一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法与流程

本发明涉及市政污水提升泵站工程技术领域，特别是一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法。

背景技术：

市政雨污排水系统是处理及排除雨、污水的工程设施系统，是现代化城市的重要基础设施，随着我国城镇化建设进程的加快，市政雨污排水系统面临极大的考验。

污水提升泵站是市政雨污排水系统的核心，如何在满足规定的各种技术条件下合理设计污水提升泵站，是市政雨污排水系统规划设计中的一个重要课题。

因受城市用地面积、地下管网布置以及周边已有建筑物等条件限制，污水提升泵站进水建筑物布置局促，有时难以避免会采取多管进流形式用以输送不同来流方向的雨、污水。

目前，多管进流形式的污水提升泵站存在的主要问题为：污水提升泵站汇流井因其用地面积有限，各向来流进入汇流井内往往存在主流集中、各向水流间相互干扰影响，以及存在旋滚、偏流等不良流态，使得水流进入进水箱涵前很难充分调配均匀，以致进水箱涵各孔配水不均且存在回流、旋涡等不良流态，进而容易造成泵站集水池进流条件不佳、水泵机组进流均匀性变差等问题，严重时会影响污水提升泵站的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法，该保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法在不增加污水提升泵站用地面积的情况下，对汇流井多管入流进行整流，实现均化进水箱涵入流的作用。同时，通过在进水箱涵内设置中隔墩与横梁，进一步对进水箱涵入流起到的均化和整流效果，从而有效保障进水箱涵流量分配的均匀度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法，污水提升泵站包括汇流井、进水箱涵和集水池，其中，进水箱涵用于连通汇流井与集水池；汇流井具有一个主进流管和两个副进流管；通过在汇流井内设置横排墩，以及在进水箱涵内设置中隔墩和横梁的方法，使得进水箱涵实现均匀配水。

汇流井的横截面为矩形，汇流井的长度为L、宽度为B、高度为H。

主进流管布设在汇流井前大侧壁中部且管径D1；主进流管出口中心点位于汇流井中心线上。

两个副进流管分别垂直布设在两个小侧壁中部且管径均为D2。

主进流管和两个副进流管的中心线高程相同且与汇流井底面的距离高度为H1。

横排墩沿汇流井长度方向布置，横排墩的高度H4=H1+0.5×D1；横排墩包括主墩、三角形导墩以及副墩。

副墩对称布设在主墩两侧，且均位于主墩中心线上；主墩中心线与副进流管中心线位于同一个竖直平面内。

三角形导墩的横截面为三角形，三角形导墩的顶点正对主进流管中心线，三角形导墩的底面与主墩前侧相连接且二者相应接触面中心线重合。

进水箱涵的数量为两个，进水箱涵对称布设在汇流井的后大侧壁上；进水箱涵的长度方向与污水提升泵站进流主流方向相一致，每个进水箱涵的横截面均为等腰梯形，梯形上底为进口；进水箱涵中心线距离汇流井底面高程H2=H1，进水箱涵的长度为W、高度H3=D1、进口宽度为C；进水箱涵两侧边壁夹角β=0°~20°。

每个进水箱涵内各设置一个中隔墩和三根横梁；中隔墩沿对应进水箱涵中心线所在竖直平面进行布设，中隔墩与进水箱涵上下壁面垂直相接；中隔墩前端与进水箱涵进口之间的距离小于中隔墩后端与进水箱涵出口之间的距离。

每根横梁均垂直穿过中隔墩并与进水箱涵两侧边壁相接，三根横梁均位于同一个竖直平面内，横梁与中隔墩前端之间的距离小于横梁与中隔墩后端之间的距离。

主墩长度L1=（0.5~0.8）D1，主墩与副墩宽度相等，均为B3，且B3=（0.2~0.4）D2；单个副墩的长度L4=（0.3~0.5）D1，副墩与主墩间距L5=（0.05~0.1）D1；三角形导墩与主墩接触面的长度L3=（0.1~0.3）D1、三角形导墩两侧边夹角θ=40°~60°。

中隔墩长度W1=（0.5~0.8）W、中隔墩宽度C1=（0.08~0.1）C，中隔墩前端与进水箱涵进口间距W2=（0.04~0.1）W，中间横梁高度与进水箱涵中心线所在高度相等，横梁与中隔墩前端之间的间距W3=（0.1~0.2）W。

