CN114215154A - 一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统 - Google Patents
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Abstract
一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，包括负压站（8），以及多点分布的负压井（1），负压井（1）包括储液容器（102），储液容器（102）的顶板（109）上设置轴承（110）；储液容器（102）内的轨道舱（113）内浮体（114）上端通过穿过轴承（110）的导向杆（111）与限位环（103）连接；限位环（103）上连接有进气阀（104）的开关，进气阀（104）通过管卡（106）与流量调节阀（107）连接；储液容器（102）内的负压排出管（120）上设置进气口（121），流量调节阀（107）通过进气管（108）与进气口（121）连通。本发明通过控制气水比达到降低能耗、提高服务半径的目的。
Description
技术领域
本发明涉及液体排放技术领域，具体为一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统。
背景技术
负压排水技术被誉为21世纪的新兴排水技术，室外负压排水技术国内目前有两个大类，一类是双相流负压排水技术，一类是单相流负压排水技术，两者的主要区分为“单相流”在输水过程中空气不进入负压管网中，因此单相流负压排水系统真空泵启动时间少，运行能耗低，但是单相流负压排水系统的服务半径较双相流偏低，服务半径约为2km，为双相流负压排水系统的一半。国内外的双相流负压井，其核心配件“真空界面阀”的启闭思路通常为“通过单片机控制设置在负压气管上的电磁阀启闭控制真空界面阀隔膜侧接通负压/常压，进而达到控制真空界面阀启闭的目的”，上述过程涉及到“电源、负压气源”，且结构复杂，造成故障率居高不下。本次申请一种双相流负压排液系统将单相流排液系统与双相流排液系统相结合，解决传统双相流负压井电源驱动、气源驱动造成的故障率高的行业痛点，使得双相流负压排水技术大规模应用于市政排污管网成为可能。
CN 110984334 B公开的纯液相流负压排液系统，包括多点分布的负压流体收集井及与各负压流体收集井连通的真空站，负压流体收集井设有通入用户的污水汇流管线，负压流体收集井内设有控制负压流体收集井与真空站通断的管道开合控制装置，管道开合控制装置包括浮体及与所述浮体联动的堵头，堵头始终位于液面以下；通过采用纯机械结构的管道开合控制装置代替现有的电控阀门，降低了工程成本。但是其只能用于单相。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低设备故障率，降低排水系统的能耗的负压井排液系统。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，包括负压站，以及多点分布的负压井，所述负压井包括储液容器，储液容器的顶板上设置轴承；所述储液容器内设置轨道舱，轨道舱内浮体上端通过穿过轴承的导向杆与限位环连接；所述限位环上连接有进气阀的开关，进气阀通过管卡与流量调节阀连接；所述储液容器内的负压排出管上设置进气口，所述流量调节阀通过进气管与进气口连通。
通过采用上述技术方案，在距离负压站较近的位置，可控制负压井为单相流负压井，有利于发挥单相流能耗低的优势，负压井在运行过程中空气不进入负压管道，负压站真空泵启动时长短，输送吨水电耗低，大幅度降低负压排水系统的能耗。在距离负压站较远的位置，控制负压井为双相流负压井，有利于定期形成气液双相流对管网进行“气水联冲”，防止管网内壁形成生物垢。大幅度扩展单相流负压排水系统的服务半径；将服务半径拓展至4km，大幅度扩展负压排水系统的服务半径。
进一步的，负压排出管的出口与负压管网连通。负压站包括真空泵、污水罐、排污泵，污水罐上设置真空泵。负压管网通过污水罐与排污泵连通。
通过采用上述技术方案，通过真空泵对污水罐抽真空保证污水罐真空状态，给整个负压排液系统的管网抽吸力。通过排污泵将污水从污水罐抽出并排放到后端。
进一步的，进气阀、流量调节阀均安装在管道支架上，支架固定在顶板上。
通过采用上述技术方案，通过调节流量调节阀的开度控制“气水比”，且“气水比”可在0~10之间任意波动，使得本申请负压井同时适用于“单相”、“双相”两种类型负压排水管网。
进一步的，浮体上端设置下坠重物。下坠重物上设置导向杆。
通过采用上述技术方案，确保浮体的稳定性。
进一步的，轨道舱内设置吸口和浮体；浮体下端通过连接杆与堵头连接。
通过采用上述技术方案，使负压井的驱动力为浮力，纯机械结构使得负压井既不需要接电源也不需要接负压气源，大幅度节省了工程投资成本、降低了设备故障率。
