CN213900187U - 气囊式可变断面面积排水管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种气囊式可变断面面积排水管，涉及排水管制造领域，主要由管体和气囊组成，管体横断面为圆形，气囊横断面为半圆形，气囊采用弹性橡胶材料制做，嵌在管体的上部，气囊将圆形管道分为上下两部分，下部分水道为过水断面，向上部分气囊充气或者抽气，气囊体积发生变化，可改变下部分过水断面面积，对气囊充气横膜向下膨胀，水道的断面面积压缩，对气囊抽气横膜向上膨胀，水道的断面面积增大。管材上设置有超声波传感器件，采用该管材的排水管道结合流速检测装置，控制气泵控制气囊调整过水断面，可实现排水管道随流量调整过水断面。克服了现有技术排水管道固定管径，断面面积不变，流量小时管内流速很低，容易造成管内淤积的缺陷。

Description

气囊式可变断面面积排水管

技术领域

本实用新型涉及一种气囊式可变断面面积排水管，涉及排水管制造领域，特别涉及一种可以变化断面面积的排水管材。

背景技术

排水管道属于重力流，管道设置一定的坡度，管道内的水形成水力坡降，驱使水流动。为减少排水管道淤积，设计规范规定了最小坡度和最小流速，由于排水管道的排水量非恒定的，管道设计是按照用水高峰时流量进行设计，污水管道按照非满流设计，一般设计充满度为0.55~0.75，在用水量低峰时，在此状态下，流量小，充满度也较小，湿周也较小，按照规范规定的最小坡度设计，一般管道内的水流速能够满足规范的最小流速。流速是水流有效断面面积流过流量，当流量小时，管内充满度减小，过水断面减小，尤其是排水管道多采用圆管，充满度小时，过水断面减小的更多，因此，流量小时仍然维持在较高的流速。但有一些特殊的排水管道，无论流量多大，均处于满流状态，如倒虹管、污水处理厂的自流工艺管道。污水管跨越河流等障碍物时，需采用倒虹管从河道下面穿过，在河道的两岸设置检查井，两井之间按下凹的折线方式从河道下通过，倒虹管内的水始终处于满流状态，依靠两岸的检查井高差使倒虹管内的水流动。当倒虹管上游流量较小时，倒虹管内仍然为满流，过水断面不变，流速就较低，一般仅为排水规范规定的最小设计流速的一半，而且污水管道低峰用水时段时间较长，污水中携带的杂物在倒虹管内沉积，用水高峰时段时达到了倒虹管的设计流速，沉积物也很难被全部带走，沉积物不断地沉淀固结。

污水处理厂的自流工艺管可以经常常用高压水冲洗，避免管道淤积，而倒虹管不可能经常冲洗，且冲洗困难。倒虹管在运行过程中，污水中的杂物逐渐沉积于倒虹管内，容易造成管道淤积堵塞，管道内沉积物的累积，不仅会减小排水管道的断面，而且还会增大水流阻力，从而影响管道的过流能力，当沉积物累积达到一定程度时甚至会造成堵塞，影响整个排水系统的功能。由于倒虹管的清淤比一般管道困难得多，因此，应该采取各种措施来防止倒虹管内污泥的淤积。

如果采用可以随流量而改变断面的管道，当流量小时断面减小，流量大时断面大，使管内流速保持在不淤积流速之上，即可解决管道淤积问题，但现有技术尚无可变断面面积的管材。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种气囊式可变断面面积排水管，主要由管体和气囊组成，管体横断面为圆形，气囊横断面为半圆形，气囊采用弹性橡胶材料制做，嵌在管体的上部，气囊将圆形管道分为上下两部分，下部分水道为过水断面，向上部分气囊充气或者抽气，气囊体积发生变化，可改变下部分过水断面面积，对气囊充气横膜向下膨胀，水道的断面面积压缩，对气囊抽气横膜向上膨胀，水道的断面面积增大。管材上设置有超声波传感器件，采用该管材的排水管道结合流速检测装置，控制气泵控制气囊调整过水断面，可实现排水管道随流量调整过水断面。有益效果是：克服了现有技术排水管道固定管径，断面面积不变，流量小时管内流速很低，容易造成管内淤积的缺陷。

