CN202359610U - 自重式初期降雨径流弃流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自重式初期降雨径流弃流装置，包括设置在汇水渠和排水渠之间的集水池，集水池与排水渠开通设置，集水池的顶部与汇水渠相通，集水池上设置有雨水口；集水池的内部安装有水平方向的转动轴，并通过该转动轴安装有翻板，转动轴位于翻板的下部，翻板旋转至竖直方向时底端抵在集水池池底，翻板的宽度等于集水池的宽度；集水池内设置有第一限位支点和第二限位支点，第一限位支点位于转动轴靠近汇水渠的一侧、且高于转动轴设置，第二限位支点紧密设置在转动轴靠近排水渠的一侧。本实用新型能将含有大部分污染物的初期雨水径流分离出去，以解决收集利用的雨水水质不佳的问题，从而提高雨水利用的水质安全。

Description

自重式初期降雨径流弃流装置

技术领域

本实用新型属于雨水集水装置技术领域，具体涉及一种自重式初期降雨径流弃流装置。

背景技术

降雨初期的雨水径流污染较严重，经初期弃流后的雨水则能够显著地去除雨水中的污染物质，提高积蓄雨水的水质，因而初期雨水径流的去除技术是雨水利用工程的重要技术环节之一。现有的初期雨水弃流的方法较多，但都有各自的缺点。例如：修建弃流池是初期雨水弃流的常用方法之一，但该方法不适用于较大汇流面的雨水收集；小管弃流法是在雨水输送途中通过设置小管径的管道来进行弃流的另一种常用方法，但该方法难以合理控制弃流量，易导致弃流量过大而减少收集的雨量，或弃流量过小而使得收集的雨水水质较差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种自重式初期降雨径流弃流装置，能将含有大部分污染物的初期雨水径流分离出去，以解决收集利用的雨水水质不佳的问题，从而提高雨水利用的水质安全。

本实用新型所采用的技术方案是，一种自重式初期降雨径流弃流装置，其特征在于，包括设置在汇水渠和排水渠之间的集水池，集水池与排水渠开通设置，集水池的顶部与汇水渠相通，集水池上设置有用于收集雨水的雨水口；集水池的内部安装有水平方向的转动轴，并通过该转动轴安装有可转动的翻板，转动轴位于翻板的下部，翻板的高度要求满足：翻板旋转至竖直方向时底端抵在集水池池底，翻板的宽度等于集水池的宽度；集水池内设置有第一限位支点和第二限位支点，第一限位支点位于转动轴靠近汇水渠的一侧、且高于转动轴设置，第二限位支点紧密设置在转动轴靠近排水渠的一侧。

第一限位支点和第二限位支点的夹角为45°～60°。

雨水口为圆形，位于集水池的侧壁上且底端与汇水渠底端平齐，所述翻板的高度等于集水池高度和雨水口直径之和。

集水池的上方设置有混凝土盖板。

本实用新型能够在雨水收集利用过程中自动完成弃流过程，有效地提高雨水利用效率，而且结构简单，无需人工操作，易于维修。

附图说明

图1是本实用新型自重式初期降雨径流弃流装置的结构示意图；

图2是本实用新型中的翻板的受力分析图；

其中，1.混凝土盖板，2.雨水口，3.汇水渠，4.集水池，5.排水渠，6.翻板，7.第一限位支点，8.第二限位支点，9.转动轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型一种自重式初期降雨径流弃流装置，包括设置在汇水渠3和排水渠5之间的集水池4，集水池4与排水渠5开通设置，集水池的顶部与汇水渠3相通，排水渠5为市政雨水排水通道。

集水池4的侧壁上设置有用于收集雨水的雨水口2。集水池4的内部安装有水平方向的转动轴9，并通过该转动轴9安装有可转动的翻板6，转动轴9位于翻板6的下部，翻板6旋转至竖直方向时底端抵在集水池4池底。

