一种防堵雨水收集设备的制作方法

本发明属于环保设备技术领域，具体地说，涉及一种防堵雨水收集设备。

背景技术：

绿色建筑是指在为人们提供健康、适用、高效使用空间的同时，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑，绿色建筑在进行绿色环境规划时，不仅重视创造景观，也重视生态和环境的融和，雨水是城市水循环和区域水循环系统中的重要环节，雨水对调节地区水资源和改善生态环境起着非常关键的作用，在绿色建筑的设计和建造的过程中，需要均衡考虑自然资源的利用和处理，合理的收集和利用雨水资源对改善生态环境十分有益。

现有技术中，基本都是利用沉砂池和过滤网等常规设备对收集的雨水进行净化。由于雨水中通常会含有树叶、树枝、沙尘和碎石等大量杂质，采用常规净化方式最主要的缺陷是需要频繁清理净化设备，否则会超出设备所能承受的极限，导致堵塞。用户使用时，要么耗费大量的人力和时间去清洗设备，要么购置昂贵的电器实现自动清洗，而且自动化清洗设备能耗高，运行成本高，对环境不友好，性能可靠性不强。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种防堵雨水收集设备，通过预处理去除雨水中大部分体积较大的杂质，降低清洗净化设备的频率。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种防堵雨水收集设备，包括集水槽、下水管、驱动机构、排渣推板和防堵机构；所述集水槽用于汇聚雨水，所述集水槽的出水端设有下水孔，所述集水槽通过所述下水孔与所述下水管的高位端连通，所述下水孔的下游一侧设有挡渣块，所述挡渣块靠近所述下水孔的一侧设有导向弧面；

所述排渣推板与所述驱动机构的动力输出端传动连接，所述排渣推板在所述驱动机构的带动下转动，所述排渣推板转动到靠近所述挡渣块位置时，所述排渣推板的末端靠近所述导向斜面，所述排渣推板用于推动所述集水槽出水端的杂质沿所述导向弧面上升并排出所述集水槽；

所述防堵机构包括往复丝杆、限位杆、安装板和多个互相平行的插杆，所述往复丝杆与所述驱动机构的动力输出端传动连接，所述往复丝杆在所述驱动机构带动下绕自身的中心轴线转动，所述往复丝杆上套设有丝杆螺母；所述限位杆与所述往复丝杆平行设置，所述安装板套于所述限位杆，所述安装板与所述丝杆螺母连接；所述插杆设于所述安装板靠近所述下水孔的一侧，所述插杆与所述限位杆平行，所述插杆与所述下水孔对应设置，所述插杆的中部设有疏通块，所述疏通块的直径略小于所述下水孔的直径，不同的所述疏通块到所述安装板的距离不同。

进一步地，驱动机构包括驱动水轮和传动机构，所述驱动水轮设于所述下水管内，所述驱动水轮靠近所述下水管的低位端，所述驱动水轮设有转轴，所述驱动水轮通过所述转轴与所述下水管可旋转连接，所述驱动水轮在水流的推动下绕所述转轴转动，所述转轴通过所述传动机构与所述排渣推板和所述往复丝杆传动连接。

进一步地，所述转轴与所述下水管的中心轴线垂直，所述驱动水轮的叶片为半圆形，多个所述叶片沿所述转轴的周向均匀排列，所述叶片所在平面与所述下水管的中心轴线垂直时，所述叶片的外周缘靠近下水管内壁。

进一步地，所述下水管内设有第一挡流板，所述第一挡流板位于所述驱动水轮的上游一侧，所述第一挡流板的高位端与所述下水管的内壁固定连接，所述第一挡流板的低位端靠近所述驱动水轮，所述第一挡流板用于遮挡所述转轴一侧的叶片。

进一步地，所述第一挡流板远离所述驱动水轮的一侧设有多个导流板，所述导流板沿所述第一挡流板的表面竖直设置，所述导流板的高位端与所述第一挡流板的顶部相连，所述导流板的低位端与所述第一挡流板的底部连接，多个所述导流板沿所述下水管的周向排列。

