CN108104242A - 降低吸入气体量的直流式跌水结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低吸入气体量的直流式跌水结构，包括设立在竖井内的入水管、进气口、分隔板、气管、水管以及出流管，分隔板设置在竖井的中间位置，距跌水结构顶部留有上部孔口，且距离底端留有下部孔口，以便形成结构内部的气体循环。本发明可满足跌水结构在排污时降低其卷吸气体量，以及降低其下游管道的气压值，达到减缓排污管道臭气逸散的目的；同时也可满足有泄洪要求的跌水结构在大流量时不降低其过流能力。再者，本发明结构简单，便于既有竖井进行改造，无需开挖新管道，施工量少，节约成本。

Description

降低吸入气体量的直流式跌水结构

技术领域

本发明涉及排污系统领域，具体涉及一种降低吸入气体量的直流式跌水结构，用于降低竖井/跌水井卷吸气体量，进而减缓排污系统臭气逸散的改进装置。

背景技术

在污水/雨水管道系统中，为了将水流从高处输送到低处，排水系统中常设置有竖井或跌水井等跌水结构。然而，较高落差的跌水结构常常伴随着大量外界气体的吸入，从而增大下游管道内的气体量，加大下游管道的气压值。该气压有时会高达几十帕甚至几百帕的正压。这样就与外界大气压存在较大压力差。污水系统中的气体就会从管道系统的空隙或支管处逸出。因这些气体含有较高浓度的硫化氢等带有强烈刺鼻味气体，其逸出问题会严重影响周围城市空气质量，降低居民的生活环境水平。

排污管道随其使用年限增长，其淤积量及管壁附着物增多，若不加以处理，系统内的气体会进一步恶化。工程上主要采用化学法和物理法来进行处理。化学法是在管道中投入特定化学物质来减缓刺激性气味。虽然有一定较好的效果，但其需实验研究的支持，以保证不同管道内都可投入较适合的化学物质。另外，其持续时间一般较短，需不定期继续投放，成本较高，耗时久。物理研究主要有两种，一种是直接用风机将管道内臭气抽到某处，再集中处理。该方法因风机耗电耗能，且不定因素较多，使用较少。

工程上目前较多采用物理结构改进或优化的方法来减缓污水管道系统中的气体量，已有不少显著成果。螺旋形的竖井是被较多采用从而降低跌水结构卷吸气体量的有效途径之一。螺旋形跌水结构采用水流沿环形流下的方式，使得水流较多时间都紧贴壁面。其内部往往形成中心气孔，使得螺旋形竖井内的气压值较为接近大气压，从而降低其卷吸入的气体量。但螺旋形跌水方式需要设计开挖较大尺寸且结构复杂的入水结构断面，工程量较大。并且，随着竖井上下游水位落差的增大，其降低卷吸气体的能力会随着下降，甚至在超过某一阈值后再无明显的降低吸入气体的能力。

堆叠式跌水井是近些年提出的另一种比较新型的结构。该种结构内部的竖井被分成了若干的小台阶，水流经由一个台阶流到另一个台阶。同时设有一个与大气相连的不过水气管，过水管段通过小孔与之相连。这样，堆叠式竖井内的气压基本保持与大气压一致，卷吸气体量会很少甚至接近于零。但是，该种结构一般仅用于直径很大，高度很低的跌水井设计。

直流式竖井是最常见的一种竖井结构。该种类型使用垂直管段直接连接进、出流管，结构简单，但其吸气问题也最为严重。由于直流式跌水结构下游出流管内的气压远高于上游入水口处的压力值，工程上有在出流管上专门开挖一条平行于原竖井的气流井，并通过若干水平管使其与原来的竖井相连，从而形成外部的气流循环，降低原竖井从外界卷吸的气体量。但这种方法工程量巨大，开挖成本非常高，耗时耗工，对城市大量的竖井结构改良、改进明显不太实际。

