防倒灌装置及方法
技术领域
本发明涉及雨污处理装置技术领域，特别是涉及一种防倒灌装置及方法。
背景技术
随着社会的不断发展和人类生活水平的提高，城市水体黑臭问题突出，严重影响了居民的生活，民众对“洁净河流”的诉求和渴望强烈，黑臭水体形成的主要原因就是由于雨污混流排入河道造成的污染。当发生暴雨时，河道等自然水体水位上升，干净水体倒灌至污水管网，导致污水厂负荷超标，影响污水处理效率。传统拍门功能单一，只能防止倒灌。实际工程中，大部分的阀门或拍门采用电动控制，其长期处于污水环境中很容易造成损坏，修理成本很高；一般在晴或少雨季节，电动阀门不需要维修；而在梅雨季节，电动阀门损坏率较高，此时又不便维修，出现装置不能发挥其功能性作用的现象，这种完全依赖电控的装置可靠性大大降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于雨污合流管末端的防倒灌装置，以彻底解决传统拍门功能单一及电控阀门易损坏的问题；以实现对旱季污水、初期雨水的截污弃流，中后期雨水正常排出，以及管道外水位升高时防止倒灌至管道内等多个功能，有效减少污水对自然水体的污染。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明一个方面，本发明提供的一种防倒灌装置，安装在市政雨污合流管道的末端连接自然水体处。所述防倒灌装置包括：安装在管道末端的拍门、位于自然水体处的浮箱、以及连接所述拍门和浮箱的连杆组件，所述连杆组件包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及第五连杆；其中，所述第一连杆的下端与所述浮箱连接，上端与所述第二连杆的上端连接；所述第二连杆的下端与所述第三连杆的下端连接；所述第四连杆的一端与所述第三连杆的上端连接，另一端与所述拍门连接；所述第五连杆的顶端与管道的下表面固定，所述第五连杆通过第一转轴和第二转轴分别与第二连杆和第三连杆连接，所述第二连杆绕第一转轴可转动，所述第三连杆绕第二转轴可转动。
优选地，所述第三连杆上(与第二转轴的连接处)设置有滑槽，所述第二转轴置于所述滑槽内，且在所述滑槽内上下可移动。所述第一转轴与第二连杆之间可以采用销轴的方式进行连接，从而使得第二连杆可以绕转轴转动，但不限于此，例如可以在第二连杆上设置转孔，所述第一转轴穿于所述转孔中且端部伸出转孔，转轴直径小于转孔内径，使得所述第二连杆便可绕所述第一转轴可转动。
更优选地，所述滑槽的长度可调节。
优选地，所述第五连杆为L形结构，包括横边和竖边，竖边的顶端与管道固定，横边与所述第一转轴垂直连接，竖边与所述第二转轴垂直连接。具体地，所述第五连杆横边和竖边上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一转轴和第二转轴分别穿过所述第一通孔和第二通孔，与所述第五连杆固定连接。
优选地，所述装置还包括伸缩节，所述伸缩节安装在第一连杆与浮箱之间。
优选地，所述第四连杆为倒L形结构，所述第四连杆的横杆与第三连杆连接，所述第四连杆的竖杆通过第六连杆与拍门铰接，所述第四连杆与所述第六连杆形成的平面与所述第一连杆、第二连杆及第三连杆形成的平面相垂直。
优选地，所述第一连杆为倒L形结构，所述第一连杆的横杆与第二连杆连接，所述第一连杆的竖杆与浮箱连接；所述第三连杆为C形结构，且开口朝向第二连杆；所述第二连杆和第六连杆为直杆。
优选地，所述第一连杆与第二连杆，第二连杆与第三连杆，第三连杆与第四连杆之间为可拆卸连接。例如螺纹连接或销连接等。
根据本发明另一个方面，本发明提供的一种防倒灌方法，所述方法包括：在管道末端连接自然水体处，安装所述的防倒灌装置，初始状态下，所述拍门处于开启状态；当自然水体的液位升高时，所述浮箱上升，带动所述连杆组件绕所述第一转轴和第二转轴转动，从而关闭所述拍门；当自然水体的液位下降时，所述浮箱下降，带动所述连杆组件绕所述第一转轴和第二转轴反方向转动，从而开启所述拍门。