进一步地，所述第一挡流板的上游一侧设有第二挡流板，所述第二挡流板与所述第一挡流板相对设置，沿所述下水管内壁流经所述第二挡流板的水流被导流到所述第一挡流板上。

进一步地，所述下水管上设有旁通管，所述第二挡流板的下方设有与所述旁通管高位端连通的旁通进水口，所述驱动水轮的下方设有与所述旁通管低位端连通的旁通出水口。

进一步地，还包括安装套筒和纺锤形的弹性卡环，所述安装套筒套设于所述下水管外，所述套筒的内壁设有橡胶垫，所述套筒通过所述橡胶垫与所述下水管的外周壁抵接，所述套筒上设有安装通孔；所述驱动水轮的转轴端部穿过所述下水管并伸入所述安装通孔内，所述驱动水轮上套设有轴承，所述轴承卡设于所述弹性卡环内，所述轴承与所述弹性卡环之间、所述弹性卡环与所述安装通孔内周壁之间均填充有减震橡胶。

进一步地，所述叶片的正面设有多个容置槽，所述容置槽靠近所述叶片的周缘，所述容置槽相对所述叶片的正面倾斜设置，所述容置槽的开口端靠近所述转轴，所述容置槽的封闭端靠近所述叶片的外周缘，所述容置槽内设有挡水组件；所述挡水组件包括挡水块和复位弹簧，所述挡水块远离所述叶片反面的一端设有与所述容置槽的开口相配合的支撑平面，所述复位弹簧的一端与所述容置槽的底部连接，所述复位弹簧的另一端与所述挡水块相连；所述叶片静止或低速旋转时，所述挡水块在所述复位弹簧的支撑下伸出所述容置槽，所述叶片快速旋转时，所述挡水块收入所述容置槽内，且所述支撑平面与所述叶片的正面处于同一平面。

进一步地，所述传动机构包括安装座、安装轴、第一锥形齿轮、第二锥形齿轮、传动杆、第三锥形齿轮和第四锥形齿轮，所述安装座固定设置，所述安装轴的一端与所述安装座可选择连接，所述安装轴的另一端与所述第一锥形齿轮连接，所述安装轴的中部与所述排渣推板的一侧相连；所述第四锥形齿轮与所述转轴相连，所述传动杆与所述安装座可旋转连接，所述第二锥形齿轮和所述第三锥形齿轮均安装于所述传动杆，所述第二锥形齿轮与所述第一锥形齿轮啮合，所述第三锥形齿轮与所述第四锥形齿轮啮合；所述往复丝杆与所述传动杆靠近所述集水槽的一端相连，所述往复丝杆的中心轴线与所述传动杆的中心轴线共线。

本发明的有益效果是：

(1)通过集水槽汇集雨水，水流朝着下水管方向流动，然后经下水管进行初步收集，水中较大的杂质被挡在集水槽的出水端，水流的推力逐渐将杂质推到导向弧面附近，通过排渣推板推动杂质沿导向斜面上升，然后从末端落下进行排渣，在雨水进入沉砂池和滤网等净化设备之前进行预处理，先清理去除其中体积较大的杂质，极大地降低了清洗净化设备的频率，降低了雨水净化设备运行压力，而且可以避免下水管中的驱动水轮被卡死；

(2)通过预处理及时去除雨水中大部分体积较大的杂质，可以避免大量树叶树枝等有机杂质长时间浸泡在雨水收集系统中导致腐烂，提高了收集到的雨水水质，减少了雨水净化系统的压力，极大地降低了细菌和病毒污染的风险；

(3)利用水流重力推动水轮转动，进而带动排渣推板运动，预处理设备运行时无需耗电，对环境友好，使用成本低，安全性强；

(4)驱动水轮整体呈球形，驱动水轮与下水管内壁和第一挡流板的底部靠近，水轮与下水管内壁和第一挡流板之间的间隙小，当水流流量无法推动水轮但大于水流从水轮周围间隙漏下的速度时，雨水会在水轮上方逐渐蓄积，当水轮上方的雨水蓄积到一定量(水位低于旁通进水口的高度)后，雨水的重力会推动水轮转动，雨水通过水轮流下，然后水轮重新停止，开始下一轮蓄水，设备在雨量很小的情况下也能运行，对降雨量偏小的地区同样适用；