横梁断面为正方形，横梁断面的边长H5=（0.1~0.2）D1，相连两横梁间距H6=（0.15~0.2）D1。

两个副进流管与汇流井前大侧壁的距离B1=（0.3~0.6）B；主墩与汇流井前大侧壁的距离B2=B1；主进流管中心线与汇流井中心线夹角α=0°~45°，主墩中心线与汇流井中心线的间距L1==B2×tan(α)。

主进流管的进流量Q1占据集水池总流量Q的0.5~1倍，两个副进流管的进流量相同，均为Q2且满足Q2=0.5×(Q－Q1)。

汇流井的长度L为9m、宽度B为4m、高度H为4m，主进流管管径D1为1.75m，主进流管与汇流井的中心线夹角α为12°，副进流管管径D2为0.675m，副进流管与汇流井前大侧壁距离B1为1.75m，主、副进流管中心线距离汇流井底面高度H1为1.125m，主进流管进流量Q1占据泵站集水池总流量Q的0.8倍、两副进流管的进流量Q2为0.1Q，进水箱涵数量N为2，进水箱涵中心线距离汇流井底面高程H2为1.125m，进水箱涵的长度W为6.3m、高度H3为1.75m、进口宽度C为1.75m、进水箱涵两侧边壁夹角β为15°，横排墩与汇流井前大侧壁距离B2为1.75m，横排墩的高度H4为2m、宽度B3为0.25m，横排墩的主墩中心线与汇流井中心线的间距L1为0.372m，主墩长度L2为1m，三角形导墩与主墩接触面长度L3为0.2625m，三角形导墩两侧边夹角θ为45°，副墩对数S为1，单个副墩长度L4为0.75m，副墩与主墩间距L5为0.25m，中隔墩长度W1为3.5m、宽度C1为0.15m，中隔墩与箱涵进口间距W2为0.25m，横梁数量P为3，横梁与中隔墩前端间距W3为0.9m，横梁方形断面边长H5为0.2m，相连两横梁间距H6为0.3m。

汇流井的长度L为9m、宽度B为4m、高度H为4m，主进流管管径D1为1.75m，主进流管与汇流井的中心线夹角α为0°，副进流管管径D2为0.675m，副进流管与汇流井前大侧壁距离B1为2.4m，主、副进流管中心线距离汇流井底面高度H1为1.125m，主进流管进流量Q1为泵站集水池总流量Q、两副进流管进流量Q2为0，进水箱涵数量N为2，进水箱涵中心线距离汇流井底面高程H2为1.125m，进水箱涵的长度W为6.3m、高度H3为1.75m、进口宽度C为1.75m、进水箱涵两侧边壁平行，即夹角β为0°，横排墩与汇流井前大侧壁距离B2为2.4m，横排墩的高度H4为2m、宽度B3为0.135m，横排墩的主墩中心线与汇流井中心线的间距L1为0m，即二者重合，主墩长度L2为1.4m，三角形导墩与主墩接触面长度L3为0.525m，三角形导墩两侧边夹角θ为40°，副墩对数S为3，单个副墩长度L4为0.525m，副墩与主墩间距L5为0.0875m，中隔墩长度W1为3.15m、宽度C1为0.14m，中隔墩与箱涵进口间距W2为0.315m，横梁数量P为3，横梁与中隔墩前端间距W3为0.63m，横梁方形断面边长H5为0.175m，相连两横梁间距H6为0.2625m。

汇流井的长度L为9m、宽度B为4m、高度H为4m，主进流管管径D1为1.75m，主进流管与汇流井的中心线夹角α为45°，副进流管管径D2为0.675m，副进流管与汇流井前大侧壁距离B1为1.2m，主、副进流管中心线距离汇流井底面高度H1为1.125m，主进流管进流量Q1占据泵站集水池总流量Q的0.5倍、两副进流管的进流量Q2为0.25Q，进水箱涵数量N为2，进水箱涵中心线距离汇流井底面高程H2为1.125m，进水箱涵的长度W为6.3m、高度H3为1.75m、进口宽度C为1.75m、进水箱涵两侧边壁平行，即夹角β为20°，横排墩与汇流井前大侧壁距离B2为1.2m，横排墩的高度H4为2m、宽度B3为0.27m，横排墩的主墩中心线与汇流井中心线的间距L1为1.2m，主墩长度L2为0.875m，三角形导墩与主墩接触面长度L3为0.175m，三角形导墩两侧边夹角θ为60°，副墩对数S为2，单个副墩长度L4为0.875m，副墩与主墩间距L5为0.175m，中隔墩长度W1为5.04m、宽度C1为0.175m，中隔墩与箱涵进口间距W2为0.63m，横梁数量P为3，横梁与中隔墩前端间距W3为1.26m，横梁方形断面边长H5为0.35m，相连两横梁间距H6为0.35m。

