CN107916712A - 旋流截流装置 - Google Patents

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吴燕明
方勇
程文韬
李桃
李超
章蕾
郑寓
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Abstract

本发明公开了一种旋流截流装置。包括旋流阀和集水井，旋流阀固定安装在集水井中，集水井设有进口和出口，旋流阀设有进口和出口，旋流阀出口与集水井出口相接贯通；旋流阀主要是圆柱形外壳体连接圆台形外壳体形成，圆柱形外壳体由三个扇形柱体和方形柱体构成，方形柱体外侧柱面开通槽作为阀进口；集水井为长方体结构，进口和出口分别开设在对称的两侧侧壁上，进出口的中轴线重合，且旋流阀出口的中轴线与集水井进口/出口的中轴线重合。本发明能在旋流截流装置中心形成截流空气柱，通过水位高低控制截流气柱直径大小，提高装置安装稳定性，达到截流效果，降低不同高低水位差引起的下游渗水、漏水和溢水现象，减缓淤积堵塞，提高管道流通能力。

Description

旋流截流装置
技术领域
本发明涉及一种流量截流控制装置，尤其是涉及一种旋流截流装置。
背景技术
水是生命之源，也是国民经济发展的重要基石，对水资源的合理开发利用和水环境保护，是国家可持续发展的重要保障，一旦水资源供需失衡或水环境遭受严重污染将导致社会经济发展滞后。近年来随着城市数量、城市规模及城市人口的迅速扩张，城市污水的排放量日益增大，生活污水排放量超过了工业污水排放量。为了实现污水的快速排放，近年来，我国相继建成投产了一批大型污水处理厂和相对密集的城市排污管网。但是，污水的物理、化学成分极其复杂，且含有大量污染物，包括不同大小尺度的泥沙类和悬浮纤维类物质，是一种固液两相、固相多组分流体。因此，在众多城市的排水管道中，不约而同地都出现了不同程度的淤积问题。由于淤积物的存在，在没有较大外力的存在下，使得排水管的排水能力低下，而且会出现渗水、漏水和溢出集水井的情况。同时，在强降雨期间，也不利于雨水有序排出。
虽然近些年来，已经研发出了一系列较为成熟的清淤技术和清淤设备且得到广泛应用，但是，目前仍缺乏经济适用的清淤技术和清淤设备，其清淤工作仍是一个难题。而且，排水管道清淤所需的设备昂贵，操作费用高，并且在一些情况下清淤工作具有一定危险性，同时也对周围环境造成危害。在发展中国家，由于受到财政水平和技术条件的限制，使得排水管道的清淤工作变得十分困难。
因此，需要研究自适应旋流截流装置，根据管道中污水的混合流动特性，利用流体力学知识，从结构上使其可以产生高速旋流，通过高度的涡流旋流控制技术，控制污水或者雨污管的出流流量，对污水或者雨污管道进行截流，将截流下的污水引入截流井，减小污水处理厂的负荷；将固体悬浮物加速排出，降低固体悬浮物在管道中的浓度，减缓淤积堵塞，或者将污染物沉积在截流井中，方便清理，从而提高管道流通能力。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种旋流截流装置，在无需提供外部动力能源，无需对城市地下排水管网进行二次开挖时，利用流体力学知识，对流体进行截流除污，当流体运动产生涡流旋流时，将其中携带的固相物质以流体螺旋线的旋转运动带出；在流体出口处产生高速旋流，对管道进行冲洗，起到自动清理污水杂质堆积的能力；在遇到排污系统内部流量极大时，大幅提高地势低洼地区排污效率，避免渗水、漏水和溢水发生的可能性。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括旋流阀和集水井，旋流阀固定安装在集水井中，集水井仅设有一个进口和一个出口，旋流阀仅设有一个进口和一个出口，旋流阀的出口与集水井的出口相接贯通。
所述的旋流阀主要是在圆柱形外壳体的一端连接圆台形外壳体形成具有共同内腔的壳体结构，圆台形外壳体的大端直径D2和圆柱形外壳体的直径D3相等；圆柱形外壳体是由三个1/4圆弧的扇形柱体和一个方形柱体构成，方形柱体朝向水平的一个外侧柱面整体开通槽作为旋流阀的进口，进口水平朝向，圆柱形外壳体的另一端中心开圆形通槽作为旋流阀的出口。
所述的旋流阀外壁设有三个凸耳，三个凸耳的三个耳孔均通过螺柱和螺母连接到集水井的内壁，使得旋流阀安装在集水井中。
本发明通过集水井和旋流阀共同实现了旋流截流，具体也包括了集水井的进口和出口、旋流阀的圆台形结构以及旋流阀的进口和出口设置。
