CN211174441U - 一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其包括屋面、排水管、叶轮弃流装置、污水管、满流蓄能装置、水轮发电机、蓄电装置和蓄水池。滤网与屋面平齐且位于排水管正上方，排水管与叶轮弃流装置相连，叶轮弃流装置上设有弃流管，弃流管连接污水管，满流蓄能装置安装在排水管上，保证充满管径的水流冲击水轮发电机，发电后储存入蓄电装置内，流经水轮发电机的雨水最后汇集到蓄水池内。本实用新型实现了屋面雨水分离，雨能蓄积、利用、雨水储存等多项功能，达到了获取洁净雨水、提高发电效率、延长发电装置寿命的目的。整个系统中装置体积小、安全系数高、结构简单、造价低，具有较高的经济效应，适合大范围推广。

Description

一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统

技术领域

本实用新型属于雨水收集利用技术领域，具体涉及一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统。

背景技术

我国是一个水资源十分匮乏的国家。据不完全统计在我国600多座城市中有300多座城市缺水，且其中有108座城市严重缺水，并且随着城市化的进展，越来越多的人涌入城市，缺水问题只会越来越严重，当下缺水已成为制约我国城市发展和人民生活水平提高的一重要因素。但相矛盾的是我国城市高楼林立，屋面广阔，能蓄集大量的雨水，但大部分城市都是将高楼屋面雨水直接排放到地面，若能对这部分雨水加以利用不仅能大大缓解城市缺水现状还能为城市提供电能。

高楼屋面雨水被大部分城市弃用的原因，主要是其初期雨水水质较差，初期雨水中溶解了空气中的绝大部分污染性气体，腐蚀性大，且含有屋面上的灰尘等其他颗粒物。同时若用含有初期雨水的雨水进行发电，会因为初期雨水中的颗粒物吸附在叶片上，酸性物质腐蚀发电设备，影响发电效率，降低设备使用寿命。

中国专利公开号为205676967U，专利名称为一种高层建筑雨水回收装置的文献中，公开了一种设置浮球阀实现雨水分流的装置，但该装置容易损坏失效，并且也未对雨水势能加以利用。

中国专利公开号为1206268008U，专利名称为一种屋面雨水雨能综合利用系统的文献中，公开了一种通过集雨装置、发电装置、净化装置、控制装置等机构实现了雨水综合利用的系统，但该系统包含了太多的电子设备，比如第一液位检测器、第二液位检测器等，这些设备的运行需要消耗电，且这些设备价格不低，同时也因为这些电子设备长期与水接触，容易损坏，后期维护成本较高，安全性较低，同时在雨势较小时，水流势能不集中，发电机的效率低下。

本实用新型技术方案的目的是克服当前雨水利用设备的不足而设计的一种结构简单、易维护、全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，是基于国家自然科学基金青年基金（No.51608198）和江西省自然科学基金（No. 20161BAB216138）项目的延伸研究成果。

实用新型内容

本实用新型目的是克服当前雨水利用设备的不足而设计的一种结构简单、全自动式、易维护、集雨水分离、雨水势能蓄积、发电、蓄水等多功能的一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其包括屋面、排水管、叶轮弃流装置、污水管、满流蓄能装置、水轮发电机、蓄电装置和蓄水池，在屋面落水口上设置有滤网，所述滤网与屋面平齐且位于排水管正上方，所述排水管与叶轮弃流装置相连，所述叶轮弃流装置上设有弃流管，所述弃流管的管径小于排水管的管径，所述弃流管连接污水管，所述满流蓄能装置安装在叶轮弃流装置下方的排水管上，保证充满管径的水流冲击水轮发电机，所述水轮发电机通过充满管径的水流进行发电，并储存入设置在旁边的蓄电装置内，流经水轮发电机的雨水最后汇集到蓄水池内，所述蓄水池上还设有一溢流管，所述叶轮弃流装置包括壳体、叶轮和轴承部，所述轴承部一侧固定连接在所述壳体上，所述叶轮固定连接在轴承部上，并可以在壳体内旋转，所述叶轮包括轮盘和S型的叶片，若干所述叶片绕着轮盘的轴心呈圆周状均匀设置在轮盘面上，且叶片的长度小于轮盘的半径，在轮盘轴心处形成了一个圆形空间，用于放置弃流管，所述叶片与轮盘轴心的距离大于弃流管的半径，所述弃流管紧贴叶轮但与叶轮独立互不干涉。