进一步的，轨道舱为圆形导向筒，其上设置过水孔。或者由三条导向杆组成。
通过采用上述技术方案，采用圆形导向筒作为轨道舱，其上设置过水孔，负压井吸口位于轨道舱内，轨道舱表面均布过水孔，过水孔起到拦截漂浮物的功效，有效防止漂浮物进入到轨道舱内部，减少漂浮物堵塞吸口的机率。三条导向杆组成轨道舱，避免浮体脱离导向杆的限位而左右移动，且导向杆对浮体竖向上还具有限位功能。
进一步的，负压排出管下端贯穿进轨道舱与吸口连通；负压排出管上端穿出顶板；穿出顶板的负压排出管上设置切断阀和负压表。
通过采用上述技术方案，污水流经化粪池进入负压井，负压井内液位达到设定高液位时，切断阀随之开启，污水在负压梯度力的作用下通过负压密闭输送管道抽吸至负压站。根据负压表压力示数调整进气流量调节阀的开度，进而达到控制气水比的功能。
进一步的，浮体为圆柱形、哑铃形或倒T形其中一种。
通过采用上述技术方案，浮体带动堵头实现打开或封堵吸口功能。
进一步的，吸口的材质为金属或化工塑料，堵头的材质为橡胶。
通过采用上述技术方案，启闭次数超过20万次，按照每天启闭10次计算寿命超50年。相对于传统双相负压井真空界面阀顶部隔膜腔内易于进水，造成弹簧腐蚀，隔膜启闭次数过多，易于出现橡胶破损漏气，提高了使用寿命。
进一步的，距离所述负压站500m内的负压管网的管道坡度为2‰~4‰，该500m内的管道为非满管流；500-4000m之间负压管网的管道为之字形。
通过采用上述技术方案，距离负压站500m内的管道坡度为2‰~4‰，该500m内的管道为非满管流，500-4000m使用之字形负压管网，在确保服务半径的同时大幅度降低排液系统的收水能耗。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
1.本发明负压井的驱动力为浮力，纯机械结构使得负压井既不需要接电源也不需要接负压气源，大幅度节省了工程投资成本、降低了设备故障率，提高了设备的使用寿命。
2.本发明通过调节流量调节阀的开度控制气水比，且气水比可在0~10之间任意波动，使得本申请负压井同时适用于单相、双相两种类型负压排水管网。
3. 本发明在距离负压站较近的位置，距离负压站500m内，可控制负压井为单相流负压井，有利于发挥单相流能耗低的优势，负压井在运行过程中空气不进入负压管道，负压站真空泵启动时长短，输送吨水电耗低，大幅度降低负压排水系统的能耗。在距离负压站较远的位置，距离负压站500-4000m，控制负压井为双相流负压井，有利于定期形成气液双相流对管网进行气水联冲，防止管网内壁形成生物垢；将服务半径拓展至4km，大幅度扩展现有单相负压排水系统的服务半径。
4.本发明距离负压站500m内的管道坡度为2‰~4‰，该500m内的管道为非满管流，500-4000m使用之字形负压管网，在确保服务半径的同时大幅度降低排液系统的收水能耗。
附图说明
图1为本发明平面布置图。
图2为本发明剖视图。
图3为本发明负压井结构示意图。
图4为本发明轨道舱过水孔示意图。
图5为本发明轨道舱结构示意图。
图6本发明导向杆、浮体连接示意图。
图7为本发明轨道舱实施例示意图。
图8为本发明导向杆、浮体连接实施例示意图。
图9-12为本发明浮体实施例示意图。
图13 为本发明min液位工况示意图。。
图14为本发明cen液位工况示意图
图15 为本发明max液位工况，吸口封堵状态示意图
图16 为本发明max液位工况，吸口打开状态示意图。
图中，1.负压井，2.真空泵，3.污水罐，4.排污泵，5.max液位，6.cen液位，7.min液位，8.负压站，9.负压管网，101.进水口，102.储液容器，103.限位环，104.进气阀，105.管道支架，106.管卡，107.流量调节阀，108.进气管，109.顶板，110.轴承，111.导向杆，112.下坠重物，113.轨道舱，114.浮体，115.连接杆， 116.堵头，117.吸口，118.切断阀，119.负压表，120.负压排出管，121.进气口，1131.过水孔。
具体实施方式
如图1、2所示，一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，包括多点分布的负压井1，以及负压站8。负压井1的储液容器102上设置进水口101，进水口101与用户的污水汇流管线连通；负压排出管120的出口与负压管网9连通。负压站8包括真空泵2、污水罐3、排污泵4，污水罐3上设置真空泵2。负压排出管120通过污水罐3与排污泵4连通。污水流经化粪池进入负压井1，负压井1内液位达到设定高液位时，切断阀118随之开启，污水在负压梯度力的作用下通过负压密闭输送管道抽吸至负压站8。打开进气阀104，调节流量调节阀107调节气水比，随着负压井1与负压站8距离的减少，气水比从15:1逐渐降至0:1，越靠近负压站8，进入系统的空气越少，系统稳定运行后，真空泵2后期基本不启动。
