CN102936920B - 一种真空雨水排水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种真空雨水排水系统及方法，包括泵房、集水池、进水管路、出水管路和排水河道，所述泵房一端通过进水管道连接集水池，另一端通过出水管道连接排水河道；所述的泵房里设有一个电控单元和至少一组真空控制泵组，所述的电控单元控制真空控制泵组；所述的集水池里设有液位检测单元，所述的液位检测单元输出信号给电控单元。本发明的有益效果是：泵机组的启动无需灌饮水，工作效率高；设备运转振动小，故障率低；连接管路可以绕弯避让地下建筑物，有效解决地下管网复杂导致施工难的问题；通过双作用液位检测，变频调节泵的流量，系统性能可靠；系统控制升级后，有利于实现泵站无人化管理，节约管理和人力成本。

Description

一种真空雨水排水系统及方法

技术领域

本发明涉及市政排水泵站，尤其涉及一种真空雨水排水系统及方法。

技术背景

随着全球气候变暖的趋势进一步加剧，强降雨、暴雨、台风等突发灾害性气候频繁出现，给现代城市排涝溢流带来非常大的压力。不少大中城市在强降雨后，老城区、旅游景区、低洼片区积水问题严重，积水少则四五十公分，多则一两米，而且消退时间很长，多达一两天。尤其城市建筑密集的省市，道路积水问题更为突出，严重影响了市民日常生活。

积水产生的最直接原因是由于排水设施的排水能力不足，在一定时间内，实际产生的径流量大于排水设施容许的排泄量，形成积水。间接原因是市区排水设施配套落后，排水管网极易淤塞；部分建设项目排水体系建设滞后，部分排水设施防洪除涝标准偏低，雨水污水混流等多种原因最终导致流域界限被打破，产生高水低排，雨水向城区低洼处过分集中；大量建筑物和道路的建设导致城区不透水地面面积迅速增长，雨水口密度不足，入口处又极易被树叶、垃圾堵塞，导致管道极易被堵塞等，最终造成城区严重积水的内涝问题。

目前多数城市采用的雨水排水泵站为潜水泵泵站，但存在较多的问题：其泵站房、集水池、重力管路深度较高，前期施工量较大；积水只靠重力管路流入集水池，即排积水流速只与重力管路的直径有关，与污水泵流量无任何关系，重力管路中容易积聚了淤泥和污物，排水效率较低；潜水泵机组管道一般需添加检查井，并定期人工清理，维护较难；污水泵多数为清水泵，最大通过颗粒粒径较小，泵组容易发生堵塞现象，污水泵故障率较高；污水泵维修时需要将整体从排污管道上拆卸下来，部分工况需要从泵站房吊装到地面上进行维护，不仅维护费时而且维修成本高。

发明内容

为解决现有技术存在的缺点，本发明提供了一种真空雨水排水系统及方法，解决了现有雨水排水泵站工作效率低、故障率高、管路容易堵塞、检修难等问题。

本发明提供的技术方案是：

一种真空雨水排水系统，包括泵房、集水池、进水管路、出水管路和排水河道，所述泵房一端通过进水管道连接集水池，另一端通过出水管道连接排水河道；所述的泵房里设有一个电控单元和至少一组真空控制泵组，所述的电控单元控制真空控制泵组；所述的集水池里设有液位检测单元，所述的液位检测单元输出信号给电控单元。

所述的泵房设有一个电控单元和一组真空控制泵组，所述的一组真空控制泵组包括一个凸轮转子泵，所述的凸轮转子泵的入口依次通过伸缩器Ⅱ、挠性接头Ⅱ、电动阀门和进水管路相连；所述的凸轮转子泵的出口依次通过伸缩器Ⅰ、挠性接头Ⅰ、止回阀和出水管路相连；所述的电控阀门的控制端与电控单元相连。

