CN115917097A - 防止多侧分支垂直雨水排水管内回流的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从竖直管分支的分支管装置，所述分支管装置包括：分支接头，其安装到所述垂直管道，在形成喷嘴的垂直部分具有受限的横截面，所述喷嘴被布置成增加通过所述喷嘴的水的速度头，膨胀室，其直接位于所述喷嘴的下方，所述膨胀室具有比所述垂直管道的横截面面积大的横截面面积；从膨胀室突出的分支部分；地板出口；将所述分支部连接到所述地板出口的分支管。

Description

防止多侧分支垂直雨水排水管内回流的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于风力驱动的雨水空间的雨水排放。特别地，本发明涉及下悬管和相关的支管，例如用于多层建筑的那些。

背景技术

具有多级侧分支连接的雨水管具有水通过侧分支回流的风险。这种风险很难用当前的重力雨水落水管设计原理来预测。

引起侧分支中回流的关键因素是：

●被截留在管道系统内的空气的释放；

●当流速超过安全极限时二相流动特性的不可预测性，在该安全极限处，可以保持空气和水之间的清晰分离。

为了防止上述不确定性，垂直堆叠的流率必须限制在非常低的流量。许多国家的雨水排水规范已经采用不允许侧分支连接到竖直屋顶排水管的原则以防止回流问题。

在水流不影响气流的非常低的流速下，不存在回流的风险。然而，随着流量增加，管道中水的填充速率增加。这种增加的水流对垂直管道内部的空气有影响。增加的向下水流可以从垂直管道的顶部(其位于屋顶的地方)或从位于堆叠较高部分的侧分支吸入额外的空气。

当与水流一起被带入的空气可以自由地向下行进并且在下游端自由排出时，例如竖直地排出到开放空间中的管道，不存在回流的风险。

然而，在空气不能在管道的下游端自由排放的情况下，例如：

●管向下游的长的水平延伸，

●在所述的下游存在有弯管，

●来自其他堆叠的流体的汇合，或

●由于外部排水管的溢流而被淹没的管道排放，空气将通过多级侧分支连接逸出，尤其是在堆叠的下部处。

通过侧分支逸出的空气产生3个问题：

●防止水有效地流入地板出口(其形成进入侧分支的入口)；

●防止水通过侧分支管道的有效流动；

●将在垂直堆叠中流动的水通过侧分支推出，从而产生回流。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种用于从竖直管分支的分支管装置，所述分支管装置包括：分支接头，其安装到所述垂直管道，在形成喷嘴的垂直部分具有受限的横截面，所述喷嘴被布置成增加通过所述喷嘴的水的速度头，膨胀室，其直接位于所述喷嘴的下方，所述膨胀室具有比所述垂直管道的横截面面积大的横截面面积；从膨胀室突出的分支部；地板出口；将所述分支部连接到所述地板出口的分支管。

在第二方面，本发明提供了一种用于接收水流的地板出口，所述地板出口包括：用于连接到管道的龙头；具有两个孔的入口，第一孔用于接收水的流入，第二孔用于排出空气，所述孔与所述龙头流体连通。

在第三方面，本发明提供了一种用于在两个管道之间提供成角度连接的弯管，该弯管包括：内半径和外半径；其中内径相对于管直径是大的。

在第四方面，本发明提供了一种用于安装到管道的空气释放装置，该装置包括：壳体，其限定竖直定向的内部腔室；在所述腔室的基部中的开口，用于从所述管道接收空气；位于所述腔室的顶部的排气口，用于排出所接收的空气；其中所述腔室的高度等于或大于所述腔室的宽度。

附图说明

参照示出本发明的可能布置的附图来进一步描述本发明将是方便的。本发明的其它布置是可能的，因此，附图的特殊性不应被理解为取代本发明的前述描述的一般性。

图1是具有在阶段2流动条件下的分支的垂直管道的正视图；

图2是具有在阶段3和4流动条件下的分支的垂直管道的正视图；

图3是垂直管道和侧分支的示意性正视图；

图4A是根据本发明一个实施例的接头的正视图；

图4B是根据本发明一个实施例的弯管的等轴视图；

图4C是根据本发明一个实施例的流出口的等轴视图；

图4D是根据本发明一个实施例的空气释放装置；

图5是根据本发明的一个实施例的具有接头的垂直管道的示意性正视图；

图6是根据本发明的一个实施例的接头的示意性正视图；

图7A至7C是根据现有技术的经受回流条件的弯管的示意性正视图；

图8是根据本发明一个实施例的弯管的示意性正视图；

图9A和9B是根据本发明一个实施例的流出口的示意性正视图；

图10A和10B是根据本发明两个实施例的空气释放装置的示意性正视图；

图11A至11D是根据本发明的几个实施例的垂直管道和侧分支管的各种布置的立体图。

具体实施方式

沿垂直管道的流动经过以下阶段(随着流动的增加)