在本实用新型的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统中，所述满流蓄能装置包括固定环一、外套筒、固定环二、倒圆台型漏斗、内套筒、活动挡板、弹簧、支撑板和支撑杆，所述固定环一和固定环二固定连接在外套筒的两端，所述倒圆台型漏斗上缘固定连接在外套筒上缘内表面上，所述活动挡板设置在倒圆台型漏斗的下端口处，并可以盖住下端口，所述固定环二内侧设有至少三根径向的加强肋条，所述支撑杆竖直固定设置在固定环二圆心处的加强肋条连接点上，所述支撑杆上端固定连接在支撑板中心处，所述支撑板上表面中心处固定连接有弹簧，该弹簧的上端固定连接在活动挡板的下端面中心处，该弹簧将活动挡板紧紧顶在倒圆台型漏斗的下端口处，盖住下端口，所述内套筒下端固定连接在支撑板上，所述内套筒的内径与活动挡板的直径一致，其上端面与圆台型漏斗的下端口的距离小于活动挡板的厚度。

在本实用新型的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统中，所述排水管通过水平管卡竖直固定连接在建筑墙体上，在靠近屋面这一侧的排水管具有一节S型管段。

在本实用新型的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统中，所述轴承部包括外圈、滚子和内轴，所述外圈的半径为叶轮半径的一半，所述内轴为阶梯轴，包括轴段一和轴段二，轴段一的侧面上设有滚道，构成轴承内圈，所述外圈的一侧固定在壳体的内底面上，所述内轴的另一端安装在叶轮侧面的正中心位置上，所述外圈靠近叶轮这一侧的外表面向轴心方向延伸出一个环形遮挡部，该遮挡部的内径比轴段一的直径小，比轴段二的直径大，轴承部的启动力为34.64N。

在本实用新型的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统中，所述弃流管固定安装在壳体上，并向下倾斜与水平面成15°角，其包括外管段和内管段，所述内管段为半敞开式，开口向上，其位于叶轮轴心处的圆形空间内，并紧贴叶轮但与叶轮独立不干涉。

在本实用新型的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统中，所述蓄电装置包括整流器、蓄电池和若干电线，蓄电池通过电线连接水轮发电机，整流器连接在电线上并位于水轮发电机和蓄电池之间。

实施本实用新型的这种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，具有以下有益效果：

1. 实现了屋面雨水分离、雨能蓄积、雨能利用、雨水储存等多项功能，达到了获取洁净后期雨水、提高发电效率、延长发电装置寿命的目的。整个系统中叶轮弃流装置、满流蓄能装置、发电和蓄电装置体积小，蓄水池位于地面以下，占用空间小、安全系数高、结构简单、造价低，具有较高的经济、社会、环境效应，适合大范围推广。

2. 独特的叶轮弃流装置，巧妙地利用初后期降雨强度--降雨历时的差异，成功分离雨水，减少了后续处理过程，同时也避免了初期雨水经过水轮发电机，酸雨腐蚀水轮机叶片，夹杂的颗粒物吸附于水轮机叶片上，造成水轮发电机使用寿命减短，水轮发电机发电效率降低的问题。叶轮的叶片呈s型，可以有效地消除雨水的部分动能，减缓雨水流速，同时利于叶轮受力。

3. 独特的满流蓄能装置，保证了充满管径的水流冲击水轮发电机，集中水流势能，提高了水轮发电机的发电效率。

4. 本系统将雨水分为初雨和后雨，避免初雨水质较差对雨水利用产生不利影响，对后期雨水精细化重复利用，充分利用其蕴含的势能和水资源；蓄水池蓄集干净的后期雨水，用于冲厕、洗车、绿化、道路喷洒等方面，减轻市政管网的压力，同时在暴雨时，减少城市雨水的汇入面积，减少城市内涝的发生，这也符合海绵城市的建设需求。

