一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构

本技术属于城市排水工程，具体涉及一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构。

背景技术：

1、竖井作为城市深层隧道排水系统中引导浅层水流大距离下落的设施，在城市防洪排涝等问题上起着重要作用。旋转阶梯式竖井作为一种新型排水竖井，通过在竖井内设置旋转阶梯结构延长水流路径使水流在竖井内形成旋流，并且在上下级阶梯之间的三角区产生的漩涡旋滚、漩涡掺气和水流表面的自掺气，具有高消能率，低空化空蚀风险的特点。但由于内部结构形式导致中部空间利用率不高，限制了最大泄流能力，制约了防洪调蓄工作的灵活性。旋流式竖井泄流能力强，适用范围广，在低水头的排水系统和高水头的水工溢洪道均可使用。其利用旋流的离心力作用在壁面上形成正压力，使得结构不易产生空化现象并形成稳定的空腔，减轻了竖井空蚀现象。常用的入流入口形式有相切式、旋流式、狭缝涡流式以及椭圆曲线式。

2、目前城市深层隧道排水竖井结构较为单一，缺乏多功能、复合型竖井结构，对日益复杂的流量变化应对能力略显不足，城市排水系统运行负担过重。本实用新型采用了一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，在提高旋转阶梯式竖井的泄流能力的同时在竖井中部构造出旋流式竖井，增加了竖井功能与面对流量变化时的响应能力。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，以解决传统旋转阶梯式竖井泄流能力低、结构功能单一的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

3、一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，包括进水渠和旋转阶梯式竖井；

4、所述旋转阶梯式竖井为环形竖井结构，且环形竖井结构的外环墙和内环墙之间连接有旋转阶梯，所述旋转阶梯式竖井的内环墙内部构成旋流式竖井；所述进水渠通过椭圆衔接段连通旋转阶梯式竖井与旋流式竖井；

5、所述进水渠和椭圆衔接段内设有分流隔板，所述分流隔板将进水渠和椭圆衔接段组成的连通段竖向分隔为旋转阶梯式竖井进水支渠和旋流式竖井进水支渠，所述旋转阶梯式竖井进水支渠与旋转阶梯式竖井连通，所述旋流式竖井进水支渠与旋流式竖井连通。

6、优选地，所述旋流式竖井进水支渠的起端设有升降式闸门，且升降式闸门的两侧与分流隔板和进水渠的内墙连接；当进水渠内水位达到一定高度时升降式闸门开启。

7、优选地，所述椭圆衔接段包括椭圆衔接段外墙和椭圆衔接段内墙；

8、所述旋转阶梯式竖井的顶部设有外环墙开口和内环墙开口；

9、所述椭圆衔接段内墙的起端与进水渠的内墙连接，且末端依次与外环墙开口一端、内环墙开口一端连接；

10、所述分流隔板的末端与内环墙开口另一端连接；

11、所述椭圆衔接段外墙的起端与进水渠的外墙连接，且末端与外环墙开口另一端连接。

12、进一步地，所述进水渠、椭圆衔接段与分流隔板、外环墙开口和内环墙开口均具有相同的高度。

13、优选地，所述分流隔板分为直通段与弯曲段；所述直通段位于进水渠内部，所述弯曲段位于椭圆衔接段内部；

14、所述直通段的长度大于进水渠的宽度。

15、进一步地，所述直通段沿进水渠的外墙布置，且与进水渠的外墙平行，所述直通段位于进水渠的中轴线上；

16、所述弯曲段沿椭圆衔接段外墙布置，所述旋转阶梯式竖井进水支渠末端的宽度与旋转阶梯式竖井的环距相等；

17、所述旋转阶梯的起端为旋转阶梯式竖井进水支渠末端。

18、优选地，所述椭圆衔接段外墙的形状符合椭圆方程：

19、

20、其中，m为椭圆中心与旋转阶梯式竖井中心的间距，满足m＝(0.5～1.0)d；n为进水渠中轴线与旋转阶梯式竖井中心的间距，满足n＝(0.5～0.65)d；d为旋转阶梯式竖井的外环墙的直径；din为进水渠的宽度。