●阶段1：流速非常低，其中空气和水明显分离。水通常沿管壁的内表面流动，并且可被描述为环形流。

●阶段2：低流速，其中水流影响管道系统中的空气流。这个流动阶段使得额外的空气被带入管道系统中，并且使得空气在管道的下部处积聚。

●阶段3：两相流阶段：流速，在管道系统内产生压力波动的情况下，空气和水在流动中混合在一起。流动状态可能非常不稳定和不可预测。

●阶段4：流速达到稳定的压力流动条件，其中压力相对稳定。这是通过存在与水流混合的小气泡来表征的。

●阶段5：在垂直堆叠中流量达到满孔流动条件时的最高可能流速。

回流的危险出现在阶段2、3、4和5。传统的重力设计原理将重力系统的能力限制在阶段1的流速，以便防止任何回流。

图1示出了具有带有侧分支15的垂直管10的落水管装置5。在阶段2，由于水流，空气30被带下。当气压20的增大迫使空气35通过侧分支向侧面推出时，问题就出现了。逸出的空气与沿着管壁的内表面向下流动的水相交，并因此将水25推入侧分支中。

这导致水在侧分支中积聚，并最终阻止空气通过分支管自由逸出。当这种情况发生时，空气将沿着分支管向上游推动水并引起回流。

图2示出了与图1相同的装置5，但是水流增加，从而通过阶段3和4前进到阶段5。在该阶段，水流具有压力流的特性，向下的水流包括夹带的空气，从而代表两相流动。由于通过分支连接的流动具有比大气压力高的压力，水压将导致水45通过分支连接被推出，从而导致回流。

在侧分支内的气流条件基于垂直堆叠内的不同流动条件而不同。存在与通过竖直管的流量的增加有关的不同的空气流动阶段：

●阶段1：与水流方向相反的向外最小空气流动

●阶段2：与水流方向相反的最大向外空气流动

●阶段3：与水流方向相反的向外最小空气流动(类似于阶段1)

●阶段4：具有最小空气运动的中间状态

●阶段5：随水流方向的向内空气运动

在分支管的阶段2流动时出现临界条件，这在垂直管中的阶段2和阶段3流动时发生。回流的解决方案需要迎合在分支管中存在与水流方向相反的向外的最大空气流动的情况。

图3示出了具有多层侧分支连接的竖直雨水排出管50中的存在回流风险的那些位置，其为：

●沿着竖直堆叠55，由于：

●逸出空气通过侧分支将水从堆叠中向外推出；

●管道的垂直段内的压力波动。

●在垂直堆叠和侧分支之间的连接点60处；

●沿着流动方向从水平变为垂直的侧分支管65，以及；

●在水进入侧分支(例如阳台地板出口)的入口点70处。

本发明涉及几个方面，其中的每一个都可以被结合以解决图3中所标识的位置处的问题。应当理解，这些各个方面可以根据需要单独使用，但是也可以与任何或所有其它方面结合使用，以形成全系统解决方案，如果特定应用需要这种解决方案的话。

图4A至4D示出了被布置为解决不同位置处的情况的不同方面的实施例：

●图4A：在每一侧分支进入垂直管的连接点处的防回流接头75

●图4B：分支管中垂直与水平之间的每一个角度的转弯处的适配的弯头80

●图4C：水进入分支管的适配的地板出口85

●图4D：适配的空气释放装置90，其可结合到防回流接头以及分支管中的其它位置。

图5示出了具有从其延伸的分支的垂直管。每个分支包括防回流接头75。

如图6所示，防回流接头75包括受限的横截面120，其与分支134的开口132形成喷嘴水平面124。该限制在接头75上方形成水100、105的积聚，从而形成压头。这迫使流动模式从重力非压力流动转换到压力流动，喷嘴将压力头转换成高速头，其形式为通过分支的水的高速射流130，并且因此产生空气-水分离区125，通过该分离区，捕获的空气可以通过分支134竖直地或水平地逸出135。在垂直管道中的高流速下，压力射流实现非常高的速度，这在与侧分支的连接点处产生抽吸效应。这增加了侧分支的流动能力。