附图说明

图1为本实用新型中全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统的示意图；

图2为图1中叶轮弃流装置正面的示意图；

图3为图1中叶轮弃流装置背面的示意图；

图4为图2中弃流管和叶轮的连接结构示意图；

图5为图4中叶轮的示意图；

图6为图4中弃流管的示意图；

图7为图2中轴承部的结构示意图；

图8为图7中外圈和内轴的结构示意图；

图9为图7中滚子和内轴的结构示意图；

图10为图1中满流蓄能装置的示意图；

图11为图10中内套筒、活动挡板和倒圆台型漏斗的结构示意图；

图12为图10中部件的连接结构示意图。

附图标记为：屋面1、排水管2、叶轮弃流装置3、污水管4、满流蓄能装置5、水轮发电机6、蓄电装置7、蓄水池8、滤网9、弃流管10、溢流管11、壳体12、叶轮13、轴承部14、轮盘15、叶片16、固定环一17、外套筒18、固定环二19、倒圆台型漏斗20、内套筒21、活动挡板22、弹簧23、支撑板24、支撑杆25、加强肋条26、水平管卡27、外圈28、滚子29、内轴30、轴段一31、轴段二32、遮挡部33、外管段34、内管段35、整流器36、蓄电池37、电线38。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示的本实用新型的这种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其包括屋面1、排水管2、叶轮弃流装置3、污水管4、满流蓄能装置5、水轮发电机6、蓄电装置7和蓄水池8。滤网9与屋面1平齐且位于排水管2正上方，所述排水管2与叶轮弃流装置3相连，所述叶轮弃流装置3上设有弃流管10，所述弃流管10连接污水管4，所述满流蓄能装置5安装在排水管2上，保证充满管径的水流冲击水轮发电机6，所述水轮发电机6通过充满管径的水流进行发电，并储存入设置在旁边的蓄电装置7内，流经水轮发电机6的雨水最后汇集到蓄水池8内。

所述排水管2使用100mm口径的塑料落水管，所述排水管2通过水平管卡27竖直固定连接在建筑墙体上，该排水管2的上端口穿过屋面1落水口与屋面1平齐，或者排水管2的上端口设置在屋面1落水口内。在屋面1落水口上设置有滤网9，过滤掉一些雨水中的石子等其它的一些大颗粒杂物，对后续的雨水分离装置起到很好的保护作用。在靠近屋面1这一侧的排水管2具有一节S型管段，用于缓冲雨水的流速，达到更好的初、后期雨水分离效果。

