CN216552343U - 一种地下区间废水泵站水锤防护的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于地下区间废水泵站水锤防护设计领域，尤其涉及一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，地下区间废水泵站水锤防护的系统包括废水泵，所述废水泵位于地下区间废水泵站，所述废水泵的输出端通过扬水管延伸至地面出口并接入到泄压井内，所述泄压井的内部设有溢流堰，所述泄压井的一侧连接下游排水管，另一侧连接补水管，所述补水管的输出端接入到扬水管的起始端处，且所述补水管靠近废水泵站一侧安装有止回阀和电动阀门，所述电动阀门与位于所述废水泵站内的液位计信号连接。不但有效缓解地下区间废水泵站水锤危害，且投资增加很少，施工运维方便，而且整个水锤防护系统自动运行，无需投入人力运维，保障程度高，具有广阔的应用前景。

Description

一种地下区间废水泵站水锤防护的系统

技术领域

本实用新型属于地下区间废水泵站水锤防护设计领域，具体涉及一种地下区间废水泵站水锤防护的系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展，地铁、城际铁路建设愈来愈迅速，为了避让地上社区、住宅，线路往往采用地下隧道的形式。为了及时排出地下区间结构渗漏水、消防废水甚至可能进入的雨水，设计选择在隧道低点设置废水泵站，废水通过压力提升，沿区间敷设管道，在合适位置引出至地面。

此类泵站具有以下特点：

(1)地下区间较深，因此水泵扬程几十米不等，甚至需要多级提升；

(2)为了汇水方便，废水泵站安装在最低点或局部最低点；扬水管安装坡度与区间坡度一致，呈上升趋势，坡度可达1％～10％；

(3)管道长度较长，一般为几公里甚至几十公里；

(4)无人值守，运行主要依靠自控；

(5)由于地下区间结构渗漏水的存在，泵站开启使用相对频繁；

特点(1)(2)(3)说明该废水泵站扬程高、管道长、坡度陡，导致泵站一旦出现运行、操作不当，非常容易产生停泵水锤(尤其是断流弥合水锤)且断流弥合水锤最剧烈的位置为泵站起端；特点(4)说明该系统运行出现故障时，运维人员无法第一时间到达现场；特点(5)说明该系统运行频繁，发生上述故障的概率大大增加。

以南方某在建高铁隧道斜井为例，该斜井全长1149m，高度6.55m，常规坡度10％～14％，平坡0～4％。斜井起点为最低点，设计废水泵站一座，起点管底标高-97m，终点管底标高15m，高差为112m。水泵扬程120m，流量8450m³/d，功率132KW。经计算，直接水锤129m，意味着起端降压幅度高达129m，而水泵扬程为120m＜129m，这说明除非始端采取补水补气措施，否则负压始终无法完全消除。要想全线消除负压，仅靠安装排气阀难以实现，理论计算必须在起点位置安装一个液位标高大于129m的单向调压塔才有效，由于隧洞高度不足以在内部安装调压塔，所以只能将调压塔安装在隧洞外部的岩基上。安装调压塔要保证塔内水位高度低于该点管道工作压力，一是能补水，二是正常运行时不会导致塔内水返流至管道，因此只能选择单向调压塔。该工程第一个难点在于调压塔的安装，如何在隧洞顶端创造平整的施工条件，以及具有一定承载力的岩基能够安装调压塔，调压塔的安装十分困难；第二个难点在于单向调压塔的补水的来源及补水管的安装，同样存在前期施工与后期运维的困难。

目前设计院对这类泵站的水锤校核不够重视，往往未采取有效的水锤防护措施；而近年郑州暴雨导致地铁进水等事件的发生，使得该类泵站的重要性大大增加，为保证其运行安全性，十分有必要对地下区间的废水泵站进行水锤防护。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决上述技术问题，提供了一种地下区间废水泵站水锤防护系统，既能实现管道末端泄压，保证切换为重力流排水，又能在水锤发生时直接向管道起端补水，可有效缓解断流弥合水锤，投资增加少，施工简单，运行期自动补水，不依赖自控或人工操作。本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，包括废水泵，所述废水泵位于地下区间废水泵站，所述废水泵的输出端通过扬水管延伸至地面出口并接入到泄压井内，所述泄压井的内部设有溢流堰，所述泄压井的一侧连接下游排水管，另一侧连接补水管，所述补水管的输出端接入到扬水管的起始端处，且所述补水管靠近废水泵站一侧安装有止回阀和电动阀门，所述电动阀门与位于所述废水泵站内的液位计信号连接。