优选地，所述方法还包括：根据自然水体的液位高低(或自然水体与管道之间的高度差)，预估暴雨后液位上升高度(即暴雨后也未可能上升高度)，以及所述拍门开启的角度，确定所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、以及第四连杆之间的安装角度，确定位于所述第三连杆上内置有第二转轴的滑槽的长度，确定安装在所述第一连杆与浮箱之间的伸缩节的长度。
本发明具有以下有益效果：该装置主要应用于市政雨污合流管的末端，可根据管道外液位的高低控制管道拍门的启闭，从而保证雨污合流管道在旱季或初雨时能够正常截污弃流，中后期雨水正常排出管道至自然水体，以及管道外水位升高时防止水体倒灌至管道内，集截污弃流、排水及防倒灌等多种功能于一身；摆脱了传统拍门功能单一的弊端，仅依靠浮力及杠杆原理，即可控制拍门的启闭，无需人工或者电控系统的介入，结构简单可靠，设计及制造成本低，极具广泛的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明防倒灌装置拍门处于打开状态的结构示意图；
图2为本发明防倒灌装置拍门处于关闭状态的结构示意图；
图3为本发明防倒灌装置的主视图。
图1-3中：1浮箱；2拍门；18管道；3第一连杆，4第二连杆，5第三连杆，7第四连杆，6第五连杆，12第六连杆；9第一转轴，10第二转轴；11滑槽；8链条；19弃流管道；20伸缩节；13销轴一，14销轴二，15销轴三，16销轴四，17销轴五。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：
图1示意性地示出了防倒灌装置中拍门处于打开状态下的结构图；图2示意性地示出了防倒灌装置中拍门处于关闭状态下的结构图；图3示意性地示出了防倒灌装置的主视图。
本发明提供的防倒灌装置，设置在雨污合流管道18末端连接自然水体处，包括安装在管道18末端的拍门2、位于自然水体处的浮箱1、以及连接所述拍门2和浮箱1的连杆组件。该装置根据浮力和杠杆的原理，可自动地控制拍门2的启闭。
如图1-3所示的一种防倒灌装置由浮箱1、拍门2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第五连杆6、第四连杆7、铰链8、第一转轴9、第二转轴10、滑槽11、第六连杆12、销轴一13、销轴二14、销轴三15、销轴四16、轴销五17、管道18、弃流管道19以及伸缩节20构成。
如图1所示，所述管道18为雨污合流管道18，管道18末端的下管道壁上通过弃流管道19与污水管网连通，污水通过污水管网排至污水处理厂，进行过滤等操作，管道18末端端部安装有拍门2，该拍门2的开启方式为向下开启，例如可以是拍门2上端为开口端，下端与所述管道18铰接的方式。为了防止拍门2掉落，将拍门2与管道18通过链条8连接。为了保证拍门2的密封效果，在所述拍门2的圆周处设置有密封圈。另外，为了保证有效地弃流，将弃流管道19管口设置为直径可调节的形式，以根据污水流量进行适应性调节，对于具体的直径调节方式不做限制。
如图3所示，所述拍门2的外表面上设置有连接件，直杆状的第六连杆12的一端通过销轴四16与连接件铰接，另一端与倒L形的第四连杆7的竖杆的下部固定连接，第四连杆7的横杆的端部与第三连杆5的上端连接。所述拍门2通过直杆状的第六连杆12和倒L形的第四连杆7与第三连杆5连接，但不限于此，第六连杆12和第四连杆7也可以一体成型的“Z”形结构。对于拍门2外表面上的连接件的结构不做具体限定，与第六连杆12铰接即可，例如可以是固定在拍门2外表面上的半圆形结构，第六连杆12通过销轴四16伸入半圆形结构与拍门2之间形成的孔中进而将拍门2和第六连杆12连接。所述第四连杆7和第六连杆12所形成的平面与所述第一连杆3、第二连杆4及第三连杆5形成的平面相垂直，即第四连杆7与第三连杆5垂直连接。