在距离负压站8较近的位置，半径R1在500m内可控制负压井1为单相流负压井，有利于发挥单相流能耗低的优势，负压井1在运行过程中空气不进入负压管道，负压站8的真空泵2启动时间短，输送吨水电耗低，大幅度降低负压排水系统的能耗。在距离负压站8较远的位置，半径R2在500-4000m控制负压井1为双相流负压井，有利于定期形成气液双相流对管网进行“气水联冲”，防止管网内壁形成生物垢；将服务半径拓展至4km，大幅度扩展现有单相负压排水系统的服务半径。
距离负压站8较近的位置，半径R1在500m内的负压管网9的管道坡度为2‰~4‰，该500m内的管道为非满管流；在距离负压站8较远的位置，半径R2在500-4000m之间负压管网9的管道为之字形，在确保服务半径的同时大幅度降低排液系统的收水能耗。
如图3所示，储液容器102顶面设置顶板109，限位环103上连接有进气阀104的开关；进气阀104通过管卡106与流量调节阀107连接；储液容器102内的负压排出管120上设置进气口121，流量调节阀107通过进气管108与进气口121连通。
进气阀104、流量调节阀107均安装在管道支架105上，支架105固定在顶板109上。
储液容器102内设置轨道舱113，轨道舱113内设置吸口117和浮体114；浮体114下端通过连接杆115与堵头116连接。吸口117的材质为金属或化工塑料，堵头116的材质为橡胶。
如图4所示，负压排出管120下端贯穿进轨道舱113与吸口117连通；负压排出管120上端穿出顶板109，穿出顶板109的负压排出管120上设置切断阀118和负压表119。
如图5所示，轨道舱113为圆形导向筒，其上设置过水孔1131。
如图6所示，顶板109上设置轴承110，浮体114上端设置下坠重物112。下坠重物112上设置导向杆111，导向杆111穿出轴承110与限位环103连接。
在另一个实施例中，轨道舱113由三条导向杆组成，如图7。
在另一个实施例中，顶板109上设置轴承110，浮体114上设置导向杆111，导向杆111穿出轴承110与限位环103连接，如图8。
在另一个实施例中，浮体114为圆柱形，上下通长，如图9。
在另一个实施例中，浮体114为哑铃形，两头为圆饼状，中间为圆柱状，如图10。
在另一个实施例中，浮体114为倒T形，上部为圆柱状，下部为圆饼状，如图11。
在另一个实施例中，浮体114为哑铃形，两头为圆饼状，中间为浮力趋近于零的连接杆，如图12。
工作过程如下：
如图13所示，min液位7工况，堵头116封堵吸口117；进气阀104处于闭合状态。下坠重物112对浮体114没有向下的压力。负压排出管120中的液体处于负压状态，负压表119的示数范围为-0.09~-0.02Mpa。
此时，浮体114浮力大小如下式：
吸口117对堵头117的吸力+浮体114自重+堵头117自重+连接杆115自重＞浮体114浮力。
如图14所示，cen液位6工况，堵头116封堵吸口117；cen液位6为波动液位，波动范围为min液位7以上，max液位5以下；cen液位范围内，进气阀104处于闭合状态。cen液位范围内，下坠重物112对浮体114没有向下的压力。随着cen液位上移，浮体114所受到的浮力逐渐增加。负压排出管120中的液体处于负压状态，负压表119的示数范围为-0.08~-0.02Mpa。负压表119的示数越小，max液位越高。
此时，浮体114浮力如下式：
吸口117对堵头117的吸力+浮体114自重+堵头117自重+下坠重物112自重+导向杆111自重+限位环103自重+限位环103和轴承110之间的摩擦力＞浮体114浮力。
如图15所示，max液位5工况，吸口117为封堵状态。堵头116封堵吸口117；浮体处于临界上浮状态。进气阀104处于闭合状态。负压排出管120中的液体处于负压状态，负压表119的示数范围为-0.08~-0.02Mpa。负压表119的示数越小，max液位越高。
此时，浮体114浮力如下式：
吸口117对堵头117的吸力+浮体114自重+堵头117自重+连接杆115自重+下坠重物112自重+导向杆111自重+限位环103自重+限位环103和轴承110之间的摩擦力≈浮体114浮力。
下坠重物112对浮体114向下的压力如下式：
下坠重物112对浮体114有向下的压力，且向下的压力＝下坠重物112自重+导向杆111自重+限位环103自重+限位环103和轴承110。
