[发明专利]一种基于曲柄连杆传力的竖井消能及储能装置

说明书

本发明公开一种利用深层隧洞排水系统中将水流进入竖井所具有的势能和动能分级储存起来的装置。在每一级中设置一处集水板以及与其配套的水平放置的能量转换装置。通过集水板的作用将竖井中的水流引至竖井一侧从而使水流冲击装置叶片从而带动转轮转动，再利用一套曲柄连杆装置传力将转轮主轴的圆周运动转换为杆件的往复运动，从而可以带动往复泵的工作。在过去的方案中，通过竖井的水流仅仅通过其他消能设施以防止水流对竖井及隧洞的破坏，但水流的能量也因此浪费，本发明基于能量守恒的工作原理，在消能的同时将通过竖井的水流能量储存，用于提供整个系统运行所需能量。

技术领域

本发明涉及城市深层隧道排水技术领域，是竖井入流水流的消能及储能装置，用于将进入竖井的水流的能量回收转换为机械液压能以达到消能并储能的装置。

背景技术

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，采用大型深层调蓄隧道，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。

为了避开对地下管线以及地铁等设施的影响，城市深层隧道调蓄排水隧道一般建设在地下40m-60m处，当发生暴雨时，地面汇集的大量雨水通过入流竖井流入地下隧道，存储部分雨水。因而入流竖井高度较高，如果水流直接从竖井顶部直接跌入到竖井底部，水流的势能转换为动能，必然会对竖井底部产生非常大的冲击，破坏竖井结构，引起竖井内产生振动、噪声以及挟带大量气体进入隧道等问题，影响工程的安全运行。为了解决水流的消能问题，目前工程中常常在竖井中建造消能结构，比如传统的折板式结构、滑道式结构、阶梯式结构等等，当水流流过这些结构时，能量发生耗散，从而达到消能的目的。但该类消能措施一方面容易在竖井内出现旋涡、空化和空蚀、掺气水流等多种复杂的水力流动现象，同时在竖井中建造的结构受到水流的冲刷，带来过大的结构振动问题，威胁结构安全。另外，入流竖井较高，水流的落差较大，具备较多的势能，如何利用这部分能量，在目前城市深隧入流竖井的设计中，还未出现类似的观念以及结构。本发明提出并设计了一种新型的深隧系统入流竖井结构，在保证水流安全流入的前提下，将原本靠竖井消能结构耗散掉的能量，通过新型的装置转换为机械能，进而转换为液压能储存起来，用于深隧系统中机械装置，如闸门、检修电梯等设备的供能。

发明内容

发明目的：目前的深层隧道调蓄排水系统中，入流竖井的水流大多采用单纯的消能措施以避免水流对竖井的破坏，但该部分水流能量因此也被浪费，为克服目前的竖井消能中存在的缺点，本发明旨在将竖井水流的能量储存为机械液压能，可用于为调蓄排水系统中各部分闸门等部件的运行提供能量。

技术方案：本发明提供的基于曲柄连杆传力的竖井消能及储能装置，包括安装在竖井内的集水系统、能量转换装置和传动系统；所述集水系统包括一块由抛物线沿竖井直径拉伸形成的第一曲面、与第一曲面在连接处相切用于将水流引至转轮叶片远离转轴一侧的平面集水板，由抛物线沿竖井半个圆扫掠形成的第二曲面，及与第二曲面相接用于引导水流的圆柱面；所述能量转换装置具有半圆形叶片；所述传动系统包括曲柄和连杆，用于联接能量转换装置与储能装置

使用时，通过将进入竖井的水流利用四块集水板集中至竖井一侧，利用水流的重力及所具有的动能带动集水板下方的能量转换装置转轮的转动，转轮主轴在曲柄连杆的作用下将圆周运动转换为直线往复运动从而带动往复泵的工作，通过往复泵的运作实现将水流的能量转换为机械液压能的目的，实现竖井水流能量的回收，并可同时达到消能的目的。在集水板位置可根据集水板所能承受的水流冲击力及竖井高度合理确定，以防止集水板距离井口太远致使集水板受到较大的冲击。