所述的集水井为长方体结构，进口和出口分别开设在对称的两侧侧壁上，进口位于与出口同一水平面上且同轴布置，使得进口和出口的中轴线M2重合，且旋流阀的出口的中轴线M1与集水井的进口/出口的中轴线M2重合。
所述的旋流阀的出口与集水井的出口之间通过密封橡胶圈紧贴安装。
所述的旋流阀的进口截面面积A1大于等于出口截面面积A2，旋流阀中出口直径D1与集水井的出口直径相同，进口沿竖直方向的长度H小于等于圆柱形壳体的直径D3，圆台形外壳体小端直径D2与旋流阀出口直径D1相等，圆台形外壳体的圆台倾角α的角度在30～60°之间。
本发明实现旋流截流需要将旋流阀与集水井整体安装使用。
本发明具有的有益效果是：
本发明在流体进入集水井后，通过集水井水位高低的变化，在旋流截流装置中心形成截流空气柱，通过水位高低控制截流气柱直径的大小，通过圆台形结构减小截流气柱对装置壁面的冲击力，减小振动，提高装置安装稳定性，最终通过截流直径的大小控制出口流量，达到截流效果，降低不同高低水位差引起的下游渗水、漏水和溢水现象。
从结构上使其可以产生高速旋流，通过旋流截流，控制强降雨期间截流井管道出口的雨水的出流流量，减小污水处理厂的负荷，减小截流井中固体悬浮物的体积浓度，减缓淤积堵塞，提高管道流通能力。
附图说明
图1是本发明旋流截流装置的主视图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的俯视图。
图4是图1的剖面图P-P。
图5是本发明旋流截流装置的三维结构图。
图6是本发明旋流截流装置安装用集水井的主视图。
图7是本发明旋流截流装置安装用集水井的左视图。
图8是本发明旋流截流装置安装用集水井的俯视图。
图9是本发明旋流截流装置安装用集水井的三维结构图。
图10是本发明旋流截流装置与集水井的装配主视图。
图11是本发明旋流截流装置与集水井的装配左视图。
图12是本发明旋流截流装置与集水井的装配俯视图。
图中：1、旋流截流装置，2、流体进口，3、流体出口，4、安装耳孔5、圆柱形外壳体，6、圆台形外壳体，7、圆孔，8、集水井进口，9、集水井出口，10、螺柱，11、螺母，12、密封圈，13、集水井，D1、流体出口直径，D2、圆台形外壳体上端圆形截面直径，D3、圆柱形外壳体外端直径，L1、圆柱形外壳体宽度，H、进口高度，δ、旋流截流装置壁厚，△、集水井壁厚，M1、旋流截流装置出口圆截面的中轴线，M2、集水井出口圆截面的中轴线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、4所示，本发明具体实施包括旋流阀1和集水井13，旋流阀1固定安装在集水井13中，集水井13设有进口8和出口9，旋流阀1仅设有一个进口2和一个出口3，旋流阀1的出口3与集水井13的出口9相接贯通。固液两相流体通过集水井13的进口8进入集水井13，然后经旋流阀1的进口2进入旋流阀1，从旋流阀1的出口3、集水井13的出口9后流出。
旋流阀1主要是在圆柱形外壳体5的一端连接圆台形外壳体6形成具有共同内腔的壳体结构，圆台形外壳体6的大端直径D2和圆柱形外壳体5的直径D3相等；圆柱形外壳体5是由三个1/4圆弧的扇形柱体和一个方形柱体构成，方形的边长和扇形的半径相同，并且为圆柱形外壳体5的直径D3的一半，扇形柱体和一个方形柱体的厚度相同作为圆柱形外壳体5的厚度L1，方形柱体朝向水平的一个外侧柱面整体开通槽作为旋流阀1的进口2，进口2水平朝向，圆柱形外壳体5的另一端中心开圆形通槽作为旋流阀1的出口3。
旋流阀1外壁设有三个凸耳，具体实施中三个凸耳位于未设置进口2的圆柱形外壳体5的侧面，三个凸耳的三个耳孔4均通过螺柱10和螺母11连接到集水井13的内壁，使得旋流阀1安装在集水井13中。
集水井13为长方体结构，进口8和出口9分别开设在对称的两侧侧壁上，进口8位于与出口9同一水平面上且同轴布置，使得进口8和出口9的中轴线M2重合，且旋流阀1的出口3的中轴线M1与集水井13的进口8/出口9的中轴线M2重合。集水井13的壁厚厚度为△，△＝5～15mm。
集水井13设有用于旋流阀1耳孔4配合安装的圆孔7，旋流阀1上的耳孔4与集水井13中的圆孔7通过螺柱10和螺母11固定安装。
旋流阀1的出口3与集水井13的出口9之间通过密封橡胶圈12紧贴安装。
旋流阀1的进口2截面面积A1大于等于出口3截面面积A2，旋流阀1中出口3直径D1与集水井13的出口9直径相同，进口2沿竖直方向的长度H小于等于圆柱形壳体5的直径D3，圆台形外壳体6小端直径D2与旋流阀1出口3直径D1相等，圆台形外壳体6的圆台倾角α的角度在30～60°之间。