如图16所示，max液位5工况，吸口117为打开状态。堵头116同吸口117分离，吸口同储液容器102内的液体接触；进气阀104打开，常压空气经过流量调节阀107的调节，沿进气管108从进气口121进入负压排出管120。储液容器102内的液体在负压排出管102负压吸力的作用下排出。可通过调节流量调节阀107的开度调整负压排出管中气体和液体的体积之比。
此时，浮体114浮力如下式：
浮体114自重+堵头117自重+连接杆115自重+下坠重物112自重+导向杆111自重+限位环103自重+限位环103和轴承110之间的摩擦力＜浮体114浮力。
下坠重物112对浮体114向下的压力如下式：
下坠重物112对浮体114有向下的压力，且向下的压力＝下坠重物112自重+导向杆111自重+限位环103自重+限位环103和轴承110。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，包括负压站（8），以及多点分布的负压井（1），其特征在于：所述负压井（1）包括储液容器（102），储液容器（102）的顶板（109）上设置轴承（110）；所述储液容器（102）内设置轨道舱（113），轨道舱（113）内浮体（114）上端通过穿过轴承（110）的导向杆（111）与限位环（103）连接；所述限位环（103）上连接有进气阀（104）的开关，进气阀（104）通过管卡（106）与流量调节阀（107）连接；所述储液容器（102）内的负压排出管（120）上设置进气口（121），所述流量调节阀（107）通过进气管（108）与进气口（121）连通。
2.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述负压排出管（120）的出口与负压管网（9）连通；所述负压站（8）包括真空泵（2）、污水罐（3）、排污泵（4），污水罐（3）上设置真空泵（2）；所述负压管网（9）通过污水罐（3）与排污泵（4）连通。
3.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述进气阀（104）、流量调节阀（107）均安装在管道支架（105）上，所述支架（105）固定在顶板（109）上。
4.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述浮体（114）上端设置下坠重物（112）；下坠重物（112）上设置导向杆（111）。
5.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述轨道舱（113）内设置吸口（117）和浮体（114）；所述浮体（114）下端通过连接杆（115）与堵头（116）连接。
6.按照权利要求5所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述轨道舱（113）为圆形导向筒，其上设置过水孔（1131）；或由三条导向杆组成。
7.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述负压排出管（120）下端贯穿进轨道舱（113）与吸口（117）连通；所述负压排出管（120）上端穿出顶板（109），穿出顶板（109）的负压排出管（120）上设置切断阀（118）和负压表（119）。
8.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述浮体（114）为圆柱形、哑铃形或倒T形其中一种。
9.按照权利要求5所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：所述吸口（117）的材质为金属或化工塑料，堵头（116）的材质为橡胶。
10.按照权利要求1所述的一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统，其特征在于：距离所述负压站（8）500m内的负压管网（9）的管道坡度为2‰~4‰； 500-4000m之间负压管网（9）的管道为之字形。
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| CN202111575193.XA CN114215154B (zh) | 2021-12-21 | 一种单相流双相流任意切换型负压井及排液系统 |
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| CN114215154A true CN114215154A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114215154B CN114215154B (zh) | 2024-07-02 |
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