通过分支134也通向大气压力的较宽分离区125允许水射流膨胀，并因此返回到重力导向流。

在每个连接点处，喷嘴引起喷嘴下方的压力中断，同时引起喷嘴上方的压力流动状态。这发生在每个分支点处，而与竖直管道系统中的接头的位置和管道系统的高度无关。因此，垂直堆叠中的流动条件被分成小的受控压力流动段。消除了垂直堆叠中的压力波动。

这使得系统能够在受控压力流动条件下工作，并且与仅在阶段1(非常低的流速条件)安全的常规解决方案相比，实现了高得多的流速。

为了使空气能够通过侧分支管逸出而不干扰水流，在侧分支管中的受控水位是至关重要的。水流需要被设计成在分支管的水平段保持明渠状况。

虽然用于水平管的传统重力排水管设计允许水深高达管横截面总深度的70％，但是该填充率不允许足够的空间用于空气自由地逸出。

空气能够通过分支管自由排出的最大水深为管横截面的总深度的50％。

在水深超过50％深度时，特殊的空气释放装置90可以结合到防回流接头中，如将参照图11A至11D所述。

图7A至7C示出了由于回流而遭受损害的分支管布置内的另一点。在水流从分支管的水平段向下到管的垂直段改变方向的情况下，弯管/弯头140在方向改变时的构造对于防止回流是至关重要的。

当来自管道的垂直段的空气流145与水流150相交时，由于水平上游段和垂直下游段之间的转弯的轮廓，可能喷射穿过气流路径，出现回流风险。实际上，这用作水流150的不连续性，导致在该点152处与管道分离。向上的空气流145将推动147、160水向后155，并在转弯的上游产生水的积聚，并最终形成水塞166，该水塞可被向上游推动较长距离，从而引起回流。

具有尖锐内缘152的转弯(典型的尖锐90度塑料配件)倾向于使水从管壁的内侧过冲，从而导致越过管的垂直段的中心的流的喷射。

图8示出了具有适配的弯管170的这个问题的解决方案。具有弯曲表面、弯管上具有内径172通过提供连续表面并因此防止水流和管道之间的分离，有助于沿着水平管的下部保持水流190。水195沿着弯曲内侧的管壁跟随转弯。这防止水流和空气流175、180、185之间的相交，并且允许沿着流动方向的变化将空气流与水流分离。

根据本发明，使用具有最小内径的弯管170，其对应于管道直径的0.3倍的内部转弯半径的两倍，以确保最大50％深度的水流不与气流相交。

弯管的外半径处的扩大部分178提供了额外的空气空间，以避免气流与水流的干扰。为此，由连接内径和外径的中心173、174的线171限定的弯管的横截面面积大于包括弯管连接到管道的套管的弯管的上游和下游部分的横截面面积。

在另一个实施例中，弯管的内部172的半径可以大于弯管的外部半径176。通常，现有技术的弯头具有相等的半径，或者可能内径小于外径。在本发明的另一实施例中，内半径可以做得更大，以防止当水绕曲线流动时分离，外半径可以做得更小，从而产生用于空气流动并保持与水流分离的附加空间。因此，由于形状模仿矩形拐角，外半径可接近零。