(5)叶片上设置挡水组件，雨水流量偏小时，水轮转速也比较低，此时挡水块伸出容置槽，进而延长水流在叶片上的滞留时间，提升水流对水轮的驱动能力，提高能量转化率；水轮转速越大，挡水块收入容置槽中越多，在流量较大时，水轮旋转速度达到一定值后，挡水块在离心力的作用下完全收入容置槽内，避免挡水块阻碍水流快速通过水轮；

(6)通常情况下，雨量越大，下水孔附近杂质的堆积速度就会越快，在本发明中，一定范围内，随着雨量增大，水轮转动速度越快，排渣推板的转动速度也会对应地增大，排渣推板的排渣速度与雨量成正比关系，设备能够很好地自适应外界环境的变化；

(7)研究发现，第一挡流板的顶部向底部过渡过程中，第一挡流板下方中部高，两侧低，在第一挡流板下部形成两个凹槽，水流经第一挡流板流下时，大部分水流从两个凹槽中流下冲击水轮，但是从凹槽中流下的水流冲击叶片时，距离水轮转轴距离近，施加到水轮转轴上的扭矩小，从第一挡流板中部流下的水流距离水轮转轴距离远，施加到水轮转轴上的扭矩大；通过在第一挡流板表面设置上下方向的导流板，阻止水流在第一挡流板表面横向运动，同样水流流量下，可以增大水流对水轮施加扭矩的大小，进而增大驱动水轮的输出扭矩大小；

(8)在下水管上设置旁通管，当水流流量过大，来不及及时经过水轮流下时，会在水轮上方逐渐蓄积，然后多余的部分雨水通过旁通管快速排出，避免雨水倒灌，提高了设备的适应性；

(9)设置与第一挡流板相对的第二挡流板，一方面可以减少从下水管内壁绕过水轮直接流下的水量，提高能量转换率，另一方面，第二挡流板可以遮挡旁通进水口上方，雨水只能在过多时才能从下部进入旁通进水口；

(10)防堵机构运行时，安装板带动插杆上下运动，通过疏通块来疏通下水孔，有效避免下水孔堵塞，保证雨水快速经下水孔进入下水管；

(11)驱动水轮通过传动机构与排渣推板和防堵机构传动连接，形成一个联动的系统，通过调节各个零部件位置和尺寸，使防堵机构的安装板位于集水槽内运动时，排渣推板的末端刚好在集水槽外运动，当雨水流量较大时，驱动水轮转速较大，安装板和排渣推板运动速度相对较快，若水流流量进一步增大，驱动水轮转速进一步增大到接近全速运转过程中，由于安装板和排渣推板交替在水中运动，受到水流阻力会显著增大，进而限制了驱动水轮、防堵块和排渣推板转速过快，设备具有过速限制功能，可以避免叶片因高速旋转离心力过大而破裂，也可以避免排渣推板运动速度过快导致杂质四处散落，确保杂质被推出集水槽后能够接近竖直地落入下方的垃圾框里；

(12)以纯机械结构实现速度控制，与普通使用电子器件监控相比，成本和能耗低，可靠性更强；

(13)经过长期测试发现，水轮转动时，转轴会出现不规律地振动，在转轴的持续冲击下，与转轴连接处的下水管容易破裂；本发明中设置了套筒，转轴不是直接与下水管连接，而是先通过轴承与套筒连接，然后套筒通过橡胶垫与下水管的外周壁抵接，橡胶垫通过缓冲削弱了转轴振动产生的冲击力，而且冲击力被极大地分散作用在下水管上，有效避免了转轴振动对下水管造成破坏；

(14)由于转轴振动通过传导会导致下水管连接处松动，所以在转轴外轴承与套筒之间还设置了一圈减震橡胶，但是实际测试结果发现，这样会导致转轴振动幅度过大，使叶片与第一挡流板和下水管发生碰撞，经过深入观察研究发现，这是因为转轴相对套筒朝着某个方向运动时，主要是轴承到套筒之间径向部分的橡胶受力，形变量过大；在本发明中，轴承外套设有纺锤形的弹性卡环，转轴振动时，弹性卡环形变会吸收相当一部分能量，而且弹性卡环增大了轴承与减震橡胶的接触面积，轴承不论相对安装套筒朝哪个方向运动，都有接近一半的橡胶参与缓冲，极大地降低了减震橡胶的形变量，增强了转轴的稳定性。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的侧面结构示意图；

