[發明專利]一種深層排水隧道入流豎井消能及儲能裝置

有效

• 申請號: 201810227237.1
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108396846B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 俞曉東;張健;楊秀維;劉熠
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E03F1/00
• 分類號: E03F1/00;E02D29/045;F03B1/00;F03B13/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發明提供一種深層排水隧道入流豎井消能及儲能裝置，利用深層隧洞排水系統中將水流進入豎井所具有的勢能和動能儲存起來。是在豎井中設置一處集水板將進入豎井的水流集中至豎井一側的能量轉換裝置，水流通過集水板后通過沖擊轉輪葉片帶動轉輪轉動，再利用兩個傘齒輪將轉軸帶動傳力主軸轉動，傳力主軸可伸至豎井井口，傳力主軸在井口附近與齒輪泵相接通過齒輪的運作以達到儲存液壓能的目的。本發明基于能量守恒的工作原理，將通過豎井的這部分能量儲存，以便為整個系統運行時提供能量，且兼具消能效果。

技術領域

本發明涉及城市深層隧道排水技術領域，具體涉及豎井入流水流的消能及儲能裝置，用于將進入豎井的水流的能量轉換為機械液壓能并達到消能及儲能目的。

背景技術

隨著我國城市化進程的加快，傳統城市建設模式帶來的內澇頻發、徑流污染加劇、水資源流失、水生態環境惡化等突出雨水問題，已成為制約社會發展的限制性因素之一。在環境承載能力日益飽和的今天，建設 “海綿城市”成為當今我國社會發展的必然需求。針對城市中心城區水面率低、建筑密度高、地下管線錯綜復雜、人口密集和防汛安全壓力大等特點，采用大型深層調蓄隧道，作為托底工程，輔以源頭徑流控制，成為解決城市內澇以及初雨污染的有效手段。

為了避開對地下管線以及地鐵等設施的影響，城市深層隧道調蓄排水隧道一般建設在地下40m-60m處，當發生暴雨時，地面匯集的大量雨水通過入流豎井流入地下隧道，存儲部分雨水。因而入流豎井高度較高，如果水流直接從豎井頂部直接跌入到豎井底部，水流的勢能轉換為動能，必然會對豎井底部產生非常大的沖擊，破壞豎井結構，引起豎井內產生振動、噪聲以及挾帶大量氣體進入隧道等問題，影響工程的安全運行。為了解決水流的消能問題，目前工程中常常在豎井中建造消能結構，比如傳統的折板式結構、滑道式結構、階梯式結構等等，當水流流過這些結構時，能量發生耗散，從而達到消能的目的。但該類消能措施一方面容易在豎井內出現旋渦、空化和空蝕、摻氣水流等多種復雜的水力流動現象，同時在豎井中建造的結構受到水流的沖刷，帶來過大的結構振動問題，威脅結構安全。另外，入流豎井較高，水流的落差較大，具備較多的勢能，如何利用這部分能量，在目前城市深隧入流豎井的設計中，還未出現類似的觀念以及結構。本發明提出并設計了一種新型的深隧系統入流豎井結構，在保證水流安全流入的前提下，將原本靠豎井消能結構耗散掉的能量，通過新型的裝置轉換為機械能，進而轉換為液壓能儲存起來，用于深隧系統中機械裝置，如閘門、檢修電梯等設備的供能。

發明內容

發明目的：目前的深層隧道調蓄排水系統中，入流豎井的水流大多采用單純的消能措施以避免水流對豎井的破壞，但該部分水流能量因此也被浪費，為克服目前的豎井消能中存在的缺點，本發明旨在將豎井水流的能量儲存為機械液壓能，可用于為調蓄排水系統中各部分閘門等部件的運行提供能量。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的深層排水隧道入流豎井消能及儲能裝置，包括安裝在豎井內的集水系統、能量轉換裝置和傳動系統，所述集水系統包括一塊由拋物線沿豎井直徑拉伸形成的第一曲面、與第一曲面在連接處相切用于將水流引至轉輪葉片遠離轉軸一側的平面集水板，由拋物線沿豎井半個圓掃掠形成的第二曲面，及與第二曲面相接用于引導水流的圓柱面；所述能量轉換裝置具有半圓形葉片；所述傳動系統包括傘齒輪和傳力主軸，用于聯接能量轉換裝置與儲能裝置。

具體地，所述儲能裝置是齒輪泵，所述半圓形葉片在轉軸上間隔45°均勻排列，所述傘齒輪對稱地布置在轉軸的兩端。

具體地，集水板遠離主流一側為拋物線沿直線拉伸后處于豎井內部的曲面部分，靠近主流一側的集水板為拋物線沿豎井截面半個圓周掃略得到的曲面，以減少水流從豎井井口流下時對集水板的沖擊作用。其中靠近主流一側集水板主要起到防止水流沿豎井邊壁流下，防止產生較大的滲漏損失，也防止水流不經過轉輪消能以較大流速沿豎井內壁直接流下而對深隧產生較為嚴重的破壞作用。