优选的，所述补水管的管径比所述扬水管管径小2-3级。

进一步优选的，所述补水管的安装坡度与所述扬水管的安装坡度相一致。

进一步优选的，所述止回阀安装在所述扬水管的起始端与所述电动阀门之间的补水管上。

进一步优选的，所述液位计的信号接入所述废水泵的控制柜，并反馈至电动阀门，所述电动阀门与废水泵的启停信号一致。当液位达到启泵水位时，电动阀门与废水泵开启；当液位达到停泵水位时，电动阀门与废水泵关闭，电动阀门与废水泵启停保持一致。

进一步优选的，所述液位计与废水泵液位计为同一个，并作用于电动阀门，使得所述电动阀门通过废水泵的液位计信号控制开闭。

进一步优选的，所述废水泵站内液位计的数量至少为两个。

进一步优选的，所述溢流堰竖直安装于所述泄压井内，并将所述泄压井分隔为补水区和排水区，所述补水管、下游排水管分别与所述补水区、排水区的下部相连通。

进一步优选的，所述扬水管的输出端位于补水区的上方，所述溢流堰为混凝土结构，其顶部的近补水区的一侧设有倾斜面，便于废水流过，减少对溢流堰直角边的冲击，增加溢流堰的使用寿命。

进一步优选的，所述溢流堰为上端开放的壳体结构，其包括平行设置的过滤坝、阻挡坝以及围设在所述过滤坝和阻挡坝之间的滤池，所述扬水管的输出端位于滤池的上方。

进一步优选的，所述过滤坝面向补水区，所述阻挡坝面向排水区，且所述阻挡坝的高度高于所述过滤坝的高度。

进一步优选的，位于所述滤池下方的泄压井的底部设有排污口，方便对过滤物进行清理。

进一步优选的，所述滤池的底部设有沉淀填料层，所述过滤坝的滤孔内设有过滤填料层。

进一步优选的，所述过滤填料层可以但不限于是砾石层、陶粒层、沸石层中的一种或多种

进一步优选的，所述沉淀填料层内填充有砾石层、陶粒层、沸石层中的一种或多种。

本实用新型通过在排水出口处常规泄压井内增加溢流堰，并新增一条补水管至泵站起端扬水管，优点如下：

1.本实用新型与现有系统相比仅在常规泄压井增加溢流堰和一条管径较小的补水管道，不但有效缓解地下区间废水泵站水锤危害，且投资增加很少，施工运维方便，而且整个水锤防护系统自动运行，无需投入人力运维，保障程度高，具有广阔的应用前景。

2.本实用新型在泄压井内增加溢流堰，既保证了原泄压井的功能，又让废水保持一个恒定液位，并重新利用废水回流至补水管，使得改进后的泄压井发挥了单向调压塔的作用，解决了补水水源及补水压力问题。

3.本实用新型通过在补水管靠近泵站一端安装止回阀，保证补水管长期有水，泵站一旦发生事故引发断流弥合水锤水锤时可以立即对扬水管进行补水，第一时间将水锤危害控制。

4.本实用新型通过在补水管安装止回阀，保证系统正常运行时废水不会通过补水管排出。

5.本实用新型通过安装电动阀门，与废水泵启停作用一致，避免了废水泵不运行时，补水管内水流回泵站。

6.本实用新型中，整个水锤防护系统自动运行，无需投入人力运维，保障程度高。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本实用新型范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是现有地下区间废水泵站排水系统示意图；

图2是本实用新型改进地下区间废水泵站排水系统示意图；

图3是实施例3中溢流堰的结构示意图。

其中：1.废水泵； 2.扬水管；

3.泄压井； 4.补水管；

5.止回阀； 6.电动阀门；

7.液位计； 8.溢流堰；

801.过滤坝； 802.阻挡坝；

803.滤池； 804.滤孔；

9.下游排水管。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面就结合附图来具体说明本实用新型。

本实用新型公开实施例所提供的技术方案涉及一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，涉及地下区间废水泵站水锤防护设计领域。在相关技术中，如图 1所示，现有技术中常规的地下区间废水泵站排水系统运行如下：地下废水泵站内的废水泵1通过扬水管2将泵站内废水排出至地面，进入泄压井3后实现泄压消能，通过下游排水管排放。上述系统在水泵运行过程中突发事故停泵时将产生灾难性的断流弥合水锤。基于此，本公开技术方案所提供的地下区间废水泵站水锤防护的系统，与现有系统相比仅在常规泄压井增加溢流堰和一条管径较小的补水管道，不但有效缓解地下区间废水泵站水锤危害，且投资增加很少，施工运维方便，而且整个水锤防护系统自动运行，无需投入人力运维，保障程度高，具有广阔的应用前景。

实施例1：

一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，包括废水泵1，所述废水泵1位于地下区间废水泵站，所述废水泵1的输出端通过扬水管2延伸至地面出口并接入到泄压井3内，所述泄压井3的内部设有溢流堰8，所述泄压井3的一侧连接下游排水管9，另一侧连接补水管4，所述补水管4的输出端接入到扬水管2的起始端处，且所述补水管4靠近废水泵站一侧安装有止回阀5和电动阀门6，所述电动阀门6与位于所述废水泵站内的液位计7信号连接，即，电动阀门6通过废水泵1的液位计 7信号控制开闭。