图3为本发明的排渣推板与挡渣块的位置关系示意图；

图4为本发明的排渣推板正视图；

图5为本发明的驱动水轮与第一挡流板和旁通管的位置关系示意图；

图6为本发明的驱动水轮与下水管的俯视位置关系示意图；

图7为本发明的驱动水轮与第一挡流板的俯视位置关系示意图；

图8为本发明的第一挡流板的结构示意图；

图9为本发明的第二挡流板与下水管的俯视位置关系示意图；

图10为本发明的挡水组件在叶片正面的位置示意图；

图11为本发明的挡水块伸出容置槽时的结构示意图；

图12为本发明的挡水块完全收入容置槽时的结构示意图；

图13为本发明的防堵机构结构示意图；

图14为本发明的插杆插入下水孔时的结构示意图；

图15为本发明的安装套筒结构示意图；

图16为本发明的安装套筒与下水管的连接关系示意图；

图17为本发明的弹性卡环和减震橡胶的位置关系示意图；

附图中：10-建筑，20-集水槽，21-下水管，211-第一挡流板，212-导流板，213-第二挡流板，214-旁通管，215-凹槽，22-驱动水轮，221-转轴，222-叶片，223-容置槽，224-挡水块，225-复位弹簧，226-支撑平面，227-支撑块，23-传动机构，24-排渣推板，241-让位通孔，25-下水孔，26-挡渣块，261-导向弧面，27-下水槽，31-安装座，32-安装轴，33-第一锥形齿轮，34-第二锥形齿轮，35-传动杆，36-第三锥形齿轮，37-第四锥形齿轮，40-防堵机构，41-往复丝杆，42-限位杆，43-安装板，44-插杆，45-丝杆螺母，46-疏通块，47-限位座，50-安装套筒，51-弹性卡环，52-橡胶垫，53-安装通孔，54-轴承，55-减震橡胶。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

本实施例提供一种防堵雨水收集设备，如图1和图2所示，包括集水槽20、下水管21、驱动水轮22、传动机构23和排渣推板24，下水管21的内径可以参考实施地实际的降雨量选择不同的尺寸设置，集水槽20和下水管21均安装在建筑10上。集水槽20用于汇聚屋顶上流下的雨水，集水槽20的出水端设有下水孔25，下水孔下方设有下水槽27，集水槽20通过下水槽27与下水管21的高位端连通。如图3所示，下水孔25的下游一侧设有挡渣块26，挡渣块26的底部与集水槽20的底部连接，挡渣块26封闭集水槽20末端的开口，挡渣块26靠近下水孔25的一侧设有导向弧面261。

如图5和图6所示，驱动水轮22设于下水管21内，驱动水轮22靠近下水管21的低位端，驱动水轮22设有转轴221，驱动水轮22通过转轴221与下水管21可旋转连接，驱动水轮22在水流的推动下绕转轴221转动。排渣推板24通过传动机构23与转轴221传动连接，排渣推板24在驱动水轮22的带动下转动，排渣推板24转动到靠近挡渣块26位置时，排渣推板24的末端靠近导向弧面261，排渣推板24用于推动集水槽20出水端的杂质沿导向弧面261上升并排出集水槽20。为了避免雨水被推出集水槽20，排渣推板24的中部设有多个让位通孔241(如图4所示)。杂质从集水槽20中落入下方的垃圾框里，不用人员爬上屋顶清理，避免了高空作业，提高了安全性。

具体地，请参考图1和图2，传动机构23包括安装座31、安装轴32、第一锥形齿轮33、第二锥形齿轮34、传动杆35、第三锥形齿轮36和第四锥形齿轮37，安装座31固定设置，安装轴32的一端与安装座31可旋转连接，安装轴32的另一端与第一锥形齿轮33连接，安装轴32的中部与排渣推板24的一侧相连。第四锥形齿轮37与转轴221相连，传动杆35与建筑10可旋转连接，第二锥形齿轮34和第三锥形齿轮36均安装于传动杆35，第二锥形齿轮34与第一锥形齿轮33啮合，第三锥形齿轮36与第四锥形齿轮37啮合。为了便于驱动，锥形齿轮和传动杆35等动作部件可以采用重量相对较低的材料制成，第四锥形齿轮37的直径小于第三锥形齿轮36的直径，第二锥形齿轮34的直径小于第一锥形齿轮33的直径。传动杆35和安装轴32的转速要比驱动水轮22的转轴221小很多。

