一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构制造技术

本发明专利技术公开了一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，属于城市排水技术领域，是在排水系统跌落水室内设置导流壳板，导流壳板靠近上游管道一侧开设通气孔口，在排水竖井出口处设置节流板。强降雨期，上游排水管道快速增加的入流在导流壳板作用下进入下游管道，上游管道及跌落水室内预存的气体截留在导流壳板上侧的水室内部，发挥气垫缓冲作用。本发明专利技术在满足管道系统排水要求的前提下，可以大大降低排水管道明满流过程中的井喷压力，减小高压水流对排水管道系统的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构
本专利技术涉及城市排水
，尤其涉及一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构。
技术介绍
近年来，我国城市化进程逐步加快，非透水材料的使用增加了强降雨期城市排水管网及内河行洪压力，导致内涝灾害频繁发生。内涝问题已成为城市发展面临的主要问题之一，而有效可靠的城市排水系统，则是解决该问题的主要途径。正常情况下城市排水管道内的水流状态为明渠流。当遭遇强降雨天气时，城市排水管道内的水流会在短时间内由明渠流动转变为有压流动，并伴随着巨大的压力脉动。当发生强降雨等情况时，城市排水管道内水位急剧增加，极易出现明满流交替现象。在此瞬变过程中存在剧烈的压力交变作用，并伴随有大量空气进出管道，使管道排水能力下降，严重影响城市排水管网的运行效率。在排水管道由明渠流向有压流转变过程中极易截留空气形成气囊。截留气囊在水气交互作用下发生压缩、转移、膨胀和释放，将产生极大的压力峰值和压力振荡，轻则会影响到管道的排水效果，重则会发生“气爆”、“井喷”等公共安全事故，导致基础设施摧毁和管道爆裂等工程事故。在排水系统管道设计时，为了避免大坡度管道的布设，通常设置一定的跌落水室。因此，在跌落水室内，上下游管道通常会存有一定的高度差。当经历暴雨天气时，由于排水管道内入流流量的快速增加，管内水流流态在短时间内由明渠流转变为有压流。增加的水流前波撞击在跌落水室壁上，随后沿曲线返回进入竖井，导致部分空气截留在跌落水室及上游管道末端。随后水流持续流入，这部分气囊被压缩，气体压力增大，随后将竖井内的水气混合物喷出，发生井喷。在目前的排水系统设计中，基本都具有采用相对高度差设计的跌落水室，无法避免上游管道流量在快速增加过程中折返水流封闭气囊的矛盾。在井喷发生过程中，下游管道的输运能力具有重要作用。在上游管道经历明满流过渡过程时，若下游管道内水流速度较小，入流涌波到达跌落水室后得不到及时排出，造成短时间内跌落水室压力急剧增大。基于此，本专利技术使用了一种新型导流壳板与节流板组合的结构设计，很好的解决了排水系统中折返水流封闭气囊的矛盾，在上游管道处于明满流过渡时及时增大下游管道中水流流速，降低最大井喷压力，保证排水系统的安全运行。在强降雨天气下，排水管道入流的快速增加会引起空气/水混合物在竖井出口喷射，发生井喷。井喷现象不仅会造成较大的压力脉动，威胁排水管网公共安全，喷射出的水气混合物也易造成环境污染。本专利技术旨在提供一种能够降低强降雨期排水竖井井喷压力的防护结构，在满足排水管道安全运行的前提下，有效降低井喷过程中最大压力，避免高压水流对排水管道造成的破坏。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，而提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，包括：进水池、上游管道、跌落水室、下游管道和出水池，所述进水池、上游管道、跌落水室、下游管道和出水池从左到右依次连接，所述跌落水室顶部连接竖井，所述竖井与外面大气相通。优选地，所述跌落水室内设置连接上游管道和下游管道的导流壳板，所述竖井顶部设置节流板，所述节流板与导流壳板之间形成组合方案。优选地，所述导流壳板为半圆形渐扩的壳板，所述导流壳板上游侧内直径与上游管道相同且导流壳板下游侧内直径与下游管道相同，所述导流壳板横截面中心角为180°，所述导流壳板靠近上游管道一侧设置通气孔且通气孔与跌落水室连通。优选地，所述导流壳板上的通气孔面积应大于上游管道横截面面积的20％以上。优选地，所述竖井顶部节流板上的孔口面积设置为上游管道横截面面积的4％-6％。与现有技术相比，本专利技术提供了一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，具备以下有益效果：1.本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在输水系统跌落水室内设置导流壳板及在竖井出口设置节流板，可以有效解决强降雨期排水管道明满流过渡过程中竖井井喷压力过大及喷射水体对环境造成污染的问题。