本实用新型是通过以下技术实现的：气囊式可变断面面积排水管，主要由管体1、气囊2组成，所述的管体1横断面为圆形，所述的气囊2横断面为半圆形，气囊2由顶壁3、横膜4、凸榫5组成，气囊2采用弹性橡胶材料制做，气囊2的半圆的外径与管体1的内径相同，凸榫5位于顶壁3的外侧，在管体1内壁的上半部对应凸榫5的位置设有凹槽6，凸榫5为带有圆孔的空心状，嵌入凹槽6内，凸榫5的圆孔内插入穿心条7，将凸榫5紧紧嵌牢在凹槽6，气囊2被固定在管体1的上半部；管体1的下半部形成水道8，水道8为排水管道的过水断面；气囊2的顶部设有气门9，气门9伸出管体1的外壁，对气门9抽气或者抽气，气囊2的体积变化可以改变水道8的断面面积，对气囊2充气横膜4向下膨胀，水道8的断面面积压缩，对气囊2抽气横膜4向上膨胀，水道8的断面面积增大。

所述的管体1采用HDPE高密度聚乙烯材料制作，分节制作成若干不同规格长度的管材，管材两端为双插口，管材接口采用电热熔承口连接，承口10呈环状，承口10内设有电热丝，两节管材的插口11插入承口10，承口10的电热丝通电，承口10和插口11被热熔连接在一起。所述的气囊2有与管体1配套的若干不同长度的规格，气囊2的两端设有端膜12，一节管材内安装的气囊2为一个密闭的空间，气囊2在靠近管材接口的位置气门9伸出管体1，气门9设有凸环13，凸环13将气门9卡在管体1上。

所述的横膜4和端膜12成波折状，在横膜4和端膜12的相交处设置有两节管材气囊2的连接构造，管材两端的连接构造不同，位于管道水流方向上游的气囊2连接构造为上凸沿14，上凸沿14与横膜4相同高度位置伸出，位于管道水流方向下游的气囊2连接构造为下凸沿15，下凸沿15在横膜4的下面伸出，上凸沿14和下凸沿15上带有3~5个锁定孔16，两节管连接时，采用锚固销17穿入锁定孔16，将两节管道的气囊2连接在一起，下凸沿15贴附在上凸沿14的下面。

所述的管体1的上面设有输气管19，输气管19对应气门9的位置设有气嘴20，气嘴20插在气门9内，通过输气管19可对气囊2充气或者抽气，输气管19为PPR材质的塑料管，气嘴20为PPR材质的三通，输气管19与气嘴20连接采用热熔。

所述的管体1的下部管壁外侧设置有超声波传感器，用于检测水道8内水的流速，发射传感器21安装在管外壁的一侧，接收传感器22安装在管外壁的另一侧，发射传感器21和收传感器22采用与管体1相同材料密闭封装，防护等级IP68。

本实用新型公开的仅为可变断面面积的管材构造，改变管道的断面面积是依靠向气囊充气或者抽气，在实际工程中，要实现随流量改变断面面积，还需设置相应的检测装置和气泵控制系统。

附图说明

图1为管体横剖面图；

图2为气囊横剖面图；

图3管材正常状态横剖面图；

图4为管材充气状态横剖面图；

图5为管材抽气状态横剖面图；

图6为超声传感器位置管材正常状态横剖面图；

图7为气囊与管体连接示意图；

图8为管材纵剖面图；

图9为管道接口纵剖面图。

图中：1-管体，2-气囊，3-顶壁，4-横膜，5-凸榫，6-凹槽，7-穿心条，8-水道，9-气门，10-承口，11-插口，12-端膜，13-凸环，14-上凸沿，15-下凸沿，16-锁定孔，17-锚固销，18-气囊接缝，19-输气管，20-气嘴，21-发射传感器，22-接收传感器。

具体实施方式

为了本领域技术人员更好地理解本实用新型，结合图1～图9对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

