壁面设置气孔，部分夹层气泡通过筒壁气孔沿圆筒内壁上升。在隔板的作用下，限制气泡垂直上升，此时气泡只能通过隔板上的通气孔上升，避免筒内气泡重聚，降低气泡速度，可以很好地缓解圆筒内的气爆浪涌现象。有益效果：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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：包括安装在入流竖井内的圆筒，所述入流竖井和圆筒之间具有夹层，所述圆筒具环形喇叭口和隔板，所述环形喇叭口用于将挟气水流导入夹层中，所述隔板用于缓解圆筒内的气爆浪涌，所述夹层内安装有用于改善气爆现象的带气孔圆环。

【技术特征摘要】
1.一种降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：包括安装在入流竖井内的圆筒，所述入流竖井和圆筒之间具有夹层，所述圆筒具环形喇叭口和隔板，所述环形喇叭口用于将挟气水流导入夹层中，所述隔板用于缓解圆筒内的气爆浪涌，所述夹层内安装有用于改善气爆现象的带气孔圆环。2.根据权利要求1所述的降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：所述环形喇叭口由圆筒底端延伸至排水管道，环形喇叭口的弧长为1/4排水管道内径。3.根据权利要求2所述的降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：所述入流竖井和圆筒之间套设有支撑圆环，所述支撑圆环用于固定圆筒，所述支撑圆环、圆筒和竖井的底部平齐；所述支撑圆环上布置有一圈气孔，所述气孔将流入夹层的挟气水流中大截留气团分割成较小的气团。4.根据权利要求3所述的降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：所述气孔圆环包括夹层内下而上安装的第一气孔圆环、第二气孔圆环和第三气孔圆环，用于充分分割截留气团，避免气泡重新聚合成气腔。5.根据权利要求1所述的降低城市深层排水系统气爆强度的入流竖井，其特征在于：气孔圆环外径=入流竖井直径，气孔圆环内径=圆筒直径，圆筒直径=1/2入流竖井直径。6.根据权利要求4所述的降低城市深层排水系统气爆强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞晓东，倪尉翔，张健，陈毓陵，李楠，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32