随着生活水平的提高，城市环境的干净卫生和清洁舒适的空气质量也备受人们重视。作为最普遍使用的直流式竖井结构，研发其减少卷吸气体量的简单便捷的改进措施显得非常有意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种降低吸入气体量的直流式跌水结构。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的降低吸入气体量的直流式跌水结构，包括中心隔板、上部孔口和下部孔口，所述中心隔板将竖井分为过水管段和不过水管段，所述下部孔口设于中心隔板与跌水井底部之间，所述上部孔口设于中心隔板与跌水井顶部之间；下部孔口开口较大以便不被底部飞溅水流和因流向改变所造成的水流滞缓而淹没；上部孔口使气管（不过水管段）内的气体能够经此孔被湿管（过水管段）中的水流再次卷吸，形成内循环气流。

作为优选，所述中心隔板是整体的竖直平板，中间不留孔洞，分段接头处做密封处理。

作为优选，所述中心隔板的宽与原始竖井直径等宽，且中心隔板与原始竖井曲面的接触面要密封连接。

作为优选，所述下部孔口距竖井出流管底部的距离为3-5倍原竖井直径。

作为优选，所述上部孔口的孔宽与原竖井直径相同，当用于污水系统时，上部孔口的高度需最少为0.5-1倍原竖井直径。

作为优选，在有排雨水要求中的竖井中，上部孔口可降低孔高至入射水舌附近，使得大流量雨水可以从气管侧过流，保证排水能力。

基于上述结构，本发明同时提供直流式跌水结构中降低吸入气体量的方法，用中心隔板将既有跌水井内分隔为湿管与气管，令入水管排入的水流只在湿管侧流过，被水流卷吸至竖井底部的气流经下部孔口部分回流到气管中，通过上部孔口再次被入射水舌卷吸，通过内循环气流降低跌水井结构与系统外的压差，进而降低从系统外部卷吸的气体，降低进入污水系统下游的气体，减小跌水结构下游管道内的气压，改善排污系统的臭气逸散。

有益效果：本发明通过在原始直流竖井的结构内部增加中心隔板，使水流只在湿管侧流过，卷吸至竖井底部的气流可以经下部孔口部分回流到气管中，通过上部孔口再次被入射水舌卷吸，降低跌水井结构从系统外部卷吸的气体，降低进入污水系统下游的气体，减小跌水结构下游管道内的气压，达到改善排污系统的臭气逸散问题的目标。此外，本发明不需专门开挖新的竖井，也无需安装地下的水平连接管段，结构简单，施工方便，成本低。

除以上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。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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做更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在其基础上未经创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1为本发明实施例中直流式竖井结构改装的示意图；

图2为本发明实施例一竖井结构的上部孔口3-1的尺寸示意图；

图3为本发明实施例二竖井结构的上部孔口3-2的尺寸示意图；

图4为本发明装置改装前后竖井从外界的吸气量；

图5为本发明竖井上部孔口处的气流量；

图6为本发明装置改装前后竖井内的气压值；

图中：中心隔板1，下部孔口2，小尺寸上部孔口3-1，大尺寸上部孔口3-2，湿管4，气管5，入水管6，入气管7，出流管8，盖板9，第一竖井压力测点10-1，第二竖井压力测点10-2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述，以下实施例中的竖井结构如图1所示，用于排污系统的直流式竖井装置改进。其中原竖井高度9.0 m，竖井顶部密封。入水管直径0.19 m，水平长度超过2.5 m，后接纵向管道。水流经泵加压至高处的入水管，保证无气流进入。入水管上方设有进气口，管径0.10 m。竖井内水流落差7.72m，垂直竖井直径D = 0.38 m，底部通过一弯管与相同直径的水平出流管相连。竖井内的中心隔板是由四块长约2 m的短板拼接而成，接缝处都经密封处理。该隔板经螺钉与竖井曲面相连，其空隙被填入二氧化硅凝胶密封，保证湿管与气管有效隔断。下部孔口距底部L2 =0.77 m。

实施例一：

本实施例的中心隔板的上部孔口结构如图2所示，该圆形孔口尺寸较小，孔口直径D3 =0.10 m。圆孔中心距竖井顶部距离L3 = 0.40 m。对不同流量下，水流卷吸的气体量都可从竖井进气管处直接测量得到。

图4为原竖井与实施例一的竖井在入水流量相同时，从外界的吸气量比较图。由图4可知，竖井经由实施例一改装后，从外界吸入的气体量明显减少。实验流量下，原始竖井的吸气量是从74.3 L/s-201.6 L/s，而经改装实例一所对应的竖井吸气量则是57.8 L/s-140.9 L/s。可以得出，进入竖井结构和整个管道系统的气量明显减少了。