这对城市排水管道安全运行，具有十分重要的作用。下面将以典型排水管道设计方案为例，说明导流壳板与节流板组合措施的工作原理和效果。在排水管道设计中，为了降低管道坡度，通常在坡度较大的管道中间设置跌落水室，可以有效减小排水管道的坡度。在强降雨期，由于降雨量的增大，大量水体在短时间内进入排水管道，造成上游管道水流流态由明渠流动转变为有压流动。上游管道水流在快速增加的过程中，下游管道中的水流以较小的流速流动。在快速入流到达跌落水室之后，由于下游管道流速较小，输运能力较差，因此快速增加的水流迅速填满跌落水室，并沿竖井向外喷射，发生井喷，并伴随较大的压力脉动；在跌落水室设置导流壳板之后，在上游管道入流快速增加过程中，下游管道中的水流也在加速。当入流涌波到达跌落水室时，下游管道中的水流具有了一定的速度，因此在跌落水室填充过程中，更多水流进入下游管道，缓解了跌落水室内的压力上升。无孔导流壳板与下游水体形成了密封空间，在缓解跌落水室井喷压力的同时，将上游管道中的气体导入到下游管道中，增加了后续竖井发生井喷的风险。因此，在导流壳板靠近上游管道一侧增设通气孔后，释放了部分上游管道的气体，但是导流壳板对井喷压力的缓解效果也降低了。在设置导流壳板的基础上，在竖井出口处设置节流板。当上游管道入流快速增加时，在导流壳板的作用下下游管道流速开始增大，增强下游管道的输运能力。上游管道内储存的气体通过导流壳板上的通气孔进入跌落水室。由于竖井出口处节流板的限制，气体被滞留在导流壳板上方，发挥缓冲作用。在导流壳板和节流板的协同作用下，下游管道中的水体速度处于缓慢增大的趋势，在水流涌波到达跌落水室时具有较大的输运能力，避免了较大的压力峰值，有效缓解了井喷压力。附图说明图1为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的现有的无防护措施的排水竖井示意图；图2为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的增设无孔导流壳板的排水竖井示意图；图3为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的增设导流壳板的排水竖井示意图；图4为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的增设导流壳板与节流板的排水竖井示意图；图5为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的导流壳板与节流板的排水竖井俯视图；图6为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的四种结构方案下跌落水室内井喷压力随时间变化趋势图；图7为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的四种结构方案下下游管道水体流速随时间变化趋势图；图8为本专利技术提出的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构的一具体实施例的四种结构方案下竖井气体速度随时间变化趋势图。图号说明：进水池1，上游管道2，竖井3，节流板4，跌落水室5，导流壳板6，通气孔7，下游管道8，出水池9。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，包括：进水池(1)、上游管道(2)、跌落水室(5)、下游管道(8)和出水池(9)，其特征在于，所述进水池(1)、上游管道(2)、跌落水室(5)、下游管道(8)和出水池(9)从左到右依次连接，所述跌落水室(5)顶部连接竖井，所述竖井(3)与外面大气相通。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，包括：进水池(1)、上游管道(2)、跌落水室(5)、下游管道(8)和出水池(9)，其特征在于，所述进水池(1)、上游管道(2)、跌落水室(5)、下游管道(8)和出水池(9)从左到右依次连接，所述跌落水室(5)顶部连接竖井，所述竖井(3)与外面大气相通。


2.根据权利要求1所述的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，其特征在于：所述跌落水室(5)内设置连接上游管道(2)和下游管道(8)的导流壳板(6)，所述竖井(3)顶部设置节流板(4)，所述节流板(4)与导流壳板(6)之间形成组合方案。


3.根据权利要求1所述的一种降低城市排水竖井井喷压力的新型结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘甲春，黄标，朱志伟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33