旋流阀1的进口2截面为矩形截面，截面面积为A1，A1＝L1×H；旋流阀1的出口3为一圆形截面，其直径为D1，截面面积为A2，A2＝π×D1×D1/4。
所述的圆台形外壳体6大直径端面B是与圆柱形外壳体5没有出口3的端面B面是相通的，且两个端面面积相等，倾角α为圆台形外壳体6棱线l与圆台形外壳体6下端面B的夹角，圆台形外壳体6的截面为一梯形截面。
圆柱形外壳体5并不是一个完整的圆柱形，其中有3/4的外壳体5为三个扇形柱体组成的壳体，1/4的外壳体5用来设置进口2，1/4的外壳体为矩形截面L1×H，沿着直径D3方向拉伸至C点形成的，最后进行抽壳处理得到，外壳体5的厚度为δ，δ＝5～15mm。
本发明的工作原理和工作过程如下：
1)当流体进入通过管道进入集水井或者截流井后，随着水位的上升，根据本发明设计的结构，通过流体力学和空气动力学原理，在旋流截流装置中心位置形成截流空气柱，随着水位的上升该气柱的的直径慢慢变大，最终达到一个稳定的直径，通过截流空气柱进行出口流体流量控制，达到截流效果。
2)通过改变圆台形外壳体的倾角α，α的取值为30～60°之间，降低截流气柱产生的旋转涡流，带来的巨大外壳体振动，保证装置正常运行安装的稳定性。α在30～60°之间取值，减少气柱振动的同时，降低了装置充满流体后的自重。
3)通过修改进口高度H，可根据需求设计，生成截流气柱的集水井水位高度，确定需求截流流量大小。
4)进口截面面积大于等于出口截流面积，可以保证其在管道中流体流量不大时，不需要截流的情况下，保证与正常管道直径的流通情况一样，不在流体刚进入装置就进行截流，同时不影响大颗粒物的流通能力；出截面高度H小于圆柱形外壳体直径D3，是为了限制出口截面面积远远大于出口截面面积的情况，同时有利于装置开口位置的确定和加工安装。
5)本装置出口3处需要安装橡胶密封圈，可以增加截流效果。
本发明的实施例如下：
实施例1
按照本发明提供的旋流截流装置，包含一个进口2，一个出口3，出口3位于旋流截流装置1的柱形外壳体的中心线上。进口截面为矩形，面积A1＝34500mm2，出口截面为圆形，面积A2＝31400mm2。
圆柱形外壳体5并不是一个完整的圆柱形结构，其中圆柱形结构只占据外壳体的3/4，剩余的1/4为矩形截面的进口2，矩形截面的宽为圆柱形外壳体5的宽度L1，高为H，H小于等于圆柱形外壳体的直径D3，矩形截面面积大于等于出口3的截面面积。
通过对安装本发明装置和不安装本发明装置的截流井管道出口流量进行比较，通过数值模拟得到如下结果：
表1安装本发明装置后的性能对比
上表中可见，本发明装置的截流效果非常明显，大大降低了出口流量，提高了截流效率。
通过对不同进口流速的流体边界条件进行数值模拟，其依然具有很好的截流量，说明本装置具有通用性其中稳定出口流量是指集水井中的水位不在发生变化时的出口流量。
表1安装本发明装置后的性能对比
上表中可见，本发明装置在不同流速下均具有优异的截流效果，而常规截流阀并没有这样的效果。
对比情况1
对本发明装置和常规截流装置(其中，常规截流装置指的是本发明装置中未设有圆台形外壳体仅有圆柱形外壳体的截流装置)在集水井中的装置壁面压力强度进行比较：通过数值模拟得到如下结果：
表2安装本发明装置后的装置壁面压力强度
名称 速度 装置内壁面平均压力强度 最大壁面压力强度
常规截流装置 0.7(m/s) 1440.45(Pa) 4831.21(Pa)
本发明装置 0.7m/s(m/s) 1077.73(Pa) 3112.43(Pa)
通过对本发明装置和常规截流装置(其中，常规截流装置指的是本发明装置中没有倾角α圆台的截流装置)在集水井中的装置壁面压力强度进行比较，我们发现本发明装置受到的最大壁面压力强度明显减小，平均壁面压力强度也较小，这样可以降低水力冲击产生的振动，有效提高装置的使用寿命。
对比情况2
通过对本发明装置轴线M1与集水井的进口中轴线不在同以直线上时的管道出口流量进行比较，通过数值模拟得到如下结果：
表3本发明装置不同安装位置的性能对比
通过对本发明装置不同安装位置的性能对比，发现本发明装置的中轴线M1与集水井进/出的中轴线M2重合，截流效率最好，同时这样的安装在实际应用中有利于结构设计。
因此根据上述实施，当流体进入集水井后，随着集水井水位的上升，通过本发明合理的结构设计和尺寸比例限定，在旋流截流装置中心会产生旋转结构的涡流截流气柱，通过旋流截流装置中心截流气柱直径的大小进行截流，控制强降雨期间截流井管道出口的雨水出流流量，减小污水处理厂的负荷，减小截流井中固体悬浮物的体积浓度，减缓淤积堵塞，提高管道流通能力在污水管道中的应用。