图5为实例一的竖井上部孔口处的气流量。循环气流从气管经中心隔板1处的上部孔口3-1流出，又被湿管2中的水流再次卷吸。实施例一条件下，循环气流量最高可达72.6L/s。再次验证，该发明的改装中，确有气流流经气管5形成了内循环气流。

图6为竖井改装前后管道上游侧与下游侧之间的压差比较图。该压差是竖井出流段P8与入流段P0之间的相对气压差值。随着入水流量的增大，竖井上下游的压差值也不断增大。竖井改装后，实施例一中的竖井装置上下游的压差值显著降低。该竖井在正常运行时，原竖井和改装后的湿管内都是负压。而其出流管因直接通向大气，其压力值仅略小于0。在实际工程中，竖井上游因接通井盖等装置而较接近大气压，其下游出流管一般都直接连接下一级管道或通向泵站，通常压力值为正。这样，经改装后，竖井上下游压差值的减小会使得其下游管道的正压值降低，能够减少气体的逸散，对排污系统的良好运行很有益处。

实施例二：

本实施例的中心隔板的上部孔口结构如图3所示，该矩形孔口尺寸较大，孔高L3 =0.4m，宽与原竖井管径相同。图4也给出了实施例二的竖井从外界吸入的气体量。发现经由实施二改装后，竖井从外界吸入的气体量进一步减少。实验最大流量时，进气量降低至133.0 L/s。图5也显示了实施例二的循环气量，该循环气流量较实施例一有所增大，平均可达约100 L/s。这主要是因为实施例二中上部孔口的尺寸增大，使得循环气流在该处的局部损失减小，进而循环气量增大，从外界吸入的进气量也因此进一步降低。图6给出的实施例二中管道上下游之间的压差值。同样的，经实施例二改装后，该压差值降低更多。这样，工程中的管道下游的正压值会再有所降低。

经比较，实施例二中的方案较实施例一效果更优，改进装置更为简便，推荐使用实施例二的方案，来达到缓解污水管道臭气逸散问题的目的。

对于有排雨水要求的竖井结构，实施例二中的改装方案同样适合。此时，需要将隔板处的上部孔口加大至入射水舌附近，使得大流量雨水时的水流可从气管5过流，而小流量的污水输送中该措施仍能起到减少卷吸气量的作用。虽然在排雨水时，改装措施未作用或作用很小，但此时气体逸散已不再是影响竖井运行的主要问题。相反地，此时安全及时的过流是首要考虑的问题。本发明的改良装置能够同时保证此时竖井结构的安全稳定运行。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：包括中心隔板、上部孔口和下部孔口，所述中心隔板将竖井分为过水管段和不过水管段，所述过水管段与入水管相连，所述下部孔口设于中心隔板与跌水井底部之间，所述上部孔口设于中心隔板与跌水井顶部之间；下部孔口、不过水管段及上部孔口之间的气体由过水管段中的水流卷吸形成内循环气流。

2.根据权利要求1所述的降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：所述中心隔板是整体的竖直平板。

3.根据权利要求1所述的降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：所述中心隔板与原始跌水井内壁密封连接。

4.根据权利要求1所述的降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：所述下部孔口距竖井出流管底部的距离为3-5倍原始跌水井内径。

5.根据权利要求1所述的降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：所述上部孔口的孔宽与原竖井直径相同，上部孔口的孔高不小于0.5-1倍原始跌水井内径。

6.根据权利要求1所述的降低吸入气体量的直流式跌水结构，其特征在于：当用于排雨水的跌水井时，上部孔口靠近入射水舌，所述不过水管段用于过流大流量雨水。

7.一种在直流式跌水结构中降低吸入气体量的方法，其特征在于：用中心隔板将既有跌水井内分隔为湿管与气管，令入水管排入的水流只在湿管侧流过，被水流卷吸至竖井底部的气流经下部孔口部分回流到气管中，通过上部孔口再次被入射水舌卷吸，通过内循环气流降低跌水井结构与系统外的压差，进而避免从系统外部卷吸的气体，降低进入污水系统下游的气体，减小跌水结构下游管道内的气压，改善排污系统的臭气逸散。