集水池4内设置有第一限位支点7和第二限位支点8，第一限位支点7位于转动轴9靠近汇水渠3的一侧、且高于转动轴9设置，当翻板6抵在第一限位支点7上时，翻板6的下端与集水池4池底之间形成作为排水通道的板下开度e。第二限位支点8紧密设置在转动轴9靠近排水渠5的一侧，当翻板6抵在第二限位支点8上时，翻板6处于竖直方向，此时，翻板6的底端抵在集水池4池底，排水通道关闭。

翻板6可采用3000系列铝板，厚度可选2mm～4mm，翻板6的宽度等于集水池4的宽度。转动轴9可用采用混凝土或钢筋材料制作。

为了方便本实用新型在参数设计时的计算，雨水口2为圆形，位于集水池4的侧壁上且底端与汇水渠3底端平齐，翻板6的高度等于集水池4高度和雨水口2直径之和。

第一限位支点7和第二限位支点8的夹角优选为45°～60°。为了防止雨水被污染，集水池4的上方设置有混凝土盖板1。

本实用新型的工作过程是：无降雨时，翻板6抵在第一限位支点7上，此时，翻板6倾斜放置；有降雨径流时，初期弃雨从翻板6下端与集水池4池底之间流入排水渠5；当汇集的雨水达到某一流量使集水池4中水位h增至临界水位h_临时，翻板6受静水压力及自身重力自动翻转，在第二限位支点8作用下处于竖直方向，使排水通道关闭，此后汇水渠3内的雨水因受翻板6阻挡而在集水池4内积蓄，集水池4的水位h逐渐升高，到达雨水口2后的雨水会被收集。如果雨水过大，部分雨水将从翻板6上沿溢流至排水渠5。当降雨停止后，翻板6在自身重力作用下又会自动恢复初始倾斜状，并抵在第一限位支点7上。

如图2所示，翻板6的密度为ρ_铝，，厚度为σ，宽度为b，高度为H，水的密度为ρ_水，忽略摩擦力。降雨时，翻板6受静水压力F作用，受力点为D，转动轴9的安装点为O，翻板6的底端为B，集水池4的水位在翻板6上的交点为A。若要使板向右转动，则DB＞OB，即：AB＝3DB＝3(DO+OB)；此时有下式成立(顺时针方向为正)：M₀(G₁)+M₀(G₂)+M_○(F)＞0，其中，G₁为翻板6的OA段所受的重力，G₂为翻板6的OB段所受的重力，M₀(G₁)为重力G₁的力矩，等于G₁与OC的乘积；M₀(G₂)为重力G₂的力矩，等于G₂与OE的乘积；M_○(F)为静水压力F的力矩，等于F与OD的乘积。解得： $\frac{2}{3}{(2H^{\′}-x)}^2(H^{\′}-2x)>27\sqrt{3\mathrm{\σ}}(H^{\′}+0.2)(H^{\′}+0.2-2x),$ 此式为保证本实用新型顺利运行的条件。

本实用新型在使用时，按照以下步骤设计具体结构参数：

1.计算初期弃雨量

初期弃雨量的具体数值需视汇水面性质和大小、项目现场条件，污染程度、系统设计与水量平衡等因素综合分析而定。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》，屋面弃流可采用2～3mm径流深度，地面弃流可采用3～5mm径流深度。

2.选取降雨资料

降雨资料采用不同重现期下的设计降雨量及其典型降雨过程，或者选取历年中具有代表性的几场降雨资料。

3.计算流量

设计降雨过程中，各计算时段的降雨量不同，导致各时段的降雨强度不同，从而使得各计算时段汇水渠的流量不同。利用公式：Q＝ψ_mqF，可分别计算各个时段汇水渠流量。式中：Q是渠道流量，其单位为L/s；Ψm是径流系数；q是降雨强度，其单位为L/(s·hm²)，q＝167i，i也是降雨强度，其单位为mm/min；F为汇水面积，其单位为hm²。