所述叶轮弃流装置3安装于距屋面1下1.2m的位置，使流到叶轮弃流装置3的雨水获得一定的速度，增大其对叶轮的冲积力。叶轮弃流装置3连接在排水管2上，雨水必须经过叶轮弃流装置3再继续在排水管2中往下走。独特的叶轮弃流装置3，巧妙地利用初后期降雨强度—降雨历时的差异，成功分离雨水，减少了后续处理过程，同时也避免了初期雨水经过水轮发电机6，酸性水体腐蚀水轮机叶片的问题；另外还避免了夹杂的颗粒物吸附于水轮机叶片上，造成水轮发电机6使用寿命减短、水轮发电机6发电效率降低的问题。如图2至9所示，所述叶轮弃流装置3包括壳体12、叶轮13、弃流管10和轴承部14，壳体12和叶轮13均采用不锈钢材质制成，所述弃流管10使用50mm口径的塑料落水管，因为初期弃流雨水雨量小，故弃流管10比排水管2小，节约管材。所述壳体12通过墙面卡箍（水平管卡）或者其它常用的固定件安装在墙面上，该壳体12为圆柱状，壳体12的底面与墙面平行，壳体12的内径略大于叶轮13的直径，可以使得叶轮13在壳体12内旋转。所述轴承部14包括外圈28、滚子29和内轴30，所述外圈28的半径为叶轮13半径的一半，叶轮13对雨水进入轴承部14一侧发挥了阻隔作用，避免了轴承部14生锈卡顿，形成第一层保护。所述内轴30长度大于外圈28的宽度，该内轴30的一端侧面上设有滚道，所以内轴30设有滚道的这一段相当于内圈。优选为，内轴30还可以设置为阶梯轴，包括轴段一31和轴段二32，轴段一31的侧面上设有滚道，构成轴承内圈，轴段一31的直径大于轴段二32的直径。当安装好外圈28、滚子29和内轴30，就形成轴承部14，内轴30既承担了轴的作用，又承担了轴承内圈的作用。外圈28的一侧焊接在壳体12的内底面上，或者将外圈28采用其它常用固定连接方式安装在壳体12上，内轴30的另一端焊接在叶轮13侧面的正中心位置上。优选为，外圈28靠近叶轮13这一侧的外表面向轴心方向延伸出一个环形遮挡部33，该遮挡部33的内径比轴段一31的直径小，比轴段二32的直径大。该遮挡部33对轴承滚子29和滚道进行了一个保护，可以有效的阻隔雨水进入轴承内部，进一步地避免轴承滚子29和滚道生锈卡顿，构成了对轴承的第二重保护。轴承部14具有一定的启动临界力，以初期降雨厚度4 mm，降雨时间为10 min，单根排水管2的汇水面积为200m²，排水管2内径为100mm，弃流管10内径为50mm，g取9.8N/kg为基本条件；当下雨量慢慢增大时，因为排水管2管径比弃流管10管径大，弃流管10的排水量远小于排水管2的排水量，因此雨水慢慢在排水管2中蓄集，所以设置启动轴承的临界条件为排水管2处雨水蓄集高度为1.2m。又因为雨水在水管中流动，重心为其正中心，所以其每秒对叶轮13的冲击力，为其重力的一半，还因为雨水落到叶轮13上时可以视为均匀分布，所以雨水对叶轮13冲击力的有效力臂为叶轮13半径的一半，而轴承启动力的力臂为轴承半径，且轴承半径为叶轮13半径的一半，所以轴承启动力的力臂与雨水对叶轮13的冲击力力臂相等，根据公式M=F·d及临界条件M_冲=M_启，得出轴承启动力为34.64N，所以只有当排水管2中水流积攒的力＞轴承所需启动力34.64N时，叶轮13才能被带动旋转，然后因为离心作用，雨水流到叶轮13边缘最后汇集到叶轮13下方的排水管2口出，顺着排水管2往下流。所述叶轮13包括轮盘15和叶片16，若干所述叶片16绕着轮盘15的轴心呈圆周状均匀设置在轮盘15面上，叶片16可以焊接在轮盘15上，也可以采用其它常用连接方式安装在轮盘15上。叶片16的长度小于轮盘15的半径，其一端与轮盘15外缘的距离≥0，另一端与轮盘15轴心的距离＞弃流管10的半径。在实际操作中，叶片16与轮盘15轴心的距离一定要大于弃流管10的半径，防止相互干涉。由于轮盘15上的每个叶片16与轮盘15轴心都有一个固定的距离，因此轮盘15轴心处形成了一个圆形空间，用于放置弃流管10。

优选为，所述弃流管10包括外管段34和内管段35，该弃流管10固定安装在壳体12上，以壳体12为界，位于壳体12内的为内管段35，位于壳体12外的为外管段34。优选为，所述内管段35为半敞开式，开口向上，其位于叶轮13轴心处的圆形空间内，并紧贴叶轮13但与叶轮13独立，不会与叶轮13产生干涉，更不会随着叶轮13的转动而转动。这样的设计保证了初期雨水顺着叶轮13的叶片16顺利地流入弃流管10中，也就是说半敞开式内管段35可以更好的收集雨水。伸出壳体12部分的外管段34为封闭水管，其连接在污水管4上，整个弃流管10微微向下倾斜与水平面成15°角，其可以使得进入弃流管10中的雨水在自身重力的作用下顺利在弃流管10中流动，便于将初期雨水引入污水管4中。

优选为，所述叶轮13的叶片16呈S型，可以消除雨水的部分动能，减缓雨水流速，同时利于叶轮13受力。当叶片16为直线型的时候，雨水落在叶片16上，可以算作是点接触，且叶片16与雨水的下落方向平行或者成夹角，这样叶片16不受力，或者受力远小于雨水的冲击力，无法很好的启动叶轮13，造成弃雨量过大，无法进行很好的雨水分离和排水。当采用S型叶片16时，叶片16具有弧形段，不管雨水落在弧形段的拱面上或者凹面上，雨水的下落方向与叶片16均近乎垂直，雨水与叶片16的接触面积都远大于与直线型叶片16的接触面积，可以减缓雨水流速、降低雨水动能，也可以更好的受力，可以很好的启动叶轮13。当叶轮13启动后， S型叶片16的设计更容易使得雨水在离心力的作用下汇聚在叶轮13边缘，可以最大程度上减少雨水往弃流管10排水，提高雨水在排水管2中的汇集效率。

