一种基于虹吸抽吸的排水管道翻转堰板拦截冲洗装置

一种基于虹吸抽吸的排水管道翻转堰板拦截冲洗装置
[0001][0002][0003]
技术领域
[0004]
本发明涉及排水管道治理技术领域，具体为一种基于虹吸抽吸的排水管道翻转堰板拦截冲洗装置。


背景技术：

[0005]
排水管道是排水系统的重要组成部分，也是城市水循环的重要通路，主要包括分流制下的雨水、污水管道，以及合流制排水管道。其中，分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管道内排除的系统，分流制对于水体的污染程度较低；合流制排水系统是将生活污水，工业废水和雨水混合在同渠内排除的排水系统，因此，合流制对于水体的污染程度相对较高。我国许多大城市已形成了较为完善的分流制排水管道系统，但是由于历史遗留及现实改造难的原因，许多老城区的排水管网仍然有大量的合流制系统存在。由于污水系统建设滞后于雨水系统、没有同步实施污染源纳管等各方面的原因，导致部分本应该接入污水管网的污水被混接到雨水管网，使得部分分流制系统也并没有做到真正意义上的雨污分流。
[0006]
旱季时，污水的流速低，其中的大量污染物沉积在排水管道中，即“藏污纳垢”；雨天时，存在于大气和地表的污染物以及雨水管道中的大量沉积物被雨水冲刷至天然水体，即“零存整取”。排水管道内的污水处于小流量，低流速的状态时，因水力冲刷不足，污水中的颗粒物会在重力作用下，汇聚大量有机物聚集于管道底部形成沉积物。当排水管道内的污水长时间保持低流速状态时，底部沉积物中有机物成分便会因长时间处于缺氧状态而发酵，一方面会使得沉积物变得黑臭，另一方面也会使沉积物粘度进一步增加，使底部沉积物更加难以冲刷。沉积物长期处于排水管道中会变得黑臭，下雨时，黑臭的沉积物会随着雨水进入自然水体，污染水资源。因此对于分流制混接雨水管道和合流制管道来说，排水管道内的污水沉积物会造成水体黑臭污染。


技术实现要素：

[0007]
为了解决现有技术中低流速污水中的颗粒物在排水管道中沉积的问题，本发明提供了一种一种基于虹吸抽吸的排水管道翻转堰板拦截冲洗装置，包括：
[0008]
启动阀，所述启动阀设于所述排水管道上方的地面；
[0009]
翻转堰板，所述翻转堰板包括圆缺形挡板以及与所述挡板连接的旋转轴，所述挡板的底端与所述排水管道的内壁间隙配合，所述旋转轴的一端与所述启动阀连接，另一端与所述挡板的圆心重合；
[0010]
水位计，所述水位计用于测量所述翻转堰板上游一侧的水位；
[0011]
虹吸式排水管，所述虹吸式排水管的入口端设于所述翻转堰板的上游并与所述排
水管道内腔的底部连通，所述虹吸式排水管的出口端设于所述翻转堰板的下游并与所述排水管道的侧壁连通。
[0012]
作为上述技术方案的进一步改进：
[0013]
所述虹吸式排水管的入口端设有类旋流器，所述类旋流器能使水底形成旋流。
[0014]
所述类旋流器包括顶板和底板，所述底板开设有竖直贯穿的出水口，所述出水口与所述虹吸式排水管连通，所述顶板和底板之间设有导流板，相邻两个所述导流板之间形成导流通道。
[0015]
所述排水管道的内壁在所述翻转堰板的下游一侧设有第一密封圈，所述第一密封圈设于所述旋转轴的一侧，所述排水管道的内壁在所述翻转堰板的上游一侧设有第二密封圈，所述第二密封圈设于所述旋转轴的另一侧，所述第一密封圈和所述第二密封圈用于限制水流从所述挡板与所述排水管道之间的缝隙通过。
[0016]
所述水位计与所述启动阀通信连接，所述启动阀由其内部控制器控制开启和关闭。
[0017]
所述启动阀由外力控制开启和关闭。
[0018]
所述启动阀设有显示部，所述显示部用于显示所述启动阀的状态。
[0019]
所述水位计与所述旋转轴连接，所述水位计的延伸方向与水面垂直。
[0020]