本实用新型的气囊式可变断面面积排水管，主要由管体1、气囊2组成，气囊2安装在管体1内的上部，共同组成一节排水管材。管体1横断面为圆形，见图1。管体1采用HDPE高密度聚乙烯材料制作，分节制作成若干不同长度的规格，如：2m、3m、5m、8m、10m，便于施工时按照实际长度组合。气囊2横断面为半圆形，气囊2有与管体1配合的成若干不同长度的规格，气囊2由顶壁3、横膜4、凸榫5组成，气囊2采用弹性橡胶材料制做。气囊2的半圆的外径与管体1的内径相同，凸榫5呈条状沿气囊2的顶壁3的外侧纵向布置若干条，见图2。在管体1内壁的上半部对应凸榫5的位置设有凹槽6，凹槽6的数量与凸榫5的数量一致，见图1。凸榫5为带有圆孔的空心状，凸榫5捏扁后可嵌入凹槽6内，凸榫5的圆孔内插入穿心条7，将凸榫5紧紧嵌牢在凹槽6，见图3，气囊2被固定在管体1的上半部，管体1的下半部形成水道8，水道8为排水管道的过水断面，见图4，图4为气囊2未充气或抽气时的正常状态管材断面。

气囊2的顶部设有气门9，气门9设有凸环13，气囊2在靠近管材接口的位置管体1钻有安装气门9的孔，孔距管材接口500mm左右，便于安装气囊2时手工辅助，气门9从孔中伸出管体1的外壁，凸环13将气门9卡在管体1上，见图4、图5、图6。对气门9抽气或者抽气，气囊2的体积变化可以改变水道8的断面面积，对气囊2充气横膜4向下膨胀，水道8的断面面积压缩，见图5，对气囊2抽气横膜4向上膨胀，水道8的断面面积增大，见图6。

气囊2的两端设有端膜12，一节管材内安装的气囊2为一个密闭的空间，气门9靠近两端管口，见图7。横膜4和端膜12成波折状，可以增大伸长率，见图4、图5、图6、图7。在横膜4和端膜12的相交处设置有两节管材气囊2的连接构造，管材两端的连接构造不同，位于管道水流方向上游的气囊2连接构造为上凸沿14，上凸沿14与横膜4相同高度位置伸出，位于管道水流方向下游的气囊2连接构造为下凸沿15，下凸沿15在横膜4的下面伸出，见图7。上凸沿14和下凸沿15上带有3~5个锁定孔16，两节管连接时，采用锚固销17穿入锁定孔16，将两节管道的气囊2连接在一起，下凸沿15贴附在上凸沿14的下面，见图8。气囊2分成两个端部和一个中部三节制作，由于上凸沿14和下凸沿15的构造不同，分别制作成两个不同的端部，端部带有气门9、端膜12，两个端部为固定长度，中部可根据管材长度截取需要的长度，端部和中部的接缝18采用胶接连接成为一个整体，见图7、图8。

管材两端为双插口，管材接口采用电热熔承口连接，承口10呈环状，承口10内设有电热丝，两节管材的插口11插入承口10，承口10的电热丝通电，承口10和插口11被热熔连接在一起，见图8。

管体1的上面设有输气管19，输气管19不是管材一体的部分，是管道安装时另外加装的配套材料，输气管19对应气门9的位置设有气嘴20，气嘴20插在气门9内，见图4、图5、图6、图8。通过输气管19可对气囊2充气或者抽气，输气管19为PPR材质的塑料管，气嘴20为PPR材质的三通，输气管19与气嘴20连接采用热熔。

为了实现管道随流量变化改变断面面积，管体1的下部管壁外侧设置有超声波传感器，用于检测水道8内水的流速，发射传感器21安装在管外壁的一侧，接收传感器22安装在管外壁的另一侧，见图9。发射传感器21和收传感器22采用与管体1相同材料密闭封装，防护等级IP68。传感器的防护壳采用模注成型，安装上发射传感器21和收传感器22，采用防水电缆引出，采用热熔的方法将传感器焊接在管体1的外壁上，发射传感器21和收传感器22的安装高度，为管体1内底以上1/8~1/4管径的位置。