在另一方面，图9A至9C示出了用作水进入侧分支路的进入点的地板出口200。它也是空气从侧分支中逸出的出口点。

流出的空气和进入的水之间的冲突会阻止有效的排出，在排出的情况下，水会被阻止进入出口并随后进入分支管。

在该实施例中，地板出口200具有水平龙头208，其确保空气在管道系统的上部行进并且进入腔室240，该腔室具有大于龙头的横截面积并且因此相对于龙头扩大，所述腔室具有上部和下部。请注意，虽然图中示出了水平龙头，但是龙头可以是垂直的。在另一替代方案中，根据图8的弯管与所述套管连接或与所述套管成一体。在出口200的另一端，与套管流体连通的是具有两个孔214、215的入口。第一孔215被布置成接收水的流入，第二孔214被布置成从管道排出空气。在管横截面的上部处的空气被朝向地板出口的中心引导，在地板出口的中心处，空气被允许通过第二孔214逸出230，而不干扰通过第一孔215流入的水220。第二孔的入口由内边缘213限定，该内边缘又连接到罩盖(cnnopy)210。第一孔由周边边缘205和内边缘213限定。当定位地板出口时，周边和内边缘被布置成与地板的表面齐平，尽管常规的斜坡将水引导到入口。因此，由出口200接收的水流220被引导通过第一孔口215并且被引导到腔室240的下部235中，然后允许该水流225流入水平管208中。

地面出口200具有2个主要特征：

●在分支管208和地板出口205之间的接合处的垂直扩大空气室240。该扩大部分240允许在上部中的额外的向上的空气空间，以将空气流朝向中心处的空气排气口开口引导。

●从地板出口的壁朝向中心延伸的半圆形罩盖210引导气流在出口的中心释放。这允许从地板出口向外释放的气流与向内流入地板出口的水流分开。

图10A示出了空气释放部件245。空气释放部件245被布置成在分支附近使用，以便于释放截留的空气，并且因此帮助克服分支处的回流问题。因此，它将与分支流体连通并且在所述分支的竖直上方，但是不一定直接在上方。虽然它可以与本发明的其它方面隔离安装，但是当与防回流接头结合使用时，例如，空气释放部件允许在接头的连接点处立即直接释放空气，从而减少/消除通过分支管释放空气的需要。这可以允许支管在全孔状态下，即100％的水下排出，这显著地增加了其排出能力。壳体内的腔室可以具有等于或大于腔室宽度的高度。其横截面面积也可大于分支或分支管的横截面面积。

空气释放装置245包括具有顶部255的壳体250。在装置的基部中是开口265，其配合到龙头上或附近的套管或其它附件。开口265允许空气从分支管逸出。空气进入腔室285并通过在此情况下为倒锥形板的中心托盘270。托盘270包括围绕托盘270的周边的中心通气孔273和外围通气孔271、275。托盘的圆锥形形状允许球277在未激活时坐落在装置245内。当空气进入腔室285并通过280进入托盘270时，空气最终通过装置顶部255中的排气口260离开，并因此离开装置。

浮球277结合在装置中，以确保在水被引入装置的情况下，装置将自密封地抵靠排气口260，其中球279基于装置内的水位而上升和下降。

图10B示出了一种替代布置，其中一个或多个挡板274被附接到装置顶部255并且被布置成从打开位置移动276到关闭位置，从而在水从基部流入时密封顶部排气口260并且密封顶部排气口。

可以理解，球以类似于单向阀的方式起作用，因此可以理解，球可由自由移动的盘代替，该盘漂浮在上升的水位的顶部上以密封排气口；

如上所述，本发明包括四个不同的方面，如图4A至4D中所列。虽然这些部件可单独使用，但它们可一起使用以形成分支管布置。

例如，图11A至11D示出了可用于这种分支管布置的各种组合，其旨在提供连续的空气路径和连续的流入路径，两者彼此分离以防止空气被捕获在支管中。

图11A：在分支管中引入垂直落差的高填充率：

●具有分支接头305的分支布置295，所述分支接头具有空气释放装置310、两个弯管315和地板出口320；

图11B：在分支管中加入垂直落差的低充填率

●具有分支接头305、两个弯管315和地板出口320的分支布置325；

图11C：支管直接接入防回流接头的高填充率

●具有带有空气释放装置310和地板出口的分支接合部305的分支布置330；

图11D：分支管直接接入防回流接头的低填充率

●具有分支接头305和地面出口320的分支装置335；

每个分支管布置包括各种部件，以利用压力流原理实现高流速，同时有效地防止在侧分支处的回流。

Claims (24)

1.一种用于接收水流的地板出口，所述地板出口包括

用于连接管道的龙头，

具有两个孔的入口，第一孔用于接收水的流入，第二孔用于排出空气，所述孔与所述龙头流体连通。

2.根据权利要求1所述的地板出口，还包括位于所述龙头和所述孔中间的腔室，所述腔室具有大于所述龙头的横截面积。

3.根据权利要求2所述的地板出口，其中所述腔室包括上部区段和下部区段，所述上部区段被布置成接收来自所述管道的空气并且将空气排出到所述第二孔，所述下部区段被布置成接收来自所述第一孔的所述流入物并且将所述流入物引导到所述管道。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的地板出口，其中所述第一孔由周边边缘限定，使得所述边缘与所述地板出口已经放置到其中的地板齐平。