还包括搅拌组件，所述搅拌组件包括螺旋轴、传动杆、搅拌桨，所述螺旋轴的一端设有螺旋叶片，另一端设有第一半球齿轮，所述螺旋叶片设于所述虹吸式排水管内；所述传动杆通过套筒与所述排水管道连接，所述传动杆的一端设有第一齿轮，另一端设有第二半球齿轮，所述第一半球齿轮与所述第二半球齿轮啮合；所述搅拌桨设于所述翻转堰板的上游一侧，所述搅拌桨的桨轴与所述排水管道转动连接，所述搅拌桨的桨叶设于所述排水管道的底部，所述桨轴设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮传动连接。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0022]
(1)本发明通过设置挡板对排水管道中低流速、小流量的污水进行截流，通过设置虹吸式排水管连通挡板的上游和下游，当截流的液面高度达到虹吸式排水管的虹吸水位时，即液面高度到达虹吸式排水管顶部，虹吸式排水管内产生虹吸现象，将排水管道底部的污水和冲积物快速抽吸到挡板的下游，防止排水管道内形成沉积物。通过设置启动阀和翻转堰板，启动阀能控制翻转堰板旋转，当挡板的圆缺形截面与排水管道的横截面垂直时，挡板几乎不会截流污水，雨季时，污水流量大，流速快，旋转翻转堰板后，翻转堰板不会影响排水管道排水。本发明具有简单可靠、经济环保、并且便于拆卸的特点，具有很好的适用性，只需要对现有的雨水管道或合流制管道进行简单改造即可防止排水管道内形成沉积物。
[0023]
(2)通过设置类旋流器，一方面防止水面产生旋流，空气进入虹吸式排水管，另一方面，在水底形成水切旋流，能对底部沉积物进行冲刷，有利于将挡板上游的冲积物转移到挡板下游。
[0024]
(3)通过设置搅拌组件，虹吸式排水管内产生虹吸现象时，水流能带动螺旋轴旋转，进而带动桨叶旋转，可以搅动翻转堰板上游的污水，从而防止颗粒物沉积。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1是本发明的部分结构剖面示意图；
[0027]
图2是翻转堰板关闭时的俯视图；
[0028]
图3是桨叶的位置示意图；
[0029]
图4是类旋流器中导流板的俯视图；
[0030]
图5是类旋流器的部分剖视图；
[0031]
图6是另一实施例类旋流器中导流板的俯视图；
[0032]
图7是虹吸式排水管和螺旋轴配合示意图；
[0033]
图8是虹吸式排水管路由。
[0034]
附图标记：
[0035]
1、排水管道；2、启动阀；3、翻转堰板；31、挡板；32、旋转轴；4、水位计；5、虹吸式排水管；6、类旋流器；61、顶板；62、底板；63、导流板；71、第一密封圈；72、第二密封圈；81、虹吸水位；82、启动水位；91、螺旋轴；92、传动杆；921、套筒；922、第一齿轮； 93、搅拌桨；931、桨叶；932、第二齿轮。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0037]
图1示例了本发明的部分结构剖面示意图，图2示例了翻转堰板3关闭时的俯视图(图中箭头方向示意水流方向)，图3示例了浆叶931的位置示意图(图中箭头方向示意水流方向)，如图1-3所示，本实施例的基于虹吸抽吸的排水管道1翻转堰板3拦截冲洗装置，包括：启动阀2、翻转堰板3、水位计4和虹吸式排水管5，启动阀2设于排水管道1上方的地面，有利于工作人员观察和控制该装置的状态。翻转堰板3包括圆缺形挡板31以及与挡板31连接的旋转轴32，挡板31的底端为圆弧形，挡板31的底端与排水管道1的内壁间隙配合，挡板31可以与排水管道1同轴。旋转轴32的一端贯穿排水管道1与启动阀2连接，启动阀2可以控制旋转轴32进行旋转，旋转轴32的另一端与挡板31的圆心重合，即旋转轴32的长度延伸方向与挡板31的径向重合，挡板31能以旋转轴32为中心轴进行旋转。旋转轴32可以与挡板31 插接、焊接或一体成型。水位计4用于测量翻转堰板3上游一侧的水位，即液面高度，在一个实施例中，水位计4的测量值可以显示在启动阀2中。虹吸式排水管5的入口端设于翻转堰板 3的上游并与排水管道1内腔的底部连通，虹吸式排水管5的出口端设于翻转堰板3的下游并与排水管道1的侧壁连通。虹吸式排水管5为倒u形，当虹吸式排水管5中的液体越过最高处(即虹吸水位81)并由于重力原因下落时，虹吸式排水管5内会产生虹吸现象，将翻转堰板3 上游的沉积物快速转运到翻转堰板3下游。