如图1所示，所述第三连杆5为C形结构，且开口朝向浮箱1一侧(也就是朝向第二连杆4)，其上端与第四连杆7连接，下端与所述第二连杆4的下端连接。所述第二连杆4为直杆状，且呈斜向地安装在第一连杆3和第三连杆5之间。第一连杆3为倒L状，其横杆朝向左的一端与第二连杆4的上端连接，竖杆的下端与浮箱1固定连接。为了适应不同液面高度，保证拍门2关闭到位，第一连杆3和浮箱1之间还设置有伸缩节20。
本发明中第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆7、以及第六连杆12各连杆间的连接方式优选为可拆卸地固定连接方式，例如螺纹连接或销连接。图1采用了销轴固定方式，如图1所示，第一连杆3和第二连杆4，第二连杆4和第三连杆5，第三连杆5和第四连杆7，第六连杆12和拍门2，以及第一转轴9与第二连杆4之间可以分别采用销轴一13、销轴二14、销轴三15、销轴四16、以及销轴五17来连接固定。但为了保证杠杆系统运作，拍门2与第六连杆12、第二转轴10与第三连杆4、第一转轴9与第二连杆5，此三处连接必须为转动方式，其余地方的连接可采用如螺纹或销连接等可拆固定连接方式，事先调节好角度，然后固定连接以应用于不同场所。
如图1至图3所示，所述第五连杆6为L形结构，包括横边和竖边，其横边的最顶端固定在管道18的底表面上，横边和竖边上分别设置有第一通孔和第二通孔，第一转轴9和第二转轴10的第二端分别穿过第一通孔和第二通孔与第五连杆固定，第一转轴9穿于第二连杆4的转孔中，第二转轴10穿于和第三连杆5的滑槽11中，第二连杆4可绕第一转轴9转动，第三连杆5可绕第二转轴10转动，即第一转轴9和第二转轴10为整个杠杆系统的支点。
如图3所示，在第三连杆5上设置有滑槽11，第二转轴10的第一端在该滑槽11内既可以转动也可以上下移动。优选地，所述滑槽11的长度也可设置为长度可调节方式，以便于调节力臂的长短。也就是说，第二转轴10的第一端位于滑槽11内的位置范围是可调节的，具体地，滑槽11的长度可调节可以是采用限位件穿过设置在滑槽11壁上的贯穿孔的方式，起到阻止其继续向上或向下移动的目的。
下面结合图1和图2对防倒灌装置的防倒灌操作使用方法进行具体描述：
首先，根据管道18与自然水体之间的高度，以及暴雨后液位可能上升高度，甚至拍门2开启角度的大小，确定第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆7之间的连接角度，确定滑槽11内的上下可移动长度，确定伸缩节20的长度。
然后，安装并调节防倒灌装置，安装后初始状态下，拍门2处于开启状态(由自然水体初始液位高度和重力作用等决定)；如图1所示，此时，第三连杆5略微向浮箱1一侧倾斜。这种状态下，当旱季或初雨时，管道18内污水从弃流管道19管口接入污水管网，中后期雨水流量加大，这部分较干净的雨水可从管道18直接排至自然水体。
其中，当因持续降雨或暴雨等其他原因导致自然水体的液位升高时，浮箱1因浮力而上升，连杆组件在其带动下，以第一转轴9和第二转轴10为支点，发生转动(即第二连杆4绕第一转轴9的第一端，第三连杆5绕第二转轴10的第一端，同时逆时针转动)，最终将拍门2关闭，防止了管道18外水倒灌至管道18内。如图2所示，此时，第三连杆5近似竖直，且向上移动，从而从图2中可以看出第二转轴10的第一端位于滑槽11的下方。
当因降雨结束，自然水体的液位下降时，浮箱1也同时下降，连杆组件在在其带动下发生反方向转动(顺时针转动)，拍门2也下降恢复至如图1所示的状态，管道18内水流可重新流通。
本发明仅依靠浮力(自然水体处液位的高低)及杠杆原理，根据管道18外液位的高低自动控制拍门2的启闭，保证了雨污合流管道18旱季或初雨时有效地截污弃流，中后期雨水正常排出管道18至自然水体，防止因大暴雨或持续降雨等情况出现的倒灌现象，摆脱了传统拍门2功能单一的弊端，解决了传统拍门2的电控阀门易损坏的问题。