本实施例中，地下区间废水泵站排水系统如图2所示，在正常工况下，地下废水泵站内液位升高，达到起泵水位时，液位计7控制废水泵1，通过扬水管2 将泵站内废水排出至地面，进入泄压井3，井内设溢流堰，当废水液位高于溢流堰8 高度后方可通过下游排水管9排放，同时溢流堰8收集的废水将通过补水管4与扬水管2相连，并在泵站附近设止回阀5，保证废水可以通过补水管4进入扬水管2，而不能从扬水管2进入补水管4。此时废水充满补水管4，虽然电动阀门6处于开启状态，但由于止回阀5阀前压力大于阀后压力，补水管内水无法流入废水泵站。当废水泵站内液位下降至停泵水位后，液位计7控制废水泵1和电动阀门6关闭，此时止回阀5阀后压力大于阀前压力，但由于电动阀门6关闭，补水管4的废水依然无法流入废水泵站导致排空。当水泵运行突发事故停泵时，电动阀门6处于开启状态，废水泵1处因叶轮停转导致废水回流，而上游扬水管3废水由于惯性依然向上游运动，因此出现了局部真空，经过很短时间在重力作用下又将加速向下游运动，引发断流弥合水锤，此时由于停泵导致出现负压，止回阀5阀后压力大于阀前压力，补水管内蓄积的水源迅速流入扬水管2的真空部位，第一时间阻止扬水管2内废水的弥合作用，从而大大削弱了水锤危害。

本技术方案中的整个水锤防护系统自动运行，无需投入人力运维，保障程度高。

本技术方案在泄压井内增加溢流堰，既保证了原泄压井的功能，又让废水保持一个恒定液位，并重新利用废水回流至补水管，使得改进后的泄压井发挥了单向调压塔的作用，解决了补水水源及补水压力问题。

本技术方案与现有系统相比仅在常规泄压井增加溢流堰和一条管径较小的补水管道，增加投资较少。其中：通过在补水管靠近泵站一端安装止回阀，既能保证系统正常运行时废水不会通过补水管排出，又能保证补水管长期有水，泵站一旦发生事故引发断流弥合水锤水锤时可以立即对扬水管进行补水，第一时间将水锤危害控制；通过在补水管上安装电动阀门，与废水泵启停作用一致，避免了废水泵不运行时，补水管内水流回泵站。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述补水管4的管径比所述扬水管2管径小2-3级。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述补水管4的安装坡度与所述扬水管2的安装坡度相一致。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述止回阀5安装在所述扬水管 2的起始端与所述电动阀门6之间的补水管4上，通过在补水管靠近泵站一端安装止回阀5，既能保证系统正常运行时废水不会通过补水管排出，又能保证补水管长期有水，泵站一旦发生事故引发断流弥合水锤水锤时可以立即对扬水管进行补水，第一时间将水锤危害控制。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述液位计7的信号接入所述废水泵的控制柜，并反馈至电动阀门6，所述电动阀门6与废水泵1的启停信号一致，当液位达到启泵水位时，电动阀门与废水泵开启；当液位达到停泵水位时，电动阀门与废水泵关闭，电动阀门与废水泵启停保持一致。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述液位计与废水泵液位计为同一个，并作用于电动阀门，使得所述电动阀门通过废水泵的液位计信号控制开闭，电动阀门与废水泵启停作用一致，避免了废水泵不运行时，补水管内水流回泵站。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述废水泵站内液位计7的数量至少为两个，其中有两个液位计分别测起泵水位和停泵水位。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述溢流堰8竖直安装于所述泄压井3内，并将所述泄压井3分隔为补水区和排水区，所述补水管4、下游排水管9 分别与所述补水区、排水区的下部相连通，在泄压井3内增加溢流堰8，既保证了泄压井的功能，又让废水保持一个恒定液位，并重新利用补水区内的废水回流至补水管，而当废水液位高于溢流堰高度后，废水才可进入到排水区内并通过下游排水管排放。

实施例2：

本实用新型的实施例2在实施例1的基础上进行进一步的改进，以便能够充分发挥出本发明的技术优势，下面就对此进行举例性说明。

例如：所述扬水管2的输出端位于补水区的上方，所述溢流堰8为混凝土结构，其顶部的近补水区的一侧设有倾斜面。

本实施例中，废水通过扬水管2进入到泄压井3内的补水区内，便于重新利用补水区内的废水回流至补水管4，只有当废水液位高于溢流堰8高度后，废水才可进入到排水区内并通过下游排水管9排放，能够让补水区内的废水保持一个恒定液位。其中，倾斜面的设计可便于废水流过，减少对溢流堰直角边的冲击，增加溢流堰的使用寿命。