优选为，屋面1下8m处的排水管2内设有一满流蓄能装置5，满流蓄能装置5熔融连接在排水管2上，或者采用其它常用连接方式都可以，其位于叶轮弃流装置3下方，如图10至12所示，所述满流蓄能装置5包括固定环一17、外套筒18、固定环二19、倒圆台型漏斗20、内套筒21、活动挡板22、弹簧23、支撑板24和支撑杆25，内套筒21的直径小于外套筒18直径，一般约为二分之一。所述固定环一17和固定环二19固定连接在外套筒18的两端，固定环一17和固定环二19可以起到增强结构强度，使得满流蓄能装置5能够平稳工作，防止高水柱对满流蓄能装置5造成巨大负荷而损坏。所述倒圆台型漏斗20上缘固定连接在外套筒18上缘内表面上，所述活动挡板22设置在倒圆台型漏斗20的下端口处，并可以盖住下端口。所述固定环二19内侧设有至少三根径向的加强肋条26，所有所述加强肋条26一端均汇聚在固定环二19中心处，并形成一个连接点，固定环二19和加强肋条26的整体结构类似方向盘。所述支撑杆25竖直固定设置在该连接点上，也可以理解为支撑杆25与加强肋条26为一体成型式垂直结构。所述支撑杆25上端固定连接在支撑板24中心处，所述支撑板24上表面中心处固定连接有弹簧23，该弹簧23的上端固定连接在活动挡板22的下端面中心处，该弹簧23在不受力或者受力较轻时会将活动挡板22紧紧顶在倒圆台型漏斗20的下端口处，盖住下端口。所述内套筒21下端固定连接在支撑板24上，支撑板24相当于内套筒21的下底，支撑板24可以为过滤板结构（相当于在支撑板24上均匀设置若干过滤孔，图中未示出），内套筒21可以采用格栅状结构（图中未示出），支撑板24的过滤板结构和内套筒21的格栅状结构可以单独设置，也可以共同设置。所述内套筒21的内径与活动挡板22的直径一致，其上端面与圆台型漏斗的下端口的距离小于活动挡板22的厚度，实际上该距离一般为活动挡板22厚度的二分之一。内套筒21相当于一个滑套，活动挡板22仅可以在内套筒21内上下移动，内套筒21用以限制活动挡板22在弹簧23受力弯曲时发生水平位移，可以保证活动挡板22在弹簧23复位时准确盖住倒圆台型漏斗20的下端口。在实际操作中，当满流蓄能装置5正常工作时，弹簧23呈压缩状态，且根据设计只有当排水管2内的雨水高度蓄集到相对于活动挡板22为5 m时，弹簧23才会继续压缩，活动挡板22下移，雨水流出倒圆台型漏斗20的下端口，穿过固定环二19继续在排水管2中往下流直至冲击在水轮发电机6上，这样能使水轮发电机6满流发电，提高了发电效率。在实际操作中，活动挡板22的直径一般会略小于内套筒21的内径，因此雨水会沿着活动挡板22边缘落入内套筒21中，如果不排尽该雨水，时间一长其会腐蚀弹簧23，损坏满流蓄能装置5，为了解决该问题，将支撑板24设计成过滤板结构或者将内套筒21设计成格栅状结构，可以将内套筒21内的雨水被排尽，保护了弹簧23。本方案中的满流蓄能装置5采用弹簧23挡板的结构封堵漏斗口，只有当排水管2中的水柱高度大于5 m时，雨水才能穿过满流蓄能装置5往下走，一旦水柱小于5 m时，漏斗口立即被封住；且由于漏斗口与内套筒21的距离始终一致，因此穿过满流蓄能装置5继续往下流的雨水量始终一致，这样才能保证水轮发电机6在均匀水流的冲击下进行满负荷的发电工作，降低水轮发电机6的损耗量。就算内套筒21设置成格栅状结构，穿过满流蓄能装置5继续往下流的雨水量也能始终保持一致。

优选为，所述蓄电装置7包括整流器36、蓄电池37和若干电线38，蓄电池37通过电线38连接水轮发电机6，整流器36连接在电线38上并位于水轮发电机6和蓄电池37之间。水轮发电机6、整流器36和蓄电池37之间的连接电路是常用的简单电路，本申请人并未改进。

