基于内循环气流管的排污跌流竖井结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及排污系统领域，具体而言涉及一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构及其使用方法。

背景技术

输水工程除了在特定地方配置有泵站以提升水位外，通常都是在具有落差的两地之间，利用水流自重的方式满足输水的需要，在这种输水方式下，就需要采用竖井结构来连接输水系统中较高的上游管道和较低的下游管道，其中，跌流竖井因结构简单、设计施工容易，是最为常见的一种竖井结构。

但在排污系统中，伴随着水流下泄，外界大量空气会被拽吸至跌流竖井底部，这些气体在排污管道系统内聚集、发酵，增大管道下游段的气压值，且这些气体会在下游压力薄弱处(如下游跌流井口，进人孔等)溢出，而这些气体一般都含大量硫化氢等刺鼻性气体，气体的溢出容易造成城镇居民区的臭气逸散和空气污染问题，影响人们生产生活。

对于市政排污管道系统中的臭气逸散问题，可从物理结构法和化学法两种方式来解决。化学法需间歇性或长期性添加化学物品至排污系统中，常治标不治本，且长期性投入较大，经济性有待提高。物理结构法是从改善排污竖井结构的角度出发，尝试改善其中关键环节的水力结构特性，达到改善系统内流态的目的。

跌流竖井上部常与大气相通，气压值较低，而底部由于吸入气体而使得气压值增大(有些甚至能达到几百帕斯卡)，因此可以通过单独的气流管道连通跌流竖井的上部和下部，使得竖井底部压力较大的气体可以通过该气流管道上溯，形成循环气流。

公开号为CN108104242A的中国专利文献公开了一种降低吸入气体量的直流式跌水结构，包括设立在竖井内的入水管、进气口、分隔板、气管、水管以及出流管，分隔板设置在竖井的中间位置，距跌水结构顶部留有上部孔口，且距离底端留有下部孔口，以便形成结构内部的气体循环。该跌水结构可减缓排污管道臭气逸散并在大流量时不降低其过流能力，但其水流截面与气流过流截面的比例为1:1，无法满足不同水流情况下的减气效果最优，且当需要对该种跌水结构进行检修时，因其结构设置而对检修工作造成阻碍，从而影响进人检修工作。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构，该竖井结构在改善排污系统的臭气逸散和环境污染问题的同时，可根据不同水流设置以达到减气效果最优，且在竖井管道结构需要检修时取出，不影响管道检修进入的要求。

本发明的另一目的还提供一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构的使用方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构，包括垂直竖井和设置于竖井内的内循环气流管；

所述内循环气流管将竖井分为过水部分和不过水气管部分，所述过水部分与进水管相连，所述内循环气流管的顶部低于进水管道的底部，内循环气流管的底部高于出流管的顶部，用于引导气体在气流管内形成内循环气流；

所述内循环气流管由固定装置竖直悬挂在垂直竖井内，所述内循环气流管与竖井内壁面接触。

进一步地，所述固定装置为钢丝绳索，内循环气流管通过钢丝绳索竖直吊装在竖井内部。

进一步地，所述垂直竖井内设有侧向支撑装置，所述侧向支撑装置为分别设在竖井内壁与气流管相邻两侧的支撑条，通过支撑条固定气流管的水平位置。

进一步地，所述内循环气流管的顶部沿圆周设至少三个等间距的孔位，位于内循环气流管上部的垂直竖井内壁设有吊环，通过所述钢丝绳索将孔位与吊环连接。

进一步地，所述内循环气流管的气流通道截面积占1/4-2/3的原竖井过流面积。

进一步地，所述内循环气流管的顶部低于进水管底部高程0.25-1倍的原始跌流竖井内径。

进一步地，所述内循环气流管为整体的竖直圆管。

进一步地，所述内循环气流管的底部为锯齿状结构。

进一步地，所述内循环气流管的内管壁具有内螺纹导气槽，所述内循环气流管的外管壁具有外螺纹。

进一步地，所述内循环气流管的底部高于出流管顶部高程1-2倍的原始跌流竖井内径，以尽可能降低竖井底部水流飞溅对气流循环的影响。

一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构的使用方法，使用过程如下：

将内循环气流管设有孔位的一端朝上，竖直置于竖井内，并置于竖井内壁上设有的吊环下方，气流管穿过两个支撑条以固定气流管的水平位置，通过钢丝绳索将孔位与吊环连接，即完成内循环气流管的安装；

装入内循环气流管后，竖井垂直管段内部空间被分为过水部分和不过水的循环气管部分，来流自进水口流入后，经过水段下泄时，卷吸外界空气至竖井底部，由于存在压差，竖井底部的一部分空气可沿设置的气流管回流至竖井上部，被下泄水流再次拽吸，形成竖井内的循环气流，从而降低竖井从外界吸入的气体量并减少进入排污管道下游的气量，减小了跌流竖井下游气压，且内螺纹导气槽使气流在管内进行旋流，从而加速了气体流动，进一步增大了循环气流量，改善排污管道系统的臭气逸散和空气污染问题；

当需要对跌流竖井进行检修时，将与吊环连接的钢丝绳索拆卸下来，并将内循环气流管取出，检修人员即可以进入竖井进行检修。

本发明的有益效果在于：

1、本发明对已有的竖井结构进行改进，在原始跌流竖井的内部设置内循环气流管，使水流只在气管外的竖井内部流过，卷吸至竖井底部的气流可以经内循环气管部分回流至竖井上方，并再次被入射水舌卷吸，降低原跌流竖井结构从系统外部卷吸的气体，降低进入污水系统下游气量，减小管道下游气压，达到改善排污系统的臭气逸散和环境污染问题的目标。