5.根据权利要求4所述的地板出口，其中所述第二孔由内边缘限定，使得所述第二孔定位在所述第一孔内。

6.根据权利要求5所述的地板出口，其中所述腔室包括罩盖，所述罩盖覆盖所述腔室的所述上部，从而形成从所述第二凹部到所述龙头的管道。

7.一种用于在两个管道之间提供成角度连接的弯管，该弯管包括

内半径和外半径；

其中内径大于管直径。

8.根据权利要求7所述的弯管，其中所述外直径小于管道直径。

9.根据权利要求7所述的弯管，其中所述外半径小于所述内半径。

10.根据权利要求7所述的弯管，其中两倍的内半径大于或等于0.3倍的管径。

11.根据权利要求7所述的弯管，其中沿着连接内半径和外半径中心的线的弯管的横截面面积大于与弯管连接的管道的横截面面积。

12.一种用于安装到管道的空气释放装置，所述装置包括：

壳体，其限定竖直定向的内部腔室；

在所述腔室的基部中的开口，用于从所述管道接收空气；

位于所述腔室的顶部的排气口，用于排出所接收的空气；

其中所述腔室的高度等于或大于所述腔室的宽度。

13.根据权利要求12所述的空气释放装置，进一步包括在所述腔室内的托盘，所述托盘水平横跨所述腔室；

其中所述托盘包括被布置成允许空气穿过所述托盘的排气口。

14.根据权利要求13所述的空气释放装置，进一步包括在所述腔室中和所述托盘上方的球，所述球被设置为在来自所述基座的水流上漂浮，并密封所述顶部排气口。

15.根据权利要求12所述的空气释放装置，进一步包括至少一个邻近所述装置顶部附接在所述腔室内的挡板，所述挡板被设置为从打开位置移动到关闭位置，在水从所述基座流入时密封所述顶部排气口，并密封所述顶部排气口。

16.一种用于从竖直管分支的分支管装置，所述分支管装置包括：

分支接头，所述分支接头安装到所述竖直管，所述竖直管在竖直部分上具有受限的横截面，从而形成喷嘴，所述喷嘴布置成增加通过所述喷嘴的水的速度头，

直接位于喷嘴下方的膨胀室，所述膨胀室的横截面积大于垂直管道的横截面积；

从膨胀室突出的分支部；

根据权利要求1至6中任一项所述的地板出口，以及；

将所述分支部连接到所述地板出口的分支管。

17.根据权利要求16所述的分支管装置，还包括根据权利要求12至15中的任一项所述的空气释放装置，所述空气释放装置被安装成靠近所述分支部分并且与所述分支部分流体连通。

18.根据权利要求16或17所述的分支管装置，所述分支管包括接近所述分支部分的第一弯管，以水平地引导所述管。

19.根据权利要求18所述的分支管装置，所述分支管包括在所述第一弯管与所述地板出口中间的两个附加弯管。

20.根据权利要求18或19所述的分支管装置，其中，所述第一弯管和所述附加弯管中的至少一个是根据权利要求8至11所述的弯管。

21.一种用于分离分支管中的空气路径和流入路径的方法，所述方法包括以下步骤：

使所述垂直管道中的流动转向并压缩所述流动以在所述垂直管道内产生喷嘴；

在喷嘴上游引起压力流，并在喷嘴下游产生水射流，并且因此；

在所述分支管的开口处形成空气分离区；

在所述分支管的相对端处的出口的第一孔中接收流入物，并从所述出口的第二孔排出空气，并且因此；

形成从空气分离区到所述第二孔的连续空气路径，以及从第一孔到垂直管道的连续流入路径。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：

将空气从分支管中的空气路径重新引导到空气释放装置中；

从所述空气释放装置排出空气。

23.根据权利要求21或22所述的方法，还包括沿着所述支管的弯管中的连续弯曲表面在所述第一孔和所述竖直管中间引导所述流入路径的步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括将空气引导到邻近所述弯曲表面的扩大部分的步骤。

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