Claims (6)

1.一种旋流截流装置，其特征在于：包括旋流阀(1)和集水井(13)，旋流阀(1)固定安装在集水井(13)中，集水井(13)设有进口(8)和出口(9)，旋流阀(1)仅设有一个进口(2)和一个出口(3)，旋流阀(1)的出口(3)与集水井(13)的出口(9)相接贯通。
2.根据权利要求1所述的一种旋流截流装置，其特征在于：所述的旋流阀(1)主要是在圆柱形外壳体(5)的一端连接圆台形外壳体(6)形成具有共同内腔的壳体结构，圆台形外壳体(6)的大端直径D2和圆柱形外壳体(5)的直径D3相等；圆柱形外壳体(5)是由三个1/4圆弧的扇形柱体和一个方形柱体构成，方形柱体朝向水平的一个外侧柱面整体开通槽作为旋流阀(1)的进口(2)，圆柱形外壳体(5)的另一端中心开圆形通槽作为旋流阀(1)的出口(3)。
3.根据权利要求1所述的一种旋流截流装置，其特征在于：所述的旋流阀(1)外壁设有三个凸耳，三个凸耳的三个耳孔(4)均通过螺柱(10)和螺母(11)连接到集水井(13)的内壁，使得旋流阀(1)安装在集水井(13)中。
4.根据权利要求1所述的一种旋流截流装置，其特征在于：所述的集水井(13)为长方体结构，进口(8)和出口(9)分别开设在对称的两侧侧壁上，进口(8)位于与出口(9)同一水平面上且同轴布置，使得进口(8)和出口(9)的中轴线M2重合，且旋流阀(1)的出口(3)的中轴线M1与集水井(13)的进口(8)/出口(9)的中轴线M2重合。
5.根据权利要求1所述的一种旋流截流装置，其特征在于：所述的旋流阀(1)的出口(3)与集水井(13)的出口(9)之间通过密封橡胶圈(12)紧贴安装。
6.根据权利要求2所述的一种旋流截流装置，其特征在于：所述的旋流阀(1)的进口(2)截面面积A1大于等于出口(3)截面面积A2，旋流阀(1)中出口(3)直径D1与集水井(13)的出口(9)直径相同，进口(2)沿竖直方向的长度H小于等于圆柱形壳体(5)的直径D3，圆台形外壳体(6)小端直径D2与旋流阀(1)出口(3)直径D1相等，圆台形外壳体(6)的圆台倾角α的角度在30～60°之间。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5098561A (en) * 1990-01-23 1992-03-24 Berthold Schreiber Machine for intercepting solid constituents in liquid streams
CN102261124A (zh) * 2011-05-13 2011-11-30 浙江大学 一种偏心式曲线堰截流井
CN103726570A (zh) * 2014-01-24 2014-04-16 重庆大学 一种旋流式水力控制雨水截流弃流切换井系统
CN104047353A (zh) * 2014-06-11 2014-09-17 深圳天澄科工水系统工程有限公司 基于膜分离技术的雨水截污装置及方法
CN104358301A (zh) * 2014-10-13 2015-02-18 水利部产品质量标准研究所 实现城市有序排水防涝的圆台装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5098561A (en) * 1990-01-23 1992-03-24 Berthold Schreiber Machine for intercepting solid constituents in liquid streams
CN102261124A (zh) * 2011-05-13 2011-11-30 浙江大学 一种偏心式曲线堰截流井
CN103726570A (zh) * 2014-01-24 2014-04-16 重庆大学 一种旋流式水力控制雨水截流弃流切换井系统
CN104047353A (zh) * 2014-06-11 2014-09-17 深圳天澄科工水系统工程有限公司 基于膜分离技术的雨水截污装置及方法
CN104358301A (zh) * 2014-10-13 2015-02-18 水利部产品质量标准研究所 实现城市有序排水防涝的圆台装置

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