改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置的制作方法

本发明属于市政排水技术领域，具体涉及一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置。

背景技术：

排水箱涵是城市排水工程体系中的一项重要基础设施，承担着确保城市雨污水有序收集、运输及治理，对于维护城市日常运行发挥着重要作用，是城市人民生活的“静脉”。随着城市建设规模的不断发展和扩大，城市公共排水系统设施数量迅速增长。但是在城市排水系统的规划设计阶段，尤其当涉及到排水箱涵时，由于受到不利的土质、施工环境等客观条件的限制，设计出的排水箱涵往往需要绕过复杂地形，因此通常会存在圆弧段。当水流通过圆弧形结构的箱涵通道时，由于受到“曲率效应”的影响，在离心力的作用下容易引起箱涵内水流出现偏流问题，通常表现为弧形排水箱涵的凹侧壁处水流流速大、凸侧壁处水流流速低甚至产生回流。不良的水流流态严重影响排水系统运行的安全与稳定，尤其当弧形排水箱涵靠近排放口时，出口处的偏流容易引起低流速区产生淤积堵塞，近表层的局部高速水流还会对外侧河道中船舶的正常通航产生不利影响。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够有效改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置，设置于弧形排水箱涵内，所述弧形排水箱涵进、出口段为直线段，中间段为圆弧段；包括导流墩、第一横梁和第二横梁，所述导流墩布置在在弧形排水箱涵的末端，所述第一横梁贯穿导流墩，第一横梁的两端与箱涵两侧壁面垂直相交，所述第二横梁布置在弧形排水箱涵的出口直线段末端；所述弧形排水箱涵的宽度为w、深度为h、圆弧段的弧度为θ。

具体地，所述导流墩是位于排水箱涵圆弧段末端的两个，其数量过少整流效果不佳、数量过多会额外增大水力损失，两导流墩夹角α=-15~15°，其夹角过大或过小会增大水力损失。所述导流墩的两端修圆，以减小水力损失；长度l1=（0.5~1.0）w、宽度b1=（0.02~0.1）w、高度h1=h。

所述导流墩将箱涵圆弧段末端区域分割为三个通道，其中近箱涵圆弧段凹侧壁的通道为进口小、出口大的渐扩型通道，近箱涵圆弧段凸侧壁的通道为进口大、出口小的收缩型通道，以实现对弧形箱涵出流的均化；所述渐扩型通道的进口宽度b2=（0.05~0.2）w、出口宽度b3=（0.2~0.4）w；所述收缩型通道的进口宽度b4=（0.2~0.4）w、出口宽度b5=（0.05~0.2）w。

具体地，所述第一横梁与排水箱涵圆弧段末端在水平面上的圆弧角度β=（0~0.3）θ；所述横梁断面为正方形，以方便施工制作，边长c=（0.1~0.2）h；所述第一横梁是沿垂向布置的2~4根，以进一步对导流墩均化分流的水流进一步均化调整，横梁数量过少其整流效果不明显、数量过多会显著增大水力损失；相邻第一横梁的间距h3=（0.05~0.15）h，最上部第一横梁与箱涵顶部的距离为h2=（0.02~0.1）h，以保障表层始终有水流通过进而避免表层出现回流。

具体地，所述第二横梁与弧形排水箱涵的出口间距d=（0.1~0.3）w，第二横梁是沿垂向布置的1~2根，横梁数量过多会增大水力损失；相邻第二横梁的间距h5=（0.05~0.2）h，其中上部第二横梁与箱涵顶部的距离h4=（0.02~0.1）h，使得通过导流墩和前部横梁整流均化后的水流经二次整流的水流具有表层流速低、底部流速大且平面流速均匀的良好速度分布特征。

具体地，所述导流墩、第一横梁和第二横梁均为钢筋混凝土结构。以保障整流装置能够满足排水箱涵的设计施工使用要求。

具体地，所述弧形排水箱涵的上游连接泵站出水井，下游连通外侧河道，弧形排水箱涵的进、出口段均为直线段，中间段为圆弧段，弧形排水箱涵的过水断面为矩形，宽6m深3m，圆弧段的弧度为60°；在弧形排水箱涵的圆弧段末端布置两平行的导流墩；导流墩长4.5宽0.3m高3m；导流墩与排水箱涵圆弧段凹侧壁形成渐扩型通道，其进口宽0.75m、出口宽2m；导流墩与排水箱涵圆弧段凹侧壁形成收缩型通道，其进口宽2.4m、出口宽0.85m；导流墩上贯穿第一横梁，第一横梁与弧形排水箱涵圆弧段末端在水平面上的圆弧角度为6°；横梁断面为边长0.4m的正方形，第一横梁是沿垂向间隔0.25m布置的3根，其中上部横梁距弧形排水箱涵顶部0.1m；弧形排水箱涵的出口直线段末端具有相距0.25m的两根第二横梁，第二横梁距弧形排水箱涵出口1m，第二横梁距弧形排水箱涵顶部0.1m。

使用时，本发明的改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置设置于弧形排水箱涵内，包括导流墩和横梁；所述弧形排水箱涵的上游连接泵站出水井，下游连通外侧河道，弧形排水箱涵的进、出口段均为直线段，中间段为圆弧段，弧形排水箱涵的过水断面为矩形。

有益效果：本发明通过整流装置来改善弧形排水箱涵的出水流态，解决弧形排水箱涵出流存在的偏流问题，进而可有效预防弧形排水箱涵出口处产生淤积堵塞以及避免对外侧河道中船舶通航造成不利影响，保障了市政排水系统具有稳定、良好的排水性能。