横排墩、中隔墩以及横梁均为金属结构或钢筋混凝土结构。

本发明具有如下有益效果：

1.上述横排墩能对汇流井多管入流进行整流从而实现均化进水箱涵入流的作用。

2.上述横排墩中三角形导墩能对主进流管水流进行均匀分流，水流再受到主墩及副墩的调整均化作用；横排墩最外侧副墩分别对两侧副进流管进流进行整流均化；横排墩对各向进流进行整流作用，使得泵站汇流井内主流集中问题得到有效解决，各向进流之间干扰程度明显减小，均化水流使得汇流井内的旋滚、偏流等问题得到有效改善，进水箱涵的进流条件得到显著改善。

3.上述中隔墩与横梁能对进水箱涵入流起到进一步的均化和整流效果，能够有效保障进水箱涵流量分配的均匀度，能够有效保障进水箱涵流量分配的均匀度，从而为泵站集水池提供了良好的进流条件，对于确保多管进流污水提升泵站稳定高效运行具有重要的工程应用价值。

4.本发明增加的组合式整流装置结构形式简单、容易施工制作、无需额外增加泵站的用地面积，尤其适于在多管进流污水提升泵站的设计与改造工程中推广使用。

附图说明

图1显示了本发明中组合式整流装置的平面布置示意图。

图2显示了本发明中组合式整流装置的平面结构尺寸示意图。

图3显示了本发明中组合式整流装置的立面结构尺寸示意图。

图4显示了本发明实施例的横排墩平面结构尺寸示意图。

图5显示了本发明实施例的中隔墩及横梁立面结构尺寸示意图。

图6显示了整流前后进水箱涵出口断面垂向平均流速分布不均匀系数对比图。

其中有：1.汇流井；2.主进流管；3.副进流管；4.副进流管；5.进水箱涵；6.集水池；7.横排墩；7A.主墩；7B.三角形导墩；7C.副墩；8.中隔墩；9.横梁；10.汇流中心线；11.进水箱涵中心线；12.主墩中心线；13.副进流管中心线；14.主进流管中心线。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现有的污水提升泵站包括汇流井1、进水箱涵5和集水池6。其中，进水箱涵用于连通汇流井与集水池；汇流井具有一个主进流管和两个副进流管。

一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法，通过在汇流井内设置如图1和图2所示的横排墩7，以及在进水箱涵内设置中隔墩8和横梁9，其中横排墩、中隔墩和横梁形成本发明的一种组合式整流装置，该组合式整流装置使得进水箱涵实现均匀配水。

汇流井的横截面为矩形，汇流井的长度为L、宽度为B、高度为H。

主进流管2布设在汇流井前大侧壁中部且管径D1；主进流管出口中心点位于汇流井中心线10上。主进流管中心线14与汇流井中心线呈一定角度，以适应不同的雨污水管网系统，主进流管中心线与汇流井中心线夹角α=0°~45°，α角度较大则不适于泵站进流。

两个副进流管3和4分别垂直布设在两个小侧壁中部且管径均为D2，两个副进流管与汇流井前大侧壁的距离B1=（0.3~0.6）B，距离过大会使副进流管距离进水箱涵过近而易恶化进水流态、过小则会干扰主进流管入流。

主进流管和两个副进流管的中心线高程相同且与汇流井底面的距离高度为H1，主进流管的进流量Q1占据集水池总流量Q的0.5~1倍，两个副进流管的进流量相同，均为Q2且满足Q2=0.5×(Q－Q1)。

如图3所示，横排墩沿汇流井长度方向布置，横排墩的高度H4=H1+0.5×D1，即保证横排墩与主进流管及进水箱涵的顶部高程齐平。

横排墩包括主墩7A、三角形导墩7B以及副墩7C。其中，主墩及各副墩两侧均进行了导圆处理。

主墩与汇流井前大侧壁的距离B2=B1，副墩对称布设在主墩两侧，且均位于主墩中心线上；主墩中心线与副进流管中心线位于同一个竖直平面内。即保证横排墩两侧副墩正对汇流井副进流管中心线13。