所述进水管道材质采用PE100，承压能力不低于1.0MPa；设计管道流速为0.9-6m/s。

所述出水管道材质采用PE100，承压能力不低于1.0MPa；优选的，设计管道流速为0.9-6m/s。

所述检测单元包括浮球液位计和超声波液位计，所述的浮球液位计安装在集水池内部，所述的超声波液位计设于集水池顶部地面立的立杆上；所述的浮球液位计和超声波液位计的输出信号均传输至泵房内的电控单元。

所述的泵房设有一个电控单元和三组真空控制泵组，所述的三组真空控制泵组包括三台凸轮转子泵，所述的三台凸轮转子泵并联安装，所述的三台凸轮转子泵并联后采用一个主管道Ⅱ与进水管道相连；所述的三台凸轮转子泵并联后采用一个主管道Ⅰ与出水管道相连，所述的每台凸轮转子泵入口分别依次通过伸缩器、挠性接头、电动阀门和主管路Ⅱ相连；所述的凸轮转子泵的出口分别依次通过伸缩器、挠性接头、止回阀和主管道Ⅰ相连；所述的电动阀门的控制端分别与电控单元相连。

所述的三台并联的凸轮转子泵单独通向河道。

所述的三组真空控制泵组分别为真空控制泵组A、真空控制泵组B、真空控制泵组C，所述的方法包括三组真空控制泵组的启动方法和关闭方法，所述的启动方法如下：

（1）在控制单元中，设置液位L，液位M，液位H，启动系统，查看超声波液位计是否正常，若正常，转到步骤（2），若不正常，查看浮球液位计；

（2）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位L，若是，真空控制泵组A以25H工况运行，若否，转到步骤（3）；

（3）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位L并且低于液位M？若是，系统切换到控制凸轮泵机组A状态，控制其凸轮泵以25HZ工况启动，并逐渐切换至正常50HZ工况运行；若否，转到步骤（4）；

（4）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位M并且低于液位H？若是，系统切换到控制凸轮泵机组B20状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行，若否，转到步骤（5）；

（5）系统扫描，超声波液位计高于液位H，则真空控制泵组A满负荷运行，真空控制泵组B满负荷运动，系统切换至控制凸轮泵机组C22状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行。

所述的三组真空控制泵组的关闭方法如下：

（1）系统扫描，查看超声波液位计是否低于液位H且高于液位M？若是，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组C状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机，若否，转到步骤（2）；

（2）系统扫描，查看超声波液位计是否低于液位M且高于液位L？若是，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组B状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；若否，转到步骤（3）；

（3）系统扫描，超声波液位计低于液位L，稳定时间T后，系统切换至控制泵A状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后关闭系统。

系统控制方式：泵组在开启或关闭瞬间，流速和流量会产生变化，从而会引起压强急剧升高和降低的交替变化，即容易产生水锤影响，因此泵组采用轮流控制方式；同时泵站施工安装完毕后，液位检测电缆也随着管路铺设完成，为提高系统的稳定性，安装了超声波液位计和浮球液位计，利用双反馈控制模式实现集水池液位检测。

控制流程：单台泵机组可设一个最低液位，两台并联泵机组可设最低和最高液位，即N台并联泵机组设置N个液位。系统的控制主要涉及两个阶段，开启阶段和关闭阶段。系统开启时，首先对浮球液位计和超声波液位计检测结果进行比较判断，并确定实时液位值，当实时液位值高于设定液位值，开启电动阀门，以变频方式逐渐调高泵的流量，依次开启泵组达到系统的正常运行。系统关闭时，首先对浮球液位计和超声波液位计检测结果进行比较判断，并确定实时液位值，当液位低于设定液位值，以变频方式逐渐降低泵的流量，然后关闭电动阀门，依次关闭泵组至系统停机。

本系统原理为：利用凸轮转子泵抽取密闭管道内空气产生，管道内产生负压，在大气压力下将集水池内雨水抽至泵房，利用转子泵自吸正排原理，将雨水排放至河道。相对于传统重力式集水排水方式。