气囊式可变断面面积排水管制作安装方法，分为管材制作，这部分为工厂生产流程，包括管体1制作、气囊2制作、组装成型，以及管材安装成排水管道，这部分为现场施工流程。管体1制作采用热塑性挤塑成型工艺，挤塑模具的形状就是管体1的横断面，将HDPE高密度聚乙烯材料热熔成流塑状，采用挤塑机将熔化的聚乙烯材料，以流塑状态挤压通过挤塑模具形成连续的管体1，挤出后采用风冷或喷水快速降温，连续长度的管体1根据所需分节长度截取成若干规格的管材，在对应气门9的管壁上钻孔。

气囊2制作采用模注工艺制作，借助成型的阴、阳模具，将胶料放置在模具中加热成型。以一般固体橡胶（生胶）为原料经过塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化6个基本工序。为了便于成型，气囊2的两端和中部分别制作，由于上凸沿14和下凸沿15的构造不同，分别制作成两个不同的端部，端部带有气门9、端膜12，两个端部为固定长度，中部可制作较长半圆管状，根据管材长度截取需要的长度，两端与中部的接缝18采用高温加压胶接成一体。

组装成型是将管体1和气囊2组装在一起，制为成品管材，步骤如下：

a.采用拉囊工具夹住气囊2的凸榫5，夹具的数量与凸榫5的数量相同。凸榫5外缘涂抹润滑油，便于滑入凹槽6，凸榫5为空心状夹扁后嵌入管体1的凹槽6，牵拉拉囊工具，凸榫5沿凹槽6滑动，将气囊2拉入管体1；

b. 采用拉条工具与穿心条7，拉条工具的前端是一根直径小于凸榫5的圆孔的钢丝，后端为直径略小于凸榫5圆孔的带倒勾环的空心腔，穿心条7嵌入空心腔内被倒勾锁紧，钢丝穿入凸榫5的圆孔内，穿心条7涂抹润滑油，牵拉拉条工具将穿心条7拉入凸榫5的圆孔内，剪断拉出的穿心条7，留在凸榫5圆孔的穿心条7将凸榫5挤紧，气囊2被固定在管体1的上部；

c.用手捏住气门9塞入管体1钻好的孔内，挤压气门9将凸环13卡在管体1的外壁上，组装成型工序完成。

管道安装是施工现场将管材组装成排水管道的施工流程，步骤如下：

a.按照设计的高程和平面位置将多节管材连接成管道，将管材气囊2带有上凸沿14的一端放置在管道水流方向的上游，带有下凸沿15的一端放置在下游，在一节管材插口11套上承口10，两节管材对接留10~15cm的缝隙，用手拉伸上凸沿14和下凸沿15对在一起，在每一个锁定孔16内穿入锚固销17，锚固销17卡牢，锚固销17是由塑料材质制成的销钉和锁帽，销钉和锁帽上都带有倒勾，锁帽嵌入销钉后被倒勾锁紧不能拔出。上凸沿14和下凸沿15被连接在一起；

b.将两节管材的插口11对接，移动承口10至接缝正中，采用紧口卡箍锁紧承口10，紧口卡箍是一种比承口10外径略大的环形箍，带有杠杆，套在承口10扳动杠杆可以对承口10施加环向压力；

c.将电源连接承口10的电热丝，调整电压控制电热丝温度，扳动紧口卡箍的杠杆，对承口10施加环向压力，承口10和插口11的塑料熔化熔为一体，切断电源，承口10和插口11自然冷却后松开紧口卡箍，承口10和插口11被牢固地连接在一起；

d.将气嘴20的插口出涂抹润滑油，插入气囊2的气门9内，气嘴20的倒勾嵌在气门9内，气嘴20与橡胶材质的气门9挤紧密封严密；

e .将输气管19与气嘴20的两个直通口连接，采用PPR管热熔器，一端套在输气管19的外壁，另一端套在气嘴20的内壁，开启热熔器电源，带输气管19和气嘴20的接口处熔化，将输气管19和气嘴20从热熔器拔出，快速将输气管19插入气嘴20内，自然冷却后接口完成。整个管道的输气管19贯通后，一端引出连接气泵，另一端在最终端的气嘴20没有输气管19的直通口封堵。