主墩中心线与汇流井中心线的间距L1==B2×tan(α)。

如图4所示，主墩长度L1=（0.5~0.8）D1，长度太小则对水流的整流效果不佳、过大则会造成水流过流截面积减小。主墩与副墩宽度相等，均为B3，且B3=（0.2~0.4）D2，宽度B3太小容易无法满足结构强度使用要求、太大则会过多占据汇流井容积。

副墩的对数优选为S=1~3，数量过多则会造成过流截面积减小。单个副墩的长度L4=（0.3~0.5）D1，长度较小容易无法满足结构强度要求，长度过大会造成过流截面积减小而增加水流阻力。副墩与主墩间距L5=（0.05~0.1）D1，间距过小则不利于水流通过、间距过大不利于水流均化。

三角形导墩的横截面为三角形，进一步优选为等腰三角形。三角形导墩的顶点正对主进流管中心线，以更好地实现水流向两侧均匀分流。三角形导墩的底面与主墩前侧相连接且二者相应接触面中心线重合。

三角形导墩与主墩接触面的长度L3=（0.1~0.3）D1，以保证三角形导墩具有一定的结构强度。三角形导墩两侧边夹角θ=40°~60°，角度过小不利于均化水流、过大则不利于水流进入进水箱涵且也会造成水力损失增加。

进水箱涵的数量为两个，进水箱涵对称布设在汇流井的后大侧壁上；进水箱涵的长度方向与污水提升泵站进流主流方向相一致，每个进水箱涵的横截面均为等腰梯形，梯形上底为进口；进水箱涵中心线距离汇流井底面高程H2=H1，进水箱涵的长度为W、高度H3=D1、进口宽度为C；进水箱涵两侧边壁夹角β=0°~20°，角度过大容易引起流动发生偏流。

每个进水箱涵内各设置一个中隔墩和三根横梁。横梁的数量过多会增加水力损失、数量太少不利于水流均化。

中隔墩沿对应进水箱涵中心线所在竖直平面进行布设，中隔墩与进水箱涵上下壁面垂直相接；中隔墩前端与进水箱涵进口之间的距离小于中隔墩后端与进水箱涵出口之间的距离。

每根横梁均垂直穿过中隔墩并与进水箱涵两侧边壁相接，三根横梁均位于同一个竖直平面内，横梁与中隔墩前端之间的距离小于横梁与中隔墩后端之间的距离。

中隔墩长度W1=（0.5~0.8）W，长度太短则不利于调整水流，太长会增加制作成本。中隔墩宽度C1=（0.08~0.1）C，在保证其结构强度的同时尽量减少材料使用量以及避免其减小过流截面积。中隔墩两端优选进行导圆处理以减小水力损失。

中隔墩前端与进水箱涵进口间距W2=（0.04~0.1）W，，间距太小容易造成箱涵进水口阻力过大，间距太大则会不利于水流流量分配。

如图5所示，中间横梁高度与进水箱涵中心线所在高度相等，横梁与中隔墩前端之间的间距W3=（0.1~0.2）W，以起到对水流更好的整流均化效果。

横梁断面优选为正方形，横梁断面的边长H5=（0.1~0.2）D1，相连两横梁间距H6=（0.15~0.2）D1，横梁边长太大以及横梁间距太小会造成水力损失过大和不利于水流均化。

上述横排墩、中隔墩以及横梁均优选为金属结构或钢筋混凝土结构，以保障组合式整流措施能够满足污水提升泵站的设计施工使用要求。

下面以三个具体实施例对本发明的实施效果进行详细说明。

实施例1

汇流井1的长度L=9m、宽度B=4m、高度H=4m，主进流管2管径D1=1.75m，主进流管2与汇流井1的中心线夹角α=12°，副进流管3、4的管径D2=0.675m，副进流管3、4与汇流井1前侧边壁距离B1=0.4375B=1.75m，主进流管2、副进流管3、4的中心线距离汇流井1底面高度H1=1.125m，主进流管2进流量Q1占据泵站集水池6总流量Q的0.8倍、副进流管3、4的进流量Q2为0.1Q，进水箱涵5数量N=2，进水箱涵5的中心线距离汇流井1的底面高程H2=H1=1.125m，进水箱涵5的长度W=6.3m、高度H3=D1=1.75m、进口宽度C=1.75m、进水箱涵5分两侧边壁夹角β=15°，横排墩7与汇流井1前侧边壁距离B2=B1=1.75m，横排墩7的高度H4=H1+0.5×D1=2m、宽度B3=0.37D2=0.25m，横排墩主墩7A中心线与汇流井1中心线的间距L1=B2×tan(12°)=0.372m，主墩7A长度L2=0.571D1=1m，三角形导墩7B与主墩7A接触面长度L3=0.15D1=0.2625m，三角形导墩7B两侧边夹角θ=45°，副墩7C对数S=1，副墩7C单个副墩长度L4=0.429D1=0.75m，副墩7C与主墩7A间距L5=0.143D1=0.25m，中隔墩8长度W1=0.556W=3.5m、宽度C1=0.086C=0.15m，中隔墩8与箱涵5进口间距W2=0.04W=0.25m，横梁9数量P=3，横梁9与中隔墩8前端间距W3=0.143W=0.9m，横梁9方形断面边长H5=0.114D1=0.2m，相连两横梁间距H6=0.171D1=0.3m；横排墩主墩7A、横排墩三角形导墩7B、横排墩副墩7C、中隔墩8以及横梁9采用钢筋混凝土制作。