本发明的有益效果是：

采用分体式设计，系统便于维护管理。泵房位于地面之上，与集水池分开建设，便于机组的在线维护。当系统出现机械故障时，无需拆卸泵组，可实现在机房内现场在线维修。有利于进一步完善电控单元，增加监测记录单元，实现系统无人化操作。

系统施工量小。PE材质管道，采用热熔焊接连接方式，施工量大大减小。由于系统具备抽水抽气的功能，连接管路可避绕地下建筑物，解决了传统排水方式无法在老城区、景区及复杂地下管网的市政工况下有效施工的难题。由于泵房位于地面之上，无需考虑泵站防水问题，同时降低了建筑施工成本。

系统排水效率高。本系统机组入口真空度可达-80kPa，可将沉积在集水池内污泥、树枝、塑料袋等生活垃圾迅速排走；排水量大，系统单台泵组流量可达800m³/h以上，多台泵组可达4000m³/h以上；根据实际工况，在进水管道入口添加格栅后，可完全避免堵塞现象。

系统运行安全可靠。泵进出口采用伸缩器和挠性接头连接后，有效降低了机组轴向、径向振动；泵入口处安装电动阀门，出口安装止回阀，大大降低了水锤作用对机组的影响。采用浮球液位计和超声波液位计双反馈检测，最大限度的提高系统的可靠性；采用轮流切换方式，泵流量渐进增减的控制流程，有效降低系统开启对管路的冲击影响，增加了系统的使用寿命。

泵机组的启动无需灌饮水，工作效率高；设备运转振动小，故障率低；连接管路可以绕弯避让地下建筑物，有效解决地下管网复杂导致施工难的问题；通过双作用液位检测，变频调节泵的流量，系统性能可靠；系统控制升级后，有利于实现泵站无人化管理，节约管理和人力成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1本发明排水系统结构图；

图2本发明实施例泵房结构示意图；

图3本发明实施例集水池结构示意图；

图4本发明实施例多台泵（三台泵）并联示意图；

图5本发明实施例泵机组启动方式流程图；

图6本发明实施例泵机组关闭方式流程图；

图中1-房体、2-凸轮转子泵、3-挠性接头Ⅰ、4-止回阀、5-出水管道、6-挠性接头Ⅱ、7-a-伸缩器Ⅰ、7-b-伸缩器Ⅱ、8-电动阀门、9-进水管道、10-电控单元、11-集水池、12-浮球液位计、13-高液位H、14-中间液位M、15-低液位L、16-立杆、17-超声波液位计、18-凸轮泵机组A、19-进水管A、20-凸轮泵机组B、21-进水管B、22-凸轮泵机组C、23-进水管C、24-并联管道，25-排水河道。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案进一步说明。应理解，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据实际工况进行调整。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种雨水排水系统，如图1～4所示，包括泵房1、进水管道9、出水管道10和集水池11。泵房1一端连接进水管道9，另一端连接出水管道10；进水管道10另一端连接集水池11，出水管道10另一端通向排水河道25。

泵房1结构为：房体1建于地面之上，凸轮转子泵2位于房体1内，凸轮转子泵2进水端一侧连接挠性接头Ⅱ6、伸缩器Ⅱ7-b、电动阀门8，然后和进水管道9相连；凸轮转子泵2出水端一侧连接挠性接头Ⅰ3、伸缩器Ⅰ7-a、止回阀4，然后和出水管道5相连；电控单元10位于房体1内，凸轮转子泵2、电动阀门8信号接线至电控单元10内。上述为单台机组连接方式。

集水池11结构为：集水池壁11位于地面以下，进水管道9与集水池壁11相连；集水池壁11上方设置立杆16，立杆16上端安装超声波液位计17；集水池壁11内安装浮球液位计12；超声波液位计17和浮球液位计12信号接至控制单元10内。单台泵机组时，集水池内设置高液位H 13；三台泵机组时，设置高液位H 13、中间液位M 14、低液位L 15；即N台泵机组，设置N个液位。