实施例3：

本实用新型的实施例3在实施例1的基础上进行进一步的改进，以便能够充分发挥出本发明的技术优势，下面就对此进行举例性说明。

例如：所述溢流堰8为上端开放的壳体结构，其包括平行设置的过滤坝 801、阻挡坝802以及围设在所述过滤坝801和阻挡坝802之间的滤池803，所述扬水管2的输出端位于滤池803的上方，优选的，输出端伸入到过滤坝801和阻挡坝 802之间，所述过滤坝801面向补水区，所述阻挡坝802面向排水区，且所述阻挡坝802的高度高于所述过滤坝801。

本实施例中，溢流堰8包括平行设置的过滤坝801和阻挡坝802，过滤坝801起到将滤池803内废水过滤的作用，阻挡坝802起到原溢流堰8的阻挡作用。废水通过扬水管2进入到泄压井3内的滤池内，滤池803内的废水再经过过滤坝80 1的过滤进入到补水区内，便于重新利用补水区内的废水回流至补水管4，只有当废水液位高于阻挡坝802高度后，废水才可进入到排水区内并通过下游排水管9排放。既能一定程度上防止补水管堵塞又能让补水区内的废水保持一个恒定液位。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述溢流堰8为上端开放的壳体结构，所述溢流堰的上端设有带有滤孔的盖子，且所述盖子上有供扬水管的输出端插入的孔位，能够防止滤池内的杂物外溢到滤池以外。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，位于所述滤池下方的泄压井3的底部设有排污口，方便对过滤物进行清理。

实施例4：

本实用新型的实施例4在实施例3的基础上进行进一步的改进，以便能够充分发挥出本发明的技术优势，下面就对此进行举例性说明。

例如：所述滤池803的底部设有沉淀填料层，所述沉淀填料层内填充有砾石层、陶粒层、沸石层中的一种或多种，便于泥沙等过滤物的沉淀。

更进一步的，还可在本实施例中考虑，所述过滤坝801的滤孔804内设有过滤填料层。其中：所述过滤填料层可以但不限于是砾石层、陶粒层、沸石层中的一种或多种；滤孔用于截留掉滤池内废水中的较大固体杂物，过滤填料层用于截留部分细小固体杂物，需要说明的是，滤孔的孔径不宜过小，防止造成堵塞，影响其透水能力。

需要说明的是，本实用新型中使用的液位计、废水泵、电动阀门等的具体结构、工作原理、以及电路结构均为现有技术，因此不再详细阐述。

以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，包括废水泵(1)，所述废水泵(1)位于地下区间废水泵站，所述废水泵(1)的输出端通过扬水管(2)延伸至地面出口并接入到泄压井(3)内，其特征在于：所述泄压井(3)的内部设有溢流堰(8)，所述泄压井(3)的一侧连接下游排水管(9)，另一侧连接补水管(4)，所述补水管(4)的输出端接入到扬水管(2)的起始端处，且所述补水管(4)靠近废水泵站一侧安装有止回阀(5)和电动阀门(6)，所述电动阀门(6)与位于所述废水泵站内的液位计(7)信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述补水管(4)的管径比所述扬水管(2)管径小2-3级。

3.根据权利要求2所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述补水管(4)的安装坡度与所述扬水管(2)的安装坡度相一致。

4.根据权利要求2所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述止回阀(5)安装在所述扬水管(2)的起始端与所述电动阀门(6)之间的补水管(4)上。

5.根据权利要求4所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述液位计(7)的信号接入所述废水泵(1)的控制柜，并反馈至电动阀门(6)，所述电动阀门(6)与废水泵(1)的启停信号一致。

6.根据权利要求5所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述废水泵站内液位计(7)的数量至少为两个。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述溢流堰(8)竖直安装于所述泄压井(3)内，并将所述泄压井(3)分隔为补水区和排水区，所述补水管(4)、下游排水管(9)分别与所述补水区、排水区的下部相连通。

8.根据权利要求7所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述扬水管(2)的输出端位于补水区的上方，所述溢流堰(8)为混凝土结构，其顶部的近补水区的一侧设有倾斜面。

9.根据权利要求7所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述溢流堰(8)为上端开放的壳体结构，其包括平行设置的过滤坝(801)、阻挡坝(802)以及围设在所述过滤坝(801)和阻挡坝(802)之间的滤池(803)，所述扬水管(2)的输出端位于滤池(803)的上方。

10.根据权利要求9所述的一种地下区间废水泵站水锤防护的系统，其特征在于：所述过滤坝(801)面向补水区，所述阻挡坝(802)面向排水区，且所述阻挡坝(802)的高度高于所述过滤坝(801)的高度。

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