[0038]
在本实施例中，虹吸式排水管5内没有设置螺旋轴91。一般认为管道中市政污水的含泥率一般在99.5％以上，故认为污水的流动规律遵循一般流体规律，计算按照水力学均匀流公式计算。
[0039]
虹吸式排水管5管路水头损失计算公式：h＝hj hi[0040][0041][0042][0043]
其中：
[0044]
h表示总水头损失(m)；
[0045]hj
表示沿程水头损失(m)；
[0046]hi
表示局部水头损失(m)；
[0047]
v表示断面平均流速(m/s)；
[0048]
l表示虹吸式排水管道总长度(m)；
[0049]
d表示虹吸式排水管道直径(m)；
[0050]
r表示水力半径(m)；
[0051]
ξ表示局部水头损失系数。
[0052]
图8示例了虹吸式排水管5路由，根据本次设计路由，ξ＝4.62，如图8所示，本实施例采用upvc管。如采用：
[0053]
(1)虹吸式排水管5直径d＝0.15m，虹吸式排水管5总长度取l＝2m，虹吸式排水管5平均流速取v＝0.70m/s，经计算污水流量q＝0.0124m3/s，总水头损失h＝0.34m，也即说明挡板31 前后水面压差h大于0.34m时，虹吸式排水管5会快速对污水进行抽吸作用，并且前后水面压差越高，抽吸作用越好；
[0054]
(2)虹吸式排水管5直径d＝0.20m，虹吸式排水管5总长度取l＝2m，虹吸式排水管5平均流速取v＝0.70m/s，经计算污水流量q＝0.022m3/s，总水头损失h＝0.27m。也即说明挡板31 前后水面压差h大于0.27m时，虹吸式排水管5会快速对污水进行抽吸。
[0055]
对比两种方案可知：挡板31前后水面压差h越大，虹吸式排水管5管径d越大，排水流量越大，抽吸作用越好，但考虑到经济性及适用性，挡板31前后水面压差h宜≥0.35m，故本设计方案适用于dn800以上的排水管道1改装，虹吸式排水管5建议宜采用dn100～dn200。
[0056]
本发明通过设置挡板31对排水管道1中低流速、小流量的污水进行截流，通过设置虹吸式排水管5连通挡板31的上游和下游，当截流的液面高度达到虹吸式排水管5的虹吸水位81 时，即液面高度到达虹吸式排水管5顶部，虹吸式排水管5内产生虹吸现象，将排水管道1 底部的污水和冲积物快速抽吸到挡板31的下游，防止排水管道1内形成沉积物。通过设置启动阀2和翻转堰板3，启动阀2能控制翻转堰板3旋转，当挡板31的圆缺形截面与排水管道1 的横截面垂直时，挡板31几乎不会截流污水，雨季时，污水流量大，流速快，旋转翻转堰板 3后，翻转堰板3不会影响排水管道1排水。本发明具有简单可靠，经济环保的特点，只需要对现有的雨水管道或合流制管道进行简单改造即可防止排水管道1内形成沉积物。
[0057]
根据本发明的实施例，虹吸式排水管5的入口端设有类旋流器6，类旋流器6能使水底形成水切旋流，对底部沉积物进行冲刷。
[0058]
根据本发明的实施例，图4示例了类旋流器6中导流板63的俯视图，图5示例了类旋
流器6的部分剖视图，图6示例了另一实施例类旋流器6中导流板63的俯视图，如图4-6所示，类旋流器6包括顶板61和底板62，底板62开设有竖直贯穿的出水口，出水口与虹吸式排水管5连通，顶板61和底板62之间设有导流板63，导流板63由外向内的延伸方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向，相邻两个导流板63之间形成导流通道。污水通过导流通道进入类旋流器6，并经过出水口进入虹吸式排水管5，一方面防止水面产生旋流，空气进入虹吸式排水管5，另一方面，在水底形成水切旋流，能对底部沉积物进行冲刷，有利于将挡板31 上游的冲积物转移到挡板31下游。
[0059]