本发明所提出的整流装置结构简单、容易加工制作，适于在各种具有弧形排水箱涵的市政排水系统建设及改造工程中推广应用。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的局部结构尺寸示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明实施例的平面布置示意图；

图4是本发明实施例整流前后箱涵出口平面平均流速对比曲线图；

图5是本发明实施例整流前后箱涵出口立面平均流速对比曲线图；

图中：导流墩1、第一横梁2、第二横梁3、弧形排水箱涵4、泵站出水井5、外侧河道6。

具体实施方式

实施例：

本实施例的改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置如图1和图2所示，包括设于弧形排水箱涵4内的导流墩1、第一横梁2和第二横梁3；该弧形排水箱涵4的上游连接泵站出水井5，下游连通外侧河道6，弧形排水箱涵4的进、出口段均为直线段，中间段为圆弧段，弧形排水箱涵4的过水断面为矩形，且其的宽度为w、深度为h、圆弧段的弧度为θ。

导流墩1位于弧形排水箱涵4的圆弧段末端，数量优选为两个，两导流墩的夹角α=-15~15°；导流墩1的长度l1=（0.5~1.0）w、宽度b1=（0.02~0.1）w、高度h1=h；导流墩1的两端修圆；导流墩1将弧形排水箱涵4的圆弧段末端区域分割为三个通道，其中近排水箱涵4圆弧段凹侧壁的通道为进口小、出口大的渐扩型通道，近排水箱涵4圆弧段凸侧壁的通道为进口大、出口小的收缩型通道；渐扩型通道的进口宽度b2=（0.05~0.2）w、出口宽度b3=（0.2~0.4）w；所述收缩型通道的进口宽度b4=（0.2~0.4）w、出口宽度b5=（0.05~0.2）w。

导流墩1被第一横梁横梁2所贯穿，第一横梁2与弧形排水箱涵4的两侧壁面垂直相交；第一横梁2与弧形排水箱涵4圆弧段末端在水平面上的圆弧角度β=（0~0.3）θ；第一横梁2断面为正方形，边长c=（0.1~0.2）h；第一横梁2是沿垂向布置的3根，其中上部横梁与弧形排水箱涵4顶部之间的间距h2=（0.02~0.1）h；、相邻第一横梁2之间的间距h3=（0.05~0.15）h。

弧形排水箱涵4的出口直线段末端设有第二横梁3，第二横梁3与弧形排水箱涵4的出口间距d=（0.1~0.3）w，第二横梁3是沿垂向布置的1~2根，第二横梁3与弧形排水箱涵4顶部间距h4=（0.02~0.1）h，相邻第二横梁3之间的间距h5=（0.05~0.2）h。

以上导流墩1、第一横梁2和第二横梁3均为钢筋混凝土结构，可在具有弧形结构的排水箱涵工程建设或改造现场进行浇筑成型。

上述整流装置的弧形排水箱涵平面结构布置图如图3所示。整流装置设置于弧形排水箱涵4内，包括导流墩1和第一横梁2和第二横梁3；弧形排水箱涵4的上游连接泵站出水井5，下游连通外侧河道6，弧形排水箱涵4的进、出口段均为直线段，中间段为圆弧段，弧形排水箱涵4的过水断面为矩形，且其的宽度w=6m、深度h=3m、圆弧段的弧度θ=60°。导流墩1位于弧形排水箱涵4的圆弧段末端，数量为两个，两导流墩的夹角α=0°；导流墩1的长度l1=4.5m、宽度b1=0.3m、高度h1=3m；导流墩1的两端修圆；导流墩1与排水箱涵4圆弧段凹侧壁形成渐扩型通道，且其进口宽度b2=0.75m、出口宽度b3=2m；导流墩1与排水箱涵4圆弧段凹侧壁形成收缩型通道，且其进口宽度b4=2.4m、出口宽度b5=0.85m。导流墩1上贯穿的第一横梁2与弧形排水箱涵4圆弧段末端在水平面上的圆弧角度β=6°；第一横梁2断面为正方形且其边长c=0.4m，是沿垂向布置3根，间距h3=0.25m，其中上部横梁与弧形排水箱涵4顶部之间的距离为h2=0.1m。第二横梁3设置在弧形排水箱涵4的出口直线段末端，第二横梁3与弧形排水箱涵4出口的距离为d=1m，是沿垂向布置的2根，间距h5=0.25m，第二横梁3与弧形排水箱涵4顶部的距离为h4=0.1m。

如图4和图5所示，采用三维流动数值模拟方法，对比分析上述实施例中采用整流装置前、后，弧形排水箱涵出口截面上在水平和立面上的归一化后的平均速度变化情况。从对比结果来看，未设置本发明的整流装置之前，弧形排水箱涵出口在水平面上流速分布表现为明显偏流，同时在立面上反映出其表层流速也较大；通过在本发明的整流装置的整流作用后，弧形排水箱涵出口在水平面上的流速分布变得均匀，同时立面上表现为上小、下大的流速分布规律，其中表层流速低对外侧河道中船舶正常的通航不会产生不利影响，底部流速略大且水平流速分布均匀对于防淤、排淤有利。由此说明本发明所提出的整流装置显著提高了弧形排水箱涵的出水流态，有助于保障市政排水系统具有良好的排水性能。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。