4.假设不同板下开度e

翻板6距集水池4底部的距离为板下开度e。已知雨水口2的直径为R，先按照经验值预先设定几个不同的板下开度e，然后分别计算出对应的转动轴9至集水池4底部的距离x、集水池4的高度H′以及翻板6的高度H，其中，x＝e/(1-cos60°)；H＝H′+R，H′＞3x·cos60°+e。再根据翻板6的厚度σ，使σ、x、H′满足公式 $\frac{2}{3}{(2H^{\′}-x)}^2(H^{\′}-2x)>27\sqrt{3\mathrm{\σ}}(H^{\′}+0.2)(H^{\′}+0.2-2x),$ 由H′可计算得到集水池4的水位容积曲线。

5.计算汇水渠1中水位h₀

降雨时径流产生的每一时段的流量在汇水渠1中都有一个水位h₀与之对应。根据h₀可得到每时段的流速，同时h₀也用于计算弃雨过程。用迭代法求解汇水渠中的水位h₀。

矩形断面h₀的迭代公式为：

$h_0=f\left(h_0\right)={\left(\frac{\mathrm{nQ}}{b\sqrt{i}}\right)}^{0.6}{(1+\frac{2h_0}{b})}^{0.4};$

梯形断面h₀迭代公式：

$h_0=f\left(h_0\right)={\left(\frac{\mathrm{nQ}}{b\sqrt{i}}\right)}^{0.6}{\frac{(b+2h_0\sqrt{1+m^2})}{(b+m{h}_0)}}^{0.4};$

式中：Q为汇水渠1渠道流量；i为底坡；b为底宽；m为边坡系数；n为粗糙系数。

6.计算集水池4中水位h

一旦集水池4中雨水被蓄满，此时蓄水池中水位h＝h′，h′≥H′，翻板6即翻转，结合集水池4的水位容积曲线，可计算出初期降雨径流的弃流量、翻转时间以及弃流过程。集水池4中水位h′根据水量平衡原理计算。池中每时段入流量与板下出流量之差等于池中每时段增加的水量，即；Q-q＝ΔV，当集水池中水位h′小于板下开度e时，水流为明渠均匀流，此时q＝Q；当集水池中水位h′大于板下开度e时，水流为闸孔出流，此时

其中，H₀为闸孔全水头，

μ为流量系数，按南京水利科学研究所的经验公式计算： $\mathrm{\μ}=0.60-0.176\frac{e}{h}.$

7.尺寸的确定

通过以上计算，得到了几个不同的翻板6的尺寸以及与不同重现期和板下开度对应的初期弃流量、翻板6的翻转时间和弃雨过程。根据规划设计的初期弃流量δ，综合考虑以上计算结果和该工程集雨面大小、汇水渠形状等相关条件后，确定整个装置的尺寸。

Claims (4)

1.一种自重式初期降雨径流弃流装置，其特征在于，包括设置在汇水渠(3)和排水渠(5)之间的集水池(4)，所述集水池(4)与排水渠(5)开通设置，所述集水池的顶部与汇水渠(3)相通，所述集水池(4)上设置有用于收集雨水的雨水口(2)；所述集水池(4)的内部安装有水平方向的转动轴(9)，并通过该转动轴(9)安装有可转动的翻板(6)，所述转动轴(9)位于翻板(6)的下部，所述翻板(6)的高度要求满足：翻板(6)旋转至竖直方向时底端抵在集水池(4)池底，所述翻板(6)的宽度等于集水池(4)的宽度；所述集水池(4)内设置有第一限位支点(7)和第二限位支点(8)，所述第一限位支点(7)位于转动轴(9)靠近汇水渠(3)的一侧、且高于转动轴(9)设置，所述第二限位支点(8)紧密设置在转动轴(9)靠近排水渠(5)的一侧。

2.按照权利要求1所述的自重式初期降雨径流弃流装置，其特征在于，所述第一限位支点(7)和第二限位支点(8)的夹角为45°～60°。

3.按照权利要求1所述的自重式初期降雨径流弃流装置，其特征在于，所述雨水口(2)为圆形，位于集水池(4)的侧壁上且底端与所述汇水渠(3)底端平齐，所述翻板(6)的高度等于集水池(4)高度和雨水口(2)直径之和。

4.按照权利要求1所述的自重式初期降雨径流弃流装置，其特征在于，所述集水池(4)的上方设置有混凝土盖板(1)。

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