进水管道9铺设：进水管道9一端连接电动阀门8，一端连接集水池壁11；进水管材质采用PE100，承压公称压力不低于1.0MPa。优选的，设计管道流速为0.9-6m/s；管道长度，通过计算泵入口至集水池的管道水力损失后，根据泵的吸程合理铺设。

出水管道5铺设：出水管道9一端连接止回阀4，一端通向排水河道；优选的，管道出口高于排水河道最高水位；出水管道材质采用PE100，承压公称压力不低于1.0MPa；优选的，设计管道流速为0.9-6m/s；管道长度，根据泵的扬程、管道损失合理铺设。

多台凸轮泵机组并联连接方式：以三台泵机组为实施例进行阐述，如图4所示，凸轮泵机组A18连接进水管A19，凸轮泵机组B20连接进水管B21，凸轮泵机组C22连接进水管C23，并联后连接并联管道24，并联管道一端连接进水管道9。

泵机组控制方式：以三台泵机组为实施例进行阐述，如图5～6所示。控制单元采用通过浮球液位计12和超声波液位计17双作用检测液位，采用轮流切换的控制方式，控制电动阀门和泵的开闭，实现系统的正常运行。

开机顺序：系统开启后，首先判断超声波液位计17是否正常工作，若正常，以其检测结果为准。系统扫描液位，当集水池实时液位超过最低液位L时，系统切换到控制凸轮泵机组A18状态，控制其凸轮泵以25HZ工况启动，并逐渐切换至正常50HZ工况运行；当系统检测到实时液位超过液位M时，系统切换到控制凸轮泵机组B20状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行；当检测到实时液位超过液位H时，系统切换至控制凸轮泵机组C22状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行。

若超声波检测仪17工作不正常，以浮球液位计12检测液位为准：

扫描液位，实时液位高于最低液位L时，系统切换至控制泵机组A18状态，先以25HZ工况启动，并逐渐控制切换至正常50HZ工况运行；实时液位高于最高液位H时，系统切换至控制凸轮泵机组B20状态，控制其以25HZ工况启动，并逐渐切换至50HZ正常工况运行；系统稳定运行时间T后，系统切换至控制泵机组C22状态，先以25HZ工况启动，并逐渐切换至正常50HZ工况运行。其中T为0～10分钟，根据实际工况自行设定。

关机顺序：系统运行后，实时判断超声波液位计17是否正常工作，若正常，以其检测结果为准。系统扫描液位实时液位低于最高液位H时，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组C22状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；实时液位低于M时，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组B20状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；实时液位低于液位L时，稳定时间T后，系统切换至控制泵A18状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机。

若超声波检测仪17工作不正常，以浮球液位计12检测液位为准。系统扫描液位，实时液位低于最高液位H时，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组C22状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；实时液位低于最低液位L时，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组B20状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组B20状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机。

本发明将泵房与集水池分开，便于系统维护。采用凸轮泵为核心排水部件，系统启动时，泵组可以干转运行时间可达20分钟以上，无需添加饮水便可抽取雨水，提高了运转效率。当泵组出现问题时，可实现在线维护，配件更换和维修不需要拆卸机组或通道。泵房建于地面以上，可合理安排集水池与排水河道之间的距离，进一步优化人为管理环境。

本发明泵站施工量小。进出水管采用PE100材质管道，比焊接钢管便于施工；由于机组可以抽吸空气，管道铺设可避绕建筑物；管道埋深浅，管径较大，无需设置检查井，与传统压力排水系统比，施工量大大降低。

本发明排水效率高。本系统机组入口真空度可达-80kPa，排水也可抽吸空气，同时可将沉积在集水池内污泥、树枝、塑料袋等生活垃圾排走；在避免水锤的影响下，设计流速在0.9～6m/s之间；系统排水量大，单台泵组达800m³/h，多台泵组可达4000m³/h以上；可通过的最大粒径可达80mm，根据实际工况，在进水管道入口添加格栅后，可完全避免堵塞现象。