根据本发明的实施例，如图2所示，排水管道1的内壁在翻转堰板3的下游一侧设有第一密封圈71，第一密封圈71设于旋转轴32的一侧，排水管道1的内壁在翻转堰板3的上游一侧设有第二密封圈72，第二密封圈72设于旋转轴32的另一侧，第一密封圈71和第二密封圈 72用于限制水流从挡板31与排水管道1之间的缝隙通过。有利于挡板31对污水截流并达到虹吸式排水管5的虹吸水位81。
[0060]
根据本发明的实施例，如图1所示，水位计4与启动阀2通信连接，启动阀2由其内部控制器控制开启和关闭。水位计4能将液面高度的信号传送至启动阀2，启动阀2做出相应的开启和关闭动作，使得启动阀2的反应更灵敏、迅速。
[0061]
根据本发明的实施例，如图1所示，启动阀2由外力控制开启和关闭。当发生事故或需要检修时，工作人员可以控制启动阀2的开启和关闭。
[0062]
根据本发明的实施例，启动阀2设有显示部，显示部用于显示启动阀2的状态。工作人员可以在地面观察启动阀2的状态，从而得知翻转堰板3的状态。
[0063]
根据本发明的实施例，如图1所示，水位计4与旋转轴32连接，水位计4的延伸方向与水面垂直。水位计4也可以是设于挡板31上游一侧的压强传感器或其他装置。
[0064]
根据本发明的实施例，图7示例了虹吸式排水管5和螺旋轴91配合示意图，如图1-2和图7所示，还包括搅拌组件，搅拌组件包括螺旋轴91、传动杆92、搅拌桨93，螺旋轴91的一端设有螺旋叶片，另一端设有第一半球齿轮，螺旋叶片设于虹吸式排水管5内。当虹吸式排水管5内产生虹吸现象时，水流可以带动螺旋轴91旋转。螺旋叶片可以位于虹吸式排水管5 中水流下降段。传动杆92通过套筒921与排水管道1连接，传动杆92与套筒921转动连接，传动杆92的一端设有第一齿轮922，另一端设有第二半球齿轮，第一半球齿轮与第二半球齿轮啮合。螺旋轴91旋转时，第一半球齿轮带动第二半球齿轮旋转，同时，传动杆92和第二半球齿轮同步旋转。搅拌桨93设于翻转堰板3的上游一侧，搅拌桨93的桨轴与排水管道1转动连接，搅拌桨93的桨叶931设于排水管道1的底部，桨轴设有第二齿轮932，第一齿轮922 与第二齿轮932传动连接。当传动杆92转动时，第一齿轮922也同步转动，传动带动第二齿轮932转动，桨叶931同步转动，桨叶931可以搅动翻转堰板3上游的污水，从而防止颗粒物沉积。
[0065]
本发明的工作原理：在混接雨水管道或合流管道中，旱季时，翻转堰板3拦截低流速、小流量污水，使得蓄水水位h1逐渐加大，当水位达到虹吸管顶部高度后，即虹吸水位81时，虹吸式排水管5内会产生虹吸现象，对翻转堰板3上游存储的污水进行快速抽吸，由于虹吸抽吸极为迅速，且因虹吸式排水管5的入口端在排水管道1底部，会形成瞬时的、强烈的管底冲刷水波，冲刷底部沉积物，又因为在入口端设有类旋流器6，会在管道底部形成旋流，进一步增加了对于底部沉积物的冲刷。虹吸式排水管5内的水流能带动螺旋轴91旋转，进而带动桨叶931旋转，可以搅动翻转堰板3上游的污水，防止颗粒物沉积。对于合流制管道，本发
明可推动沉积物向下游管道移动至污水处理厂，从而达到清淤效果；对于混入污水的分流制雨水管道，可在本发明装置后设置沉泥井等辅助设施，将污水收纳回污水管道。在雨季时，随着降雨径流的不断增大，排水管道1中水位h2逐渐增高，当达到设定的启动阀2的启动水位82时，电动的启动阀2快速动作，将翻转堰板3扭转至与雨水排水方向平行的状态，以达到快速泄流的目的，因此本发明装置并不影响雨水管道或合流制管道的正常排水功能；随着降雨的结束，排水水位h2逐渐降低，当降低至虹吸水位81时，启动阀2将快速关闭，复位至原始旱季排水状态。
[0066]
本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案，实施例中未提及的、能实现实施例中相关功能的结构为现有技术。
[0067]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。