优选为，所述蓄水池8设置在地面上或者地面下，该蓄水池8上还设有一溢流管11，防止蓄水池8过饱和堵塞排水管2。该蓄水池8的存在，可以蓄集干净的后期雨水，用于冲厕、洗车、绿化、道路喷洒等方面，减轻市政管网的压力，同时在暴雨时，减少城市雨水的汇入面积，减少城市内涝的发生，这也符合海绵城市的建设需求。

本装置的工作原理为：叶轮弃流装置3位于高层建筑屋顶下方，通过排水管2与屋面1相连通，排水管2将雨水引入叶轮弃流装置3，正常情况下，下雨前期雨量小即初雨，这部分雨水的重力小于带动叶轮轴承转动所需的力，叶轮13不动，雨水顺着叶片16流入叶扇中心的弃流管10，初雨过后雨量变大即后期雨水，雨水重力大于叶轮13转动所需的力，叶轮13转动，因为离心作用，雨水甩到叶轮弃流装置3内壁上，最后汇集在一起，流入下一级排水管2。满流蓄能装置5位于下一级排水管2内，且距屋面8 m，当下一级排水管2中雨水积到离满流蓄能装置5 m高时，雨水才会被放下，流入发电装置，实现满流发电，经过发电装置的雨水最后储存到蓄水池8里。

实施例一：

以南方某城市某小区为例，该小区楼高为30层，每栋楼楼顶集水面积约为400 m²，高度H=90 m，满流蓄能装置位于距离屋面8 m的位置，那么停止水位H1=82 m，即发电水位为82m。当管道中的水位达到发电水位时满流蓄能装置开启，水轮发电机启动开始发电，水位下降至停止水位。

理论经济效益：

每栋楼高H=30*3=90 m；

楼顶集水面积约为400 m²；

该地区年降雨量为2067 mm；

一年一栋楼可集水m=2067*10-3*400*1000=826800 kg；

其中弃流20%；

最终一年内收集利用的雨水为826800*(1-0.2)=661440 kg。

满流蓄能装置设置在距离屋面8m的位置，发电水位H1=82 m；

则一年可以利用的雨水的能重力势能E1=m·g·h=661440*9.8*82=531533184J；

水轮发电机机械能转化为电能效率η=0.8；

一年收集的雨水可产生E2=η·E1=531533184*0.8=425226547J；

即425226547J/(3600*1000)=118 kwh的电能。

一年可收集利用雨水661440 kg=661.44 t；

按照电费一度电0.6元计算；

一栋楼一年可节约电费118*0.6=70.8元；

按照一吨水3元计算；

一栋楼一年可节约水费661.44*3=1984.3元；

一栋楼一年在水费和电费节约70.8+1984.3=2055.1元。

理论成本：

一栋屋面面积400 m²，设置两套叶轮弃流装置，两套满流蓄能装置，一套发电装置和蓄电池，整流器。

管道重设部分费用1.13*8*54.6*2=987元；

输出电线215*1=215元；

叶轮弃流装置1500*2=3000元；

水轮发电机800*1=800元；

满流蓄能装置 300*2=600元；

蓄电池600*1=600元；

整流器198*1=198元；

安装费70%，为(987+215+3000+800+600+600+198)*0.7=4480元；

试验检测费用10%，为(987+215+3000+800+600+600+198)*0.1=640元；

初次安装需要(987+215+3000+800+600+600+198)*(1+0.7+0.1)=11520元；

按管道寿命10年，输出电线寿命10年，叶轮弃流装置寿命10年，水轮发电机寿命10年，满流蓄能装置寿命5年，蓄电池寿命2年，整流器寿命2年计算；

即每10年翻新管网1次，电线1次，叶轮弃流装置1次，水轮发电机1次，满流蓄能装置2次，蓄电池5次，整流器5次。

理论利润计算：

(987*1+215*1+3000*1+800*1+600*2+600*5+198*5)*(1+0.7+0.1)= 18345.6元；

一栋楼10年内可获得经济利益10*2055.1-18345.6=2205.4元；

以一个小区10栋楼计算，一个小区有4000 m²集水面积；

以2hm²集水面积计算；

即利用20000/4000=5个小区，50栋楼，10年可获得直接经济效益50*2205.4=110270元。

整个系统包含初雨摒弃，雨能利用及后雨蓄集三个部分：初雨摒弃区分雨水水质，减轻了污水处理厂的压力，节省了雨水处理费用，保护了水体环境；雨能利用，产生了电能，减少了化石燃料的燃烧，节约了能源，保护了环境；蓄水池里所蓄集的雨水都为干净的后期雨水，这部分雨水可用于冲厕，洗车，绿化，道路喷洒等方面，节约了用水，减少了水费，同时暴雨时，因为蓄水池强大的蓄水能力能够有效地就地解决雨水，减小城市雨水汇入面积，减少城市内涝的发生，保护了居民的生命和财产的安全。