21、优选地，所述椭圆衔接段内墙的形状符合椭圆方程：

22、

23、优选地，所述弯曲段的形状符合椭圆方程：

24、

25、其中，w为旋转阶梯式竖井的环距的宽度。

26、进一步地，与椭圆衔接段外墙的形状、椭圆衔接段内墙的形状、弯曲段的形状相符的三个椭圆方程中椭圆的中心位置均相同。

27、与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：

28、(1)、本实用新型结构简单，施工容易，运行操作灵活，仅在一个进水渠内设置分流隔板和升降式闸门即可对水流实现分流且椭圆衔接段实现了进水渠与竖井间的平顺衔接，可减缓水流入流时雍水现象。

29、(2)、本实用新型可有效的提高传统旋转阶梯式竖井的泄流能力，根据进水渠内的水位高度或流量大小控制升降闸门启闭，实现由传统旋转阶梯式竖井向旋转阶梯式竖井-旋流式竖井复合型竖井的转换；小流量时水流只进入旋转阶梯式竖井，大流量时闸门开启一部分水流进入中部的旋流式竖井，减轻排水系统的工作负担。

30、(3)、本实用新型可使水流在中部旋流式竖井内的壁面上形成正压力，使得结构不易产生空化并形成稳定的空腔，减轻了竖井空蚀现象。

技术特征：

1.一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，包括进水渠(1)和旋转阶梯式竖井(5)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述旋流式竖井进水支渠(8)的起端设有升降式闸门(4)，且升降式闸门(4)的两侧与分流隔板(3)和进水渠(1)的内墙连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述椭圆衔接段(2)包括椭圆衔接段外墙(2-1)和椭圆衔接段内墙(2-2)；

4.根据权利要求3所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述进水渠(1)、椭圆衔接段(2)与分流隔板(3)、外环墙开口和内环墙开口均具有相同的高度。

5.根据权利要求4所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述分流隔板(3)分为直通段与弯曲段；所述直通段位于进水渠(1)内部，所述弯曲段位于椭圆衔接段(2)内部；

6.根据权利要求5所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述直通段沿进水渠(1)的外墙布置，且与进水渠(1)的外墙平行，所述直通段位于进水渠(1)的中轴线上；

7.根据权利要求6所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述椭圆衔接段外墙(2-1)的形状符合椭圆方程：

8.根据权利要求7所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述椭圆衔接段内墙(2-2)的形状符合椭圆方程：

9.根据权利要求8所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：所述弯曲段的形状符合椭圆方程：

10.根据权利要求9所述的一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，其特征在于：与椭圆衔接段外墙(2-1)的形状、椭圆衔接段内墙(2-2)的形状、弯曲段的形状相符的三个椭圆方程中椭圆的中心位置均相同。

技术总结
本技术公开了一种用于旋转阶梯式竖井的椭圆衔接分流进水结构，涉及城市排水工程领域；该结构包括进水渠和旋转阶梯式竖井；旋转阶梯式竖井的内环墙内部构成旋流式竖井；进水渠通过椭圆衔接段连通旋转阶梯式竖井与旋流式竖井；进水渠和椭圆衔接段内设有分流隔板，分流隔板将进水渠和椭圆衔接段分隔为旋转阶梯式竖井进水支渠和旋流式竖井进水支渠，旋流式竖井进水支渠的起端设有升降式闸门，当进水渠内水位达到一定高度时升降式闸门开启；本技术结构简单易于施工，能够灵活调蓄、提高传统旋转阶梯式竖井的泄流能力并且赋予其的旋流式竖井功能可使水流在竖井中心内部产生稳定的空腔，少轻空蚀现象的发生。

技术研发人员：彭睿豪,刘甲春,黄标
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：20230816
技术公布日：2024/2/1