2、本发明结合实际竖井设计过流量或平均过流量，从而设置最优的循环气管截面尺寸，保证循环气管的气流量增多，外界的卷吸气量减少；且内循环气流管内螺纹导气槽的设置使气流在管内进行旋流，从而加速了气体流动，进一步增大了循环气流量。

3、本发明设有的悬挂的内循环气流管可在竖井内自由摆动，具有一定的活动自由度，可对水汽起到分流及缓冲作用，内循环气流管设有的外螺纹进一步增强了分流和缓冲作用，对水流和气流具有一定的稳流效果，从而降低吸气量；而当流量增大时，水流从入流管中跌流后撞击在对侧循环气管上时，撞击位置会增大，直至超过内循环气管的顶端，故而部分水流可从气管向下倾泻，又能起到大流量排洪的需求。

4、本发明中跌流竖井内设置的循环气管为可拆卸设计，可在竖井管道结构需检修时取出，只需要将与吊环连接的钢丝绳索拆卸下来，并将内循环气流管拿出，检修人员即可以进入竖井进行检修，不影响管道检修进人的要求，且结构简单，施工容易用时少，且成本低廉。

除以上所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在其基础上未经创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是本发明的实施例中基于内循环气流管的排污跌流竖井结构的示意图。

图2是本发明装置改装前后竖井的卷吸气量。

附图标记说明：

1、顶盖；2、进气管；3、进水管；4、垂直竖井；5、连接弯管；6、出流管；7、吊环；8、钢丝绳索；9、内循环气流管；10、侧向支撑装置。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

本实施例提供了一种基于内循环气流管的排污跌流竖井结构，如图1所示，垂直竖井4高度9.0m，竖井4顶部密封；进水管3直径0.2m，水平长度2.7m，进水管3上方设有进气管2，管径0.10m；竖井4内水流落差7.72m，垂直竖井4直径D＝0.38m，底部通过相同直径的连接弯管5连接水平出流管6，出流管6直径与垂直竖井4直径相同；竖井内的内循环气流管9紧靠远离进水口的竖井内壁面，长为7m，内循环气流管9的顶部距竖井进水管3底部为0.3m；内循环气流管9上部穿4个孔，用钢丝绳索8穿过该孔并与竖井内壁上方的吊环7固定相连，保证循环气管9紧靠竖井内壁面且垂直向下；分别设置三个不同直径的内循环气流管9，其内径D

基于内循环气流管的排污跌流竖井结构的使用方法，使用过程如下：

将内循环气流管设有孔位的一端朝上，竖直置于竖井内，并置于竖井内壁上设有的吊环下方，气流管穿过两个支撑条以固定气流管的水平位置，通过钢丝绳索将孔位与吊环连接，即完成内循环气流管的安装；

装入内循环气流管后，竖井垂直管段内部空间被分为过水部分和不过水的循环气管部分，来流自进水口流入后，经过水段下泄时，卷吸外界空气至竖井底部，由于存在压差，竖井底部的一部分空气可沿设置的气流管回流至竖井上部，被下泄水流再次拽吸，形成竖井内的循环气流，从而降低竖井从外界吸入的气体量并减少进入排污管道下游的气量，减小了跌流竖井下游气压，且内螺纹导气槽使气流在管内进行旋流，从而加速了气体流动，进一步增大了循环气流量，改善排污管道系统的臭气逸散和空气污染问题。

图2为设置有内循环气管的跌流竖井与原竖井从外界吸入的气体量，参考跌流竖井内的气压气量计算模型，可见设置上述内循环气管的竖井从外界卷吸气体量均比原未设置循环气管的吸气量明显降低。在来流Q

当需要对跌流竖井进行检修时，只需要将与吊环连接的钢丝绳索拆卸下来，并将内循环气流管取出，检修人员即可以进入竖井进行检修。

悬挂的内循环气流管，具有一定的活动自由度，该种设置可对水汽起到分流及缓冲作用，内循环气流管设有的外螺纹进一步增强了分流和缓冲作用，对水流和气流具有一定的稳流效果，从而降低吸气量，同时，内螺纹导气槽的设置使气流旋流，加速了气体流动，进一步增大了循环气流量，竖井内水流吸气最主要的原因是水流破碎成小水滴，大大增加了水气之间的作用面积，因而随着下泄水滴的运动，大量气流被卷吸带入竖井内。竖井尺寸越大，水气作用越剧烈，吸气量也越多。而设置循环气流管时，循环气流量与气流路径过程中的沿程损失和局部损失有关，这于气流管道截面尺寸和竖井尺寸也有密切关系。因此，气流通道尺寸可设置若干组，从实验中得到不同水流情况下时的减气效果最优的循环气流管尺寸和最优的竖井过水截面与气流截面的比例。在实际工程中，可结合实际竖井的设计过流量或平均过流量，设置最优的循环气管截面尺寸。最优设计即能保证循环气管的气流量增多，外界的卷吸气量减少。

在实际工程中，市政工程排污系统(或排水系统)中的竖井数量是非常多的，系统通过都是由若干竖井群构成的，因此尽管单个竖井增加的循环气流量较少，但该优化方法经济性很好，因此，可进行竖井群的整体优化，此时，竖井群整体的减少外界吸气量的效果必然会大大增加。

本实施例中设置内循环气管的跌流竖井结构改装方案同样可用于排污排洪的混合管道系统内的竖井结构，由于流量增大时，水流从入流管中跌流后撞击在对侧循环气管上时，撞击位置会增大，直至超过内循环气管的顶端，故而部分水流可从气管向下倾泻，能起到大流量排洪的需求；而小流量的排污输送时，内循环气管仍能起到减少卷吸气量的作用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。