实施例2

本实施例所述的组合式整流措施，与实施例1不同之处在于：主进流管2与汇流井1的中心线夹角α=0°，副进流管3、4与汇流井1前侧边壁距离B1=0.6B=2.4m，主进流管2进流量Q1为泵站集水池6总流量Q、副进流管进流量Q2为0，进水箱涵5两侧边壁夹角β=0°，横排墩7与汇流井1前侧边壁距离B2=B1=2.4m，横排墩7的宽度B3=0.2D2=0.135m，横排墩的主墩7A中心线与汇流井1中心线的间距L1=0m，即二者重合，主墩7A长度L2=0.8D1=1.4m，三角形导墩7B与主墩7A接触面长度L3=0.3D1=0.525m，三角形导墩7B两侧边夹角θ=40°，副墩7C对数S=3，副墩7C单个副墩长度L4=0.3D1=0.525m，副墩7C与主墩7A间距L5=0.05D1=0.0875m，中隔墩8长度W1=0.5W=3.15m、宽度C1=0.08C=0.14m，中隔墩8与箱涵5进口间距W2=0.05W=0.315m，横梁9与中隔墩8前端间距W3=0.1W=0.63m，横梁9方形断面边长H5=0.1D1=0.175m，相连两横梁间距H6=0.15D1=0.2625m；横排墩主墩7A、横排墩三角形导墩7B、横排墩副墩7C、中隔墩8以及横梁9采用金属材料制作。

实施例3

本实施例所述的组合式整流装置，与实施例1和2不同之处在于：主进流管2与汇流井1的中心线夹角α=45°，副进流管3、4与汇流井1前侧边壁距离B1=0.3B=1.2m，主进流管2进流量Q1占据泵站集水池6总流量Q的0.5倍、副进流管3、4的进流量Q2为0.25Q，进水箱涵5两侧边壁夹角β=20°，横排墩7与汇流井1前侧边壁距离B2=B1=1.2m，横排墩7的宽度B3=0.4D2=0.27m，横排墩的主墩7A中心线与汇流井1中心线的间距L1==B2×tan(45°)=1.2m，主墩7A长度L2=0.5D1=0.875m，三角形导墩7B与主墩7A接触面长度L3=0.1D1=0.175m，三角形导墩7B两侧边夹角θ=60°，副墩7C对数S=2，副墩7C单个副墩长度L4=0.5D1=0.875m，副墩7C与主墩7A间距L5=0.1D1=0.175m，中隔墩8长度W1=0.8W=5.04m、宽度C1=0.1C=0.175m，中隔墩8与箱涵5进口间距W2=0.1W=0.63m，横梁9与中隔墩8前端间距W3=0.2W=1.26m，横梁9方形断面边长H5=0.2D1=0.35m，相连两横梁间距H6=0.2D1=0.35m。

实施效果评价

如图6所示，采用三维流动数值模拟方法，对比分析采用本发明上述实施例1-3的组合式整流装置进行整流前、后进水箱涵出口断面垂向平均流速分布情况，其中流速分布不均匀系数k=(vimax－vimin)/viave，vimax、vimin以及viave分别表示第i个进水箱涵出口断面垂向平均流速沿横向分布的最大速度、最小速度以及平均速度，k越接接近0，表明进水箱涵内水流流速分布越均匀，箱涵配水均匀性越好。

根据图6可以看出，经本发明整流后的进水箱涵的流速分布变得均匀，证明本发明所提出的组合式整流措施能够显著提高多管进流污水提升泵站进水箱涵的配水均匀性，有助于确保泵站良好的进流条件，使得水泵机组安全、高效、稳定运行。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。