以上仅为可变断面面积的管材构造及制作安装的方法，改变管道的断面面积是依靠向气囊充气或者抽气，在实际工程中，要实现随流量改变断面面积，还需设置相应的检测装置和气泵控制系统。

本申请的说明书和附图仅是具体一个实施方式，而不是限制性的，本领域的技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，均在本申请保护范围之内。

Claims (5)

1.一种气囊式可变断面面积排水管，其特征是：主要由管体（1）、气囊（2）组成，所述的管体（1）横断面为圆形，所述的气囊（2）横断面为半圆形，气囊（2）由顶壁（3）、横膜（4）、凸榫（5）组成，气囊（2）采用弹性橡胶材料制做，气囊（2）的半圆的外径与管体（1）的内径相同，凸榫（5）位于顶壁（3）的外侧，在管体（1）内壁的上半部对应凸榫（5）的位置设有凹槽（6），凸榫（5）为带有圆孔的空心状，嵌入凹槽（6）内，凸榫（5）的圆孔内插入穿心条（7），将凸榫（5）紧紧嵌牢在凹槽（6），气囊（2）被固定在管体（1）的上半部；管体（1）的下半部形成水道（8），水道（8）为排水管道的过水断面；气囊（2）的顶部设有气门（9），气门（9）伸出管体（1）的外壁，对气门（9）抽气或者抽气，气囊（2）的体积变化可以改变水道（8）的断面面积，对气囊（2）充气横膜（4）向下膨胀，水道（8）的断面面积压缩，对气囊（2）抽气横膜（4）向上膨胀，水道（8）的断面面积增大。

2.根据权利要求1所述的可变断面面积排水管，其特征是：所述的管体（1）采用HDPE高密度聚乙烯材料制作，分节制作成若干不同规格长度的管材，管材两端为双插口，管材接口采用电热熔承口连接，承口（10）呈环状，承口（10）内设有电热丝，两节管材的插口（11）插入承口（10），承口（10）的电热丝通电，承口（10）和插口（11）被热熔连接在一起；所述的气囊（2）有与管体（1）配套的若干不同长度的规格，气囊（2）的两端设有端膜（12），一节管材内安装的气囊（2）为一个密闭的空间，气囊（2）在靠近管材接口的位置气门（9）伸出管体（1），气门（9）设有凸环（13），凸环（13）将气门（9）卡在管体（1）上。

3.根据权利要求1或2所述的可变断面面积排水管，其特征是：所述的横膜（4）和端膜（12）成波折状，在横膜（4）和端膜（12）的相交处设置有两节管材气囊（2）的连接构造，两端的连接构造不同，位于管道水流方向上游的气囊（2）连接构造为上凸沿（14），上凸沿（14）与横膜（4）相同高度位置伸出，位于管道水流方向下游的气囊（2）连接构造为下凸沿（15），下凸沿（15）在横膜（4）的下面伸出，上凸沿（14）和下凸沿（15）上带有3~5个锁定孔（16），两节管连接时，采用锚固销（17）穿入锁定孔（16），将两节管道的气囊（2）连接在一起，下凸沿（15）贴附在上凸沿（14）的下面。

4.根据权利要求1所述的可变断面面积排水管，其特征是：所述的管体（1）的上面设有输气管（19），输气管（19）对应气门（9）的位置设有气嘴（20），气嘴（20）插在气门（9）内，通过输气管（19）可对气囊（2）充气或者抽气，输气管（19）为PPR材质的塑料管，气嘴（20）为PPR材质的三通，输气管（19）与气嘴（20）连接采用热熔。

5.根据权利要求1所述的可变断面面积排水管，其特征是：所述的管体（1）的下部管壁外侧设置有超声波传感器，用于检测水道（8）内水的流速，发射传感器（21）安装在管外壁的一侧，接收传感器（22）安装在管外壁的另一侧，发射传感器（21）和收传感器（22）采用与管体（1）相同材料密闭封装，防护等级IP68。

Images