至此，本实用新型的实用新型目的已完成。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，包括屋面、排水管、叶轮弃流装置、污水管、满流蓄能装置、水轮发电机、蓄电装置和蓄水池，在屋面落水口上设置有滤网，所述滤网与屋面平齐且位于排水管正上方，所述排水管与叶轮弃流装置相连，所述叶轮弃流装置上设有弃流管，所述弃流管的管径小于排水管的管径，所述弃流管连接污水管，所述满流蓄能装置安装在叶轮弃流装置下方的排水管上，保证充满管径的水流冲击水轮发电机，所述水轮发电机通过充满管径的水流进行发电，并储存入设置在旁边的蓄电装置内，流经水轮发电机的雨水最后汇集到蓄水池内，所述蓄水池上还设有一溢流管，所述叶轮弃流装置包括壳体、叶轮和轴承部，所述轴承部一侧固定连接在所述壳体上，所述叶轮固定连接在轴承部上，并可以在壳体内旋转，所述叶轮包括轮盘和S型的叶片，若干所述叶片绕着轮盘的轴心呈圆周状均匀设置在轮盘面上，且叶片的长度小于轮盘的半径，在轮盘轴心处形成了一个圆形空间，用于放置弃流管，所述叶片与轮盘轴心的距离大于弃流管的半径，所述弃流管紧贴叶轮但与叶轮独立互不干涉。

2.根据权利要求1所述的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，所述满流蓄能装置包括固定环一、外套筒、固定环二、倒圆台型漏斗、内套筒、活动挡板、弹簧、支撑板和支撑杆，所述固定环一和固定环二固定连接在外套筒的两端，所述倒圆台型漏斗上缘固定连接在外套筒上缘内表面上，所述活动挡板设置在倒圆台型漏斗的下端口处，并可以盖住下端口，所述固定环二内侧设有至少三根径向的加强肋条，所述支撑杆竖直固定设置在固定环二圆心处的加强肋条连接点上，所述支撑杆上端固定连接在支撑板中心处，所述支撑板上表面中心处固定连接有弹簧，该弹簧的上端固定连接在活动挡板的下端面中心处，该弹簧将活动挡板紧紧顶在倒圆台型漏斗的下端口处，盖住下端口，所述内套筒下端固定连接在支撑板上，所述内套筒的内径与活动挡板的直径一致，其上端面与圆台型漏斗的下端口的距离小于活动挡板的厚度。

3.根据权利要求1所述的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，所述排水管通过水平管卡竖直固定连接在建筑墙体上，在靠近屋面这一侧的排水管具有一节S型管段。

4.根据权利要求1所述的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，所述轴承部包括外圈、滚子和内轴，所述外圈的半径为叶轮半径的一半，所述内轴为阶梯轴，包括轴段一和轴段二，轴段一的侧面上设有滚道，构成轴承内圈，所述外圈的一侧固定在壳体的内底面上，所述内轴的另一端安装在叶轮侧面的正中心位置上，所述外圈靠近叶轮这一侧的外表面向轴心方向延伸出一个环形遮挡部，该遮挡部的内径比轴段一的直径小，比轴段二的直径大，轴承部的启动力为34.64N。

5.根据权利要求1所述的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，所述弃流管固定安装在壳体上，并向下倾斜与水平面成15°角，其包括外管段和内管段，所述内管段为半敞开式，开口向上，其位于叶轮轴心处的圆形空间内，并紧贴叶轮但与叶轮独立不干涉。

6.根据权利要求1所述的全自动式高层建筑雨水分离与多级利用系统，其特征在于，所述蓄电装置包括整流器、蓄电池和若干电线，蓄电池通过电线连接水轮发电机，整流器连接在电线上并位于水轮发电机和蓄电池之间。

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