本发明泵组运行安全可靠。泵进出口采用伸缩器和挠性接头连接后，有效降低了机组轴向、径向振动；泵入口处安装电动阀门，出口安装止回阀，大大降低了水锤作用对机组的影响。采用浮球液位计和超声波液位计双反馈检测，最大限度的提高系统的可靠性；采用轮流切换方式，泵流量渐进增减的控制流程，有效降低系统开启对管路的冲击影响，增加了系统的使用寿命。

Claims (4)

1.一种真空雨水排水系统，其特征在于：包括泵房、集水池、进水管路、出水管路和排水河道，所述泵房一端通过进水管道连接集水池，另一端通过出水管道连接排水河道；所述的集水池里设有液位检测单元，所述的液位检测单元输出信号给电控单元； 

所述检测单元包括浮球液位计和超声波液位计，所述的浮球液位计安装在集水池内部，所述的超声波液位计设于集水池顶部地面的立杆上；所述的浮球液位计和超声波液位计的输出信号均传输至泵房内的电控单元；

所述的泵房设有一个电控单元和三组真空控制泵组，所述的三组真空控制泵组包括三台凸轮转子泵，所述的三台凸轮转子泵并联安装，所述的三台凸轮转子泵并联后采用一个主管道Ⅱ与进水管道相连；所述的三台凸轮转子泵并联后采用一个主管道Ⅰ与出水管道相连，所述的每台凸轮转子泵入口分别依次通过伸缩器、挠性接头、电动阀门和主管路Ⅱ相连；所述的凸轮转子泵的出口分别依次通过伸缩器、挠性接头、止回阀和主管道Ⅰ相连；所述的电动阀门的控制端分别与电控单元相连；

所述的三台并联的凸轮转子泵单独通向河道。         

2. 如权利要求1所述的一种真空雨水排水系统，其特征在于：所述进水管道材质采用PE100，承压能力不低于1.0MPa；设计管道流速为0.9-6m/s。

3. 如权利要求1所述的一种真空雨水排水系统，其特征在于：所述出水管道材质采用PE100，承压能力不低于1.0MPa；设计管道流速为0.9-6m/s。

4. 利用权利要求1所述的系统的控制方法，其特征在于：所述的三组真空控制泵组分别为真空控制泵组A、真空控制泵组B、真空控制泵组C，所述的方法包括三组真空控制泵组的启动方法和关闭方法，所述的启动方法如下：

（1）在控制单元中，设置液位L，液位M，液位H，启动系统，查看超声波液位计是否正常，若正常，转到步骤（2），若不正常，查看浮球液位计；

（2）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位L，若是，真空控制泵组A以25HZ工况运行，若否，转到步骤（3）；

（3）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位L并且低于液位M？若是，系统切换到控制凸轮泵机组A状态，控制其凸轮泵以25HZ工况启动，并逐渐切换至正常50HZ工况运行；若否，转到步骤（4）；

（4）系统扫描，查看超声波液位计是否高于液位M并且低于液位H？若是，系统切换到控制凸轮泵机组B状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行，若否，转到步骤（5）；

（5）系统扫描，超声波液位计高于液位H，则真空控制泵组A满负荷运行，真空控制泵组B满负荷运动，系统切换至控制凸轮泵机组C状态，先以25HZ工况启动，然后逐渐切换至50HZ正常工况运行；

所述的三组真空控制泵组的关闭方法如下：

（1）系统扫描，查看超声波液位计是否低于液位H且高于液位M？若是，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组C状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机，若否，转到步骤（2）；

（2）系统扫描，查看超声波液位计是否低于液位M且高于液位L？若是，稳定时间T后，系统切换至控制凸轮泵机组B状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后停机；若否，转到步骤（3）；

（3）系统扫描，超声波液位计低于液位L，稳定时间T后，系统切换至控制泵A状态，控制其凸轮泵逐渐降低工作频率至25HZ，然后关闭系统。