如图5和图7所示，在转轴221与下水管21的中心轴线垂直，驱动水轮22的叶片222为半圆形，多个叶片222沿转轴221的周向均匀排列，叶片222所在平面与下水管21的中心轴线垂直时，叶片222的外周缘靠近下水管21内壁。下水管21内设有第一挡流板211，第一挡流板211位于驱动水轮22的上游一侧，第一挡流板211的高位端与下水管21的内壁固定连接，第一挡流板211的低位端靠近驱动水轮22，第一挡流板211用于遮挡转轴221一侧的叶片222。

如图8所示，第一挡流板211的顶部向底部过渡过程中，第一挡流板211下方中部高，两侧低，在第一挡流板211下部形成两个凹槽215，水流经第一挡流板211流下时，大部分水流从两个凹槽215中流下冲击水轮，但是从凹槽215中流下的水流冲击叶片222时，距离水轮转轴221距离近，施加到水轮转轴221上的扭矩小，从第一挡流板211中部流下的水流距离水轮转轴221距离远，施加到水轮转轴221上的扭矩大。第一挡流板211远离驱动水轮22的一侧设有多个导流板212，导流板212沿第一挡流板211的表面竖直设置，导流板212的高位端与第一挡流板211的顶部相连，导流板212的低位端与第一挡流板211的底部连接，多个导流板212沿下水管21的周向排列。附图中只画出了各个导流板212底部与第一挡流板211表面的连接位置，并未表现导流板212在竖直方向上的高度，具体可以根据实际情况来设置。通过在第一挡流板211表面设置上下方向的导流板212，阻止水流在第一挡流板211表面横向运动，同样水流流量下，可以增大水流对水轮施加扭矩的大小，进而增大驱动水轮22的输出扭矩大小。

请参考图5和图9，第一挡流板211的上游一侧设有第二挡流板213，第二挡流板213与第一挡流板211相对设置，第二挡流板213为半个圆环形，第二挡流板213的外周缘与下水管21内壁固定连接，沿下水管21内壁流经第二挡流板213的水流被导流到第一挡流板211上。下水管21上设有旁通管214，第二挡流板213的下方设有与旁通管214高位端连通的旁通进水口，驱动水轮22的下方设有与旁通管214低位端连通的旁通出水口。

为了提高能量转换率，如图10、图11和图12所示，叶片222的正面设有多个容置槽223，容置槽223靠近叶片222的周缘，容置槽223相对叶片222的正面倾斜设置，容置槽223的开口端靠近转轴221，容置槽223的封闭端靠近叶片222的外周缘，容置槽223内设有挡水组件；挡水组件包括挡水块224和复位弹簧225，挡水块224远离叶片222反面的一端设有与容置槽223的开口相配合的支撑平面226，复位弹簧225的一端与容置槽223的底部连接，复位弹簧225的另一端与挡水块224相连；叶片222静止或低速旋转时，挡水块224在复位弹簧225的支撑下伸出容置槽223，叶片222快速旋转时，挡水块224收入容置槽223内，挡水块224的底部与容置槽223内的支撑块227抵接，支撑平面226与叶片222的正面处于同一平面。

本实施例还设有防堵机构40，如图13和图14所示，防堵机构40包括往复丝杆41、限位杆42、安装板43和多个互相平行的插杆44，往复丝杆41固定安装在传动杆35的顶部，往复丝杆41的中心轴线与传动杆35的中心轴线共线，往复丝杆41在驱动机构带动下绕自身的中心轴线转动，往复丝杆41上套设有丝杆螺母45；限位杆42与往复丝杆41平行设置，安装板43套于限位杆42，安装板43与丝杆螺母45连接；插杆44设于安装板43靠近下水孔25的一侧，插杆44与限位杆42平行，插杆44与下水孔25对应设置，插杆44的直径小于下水孔25，插杆44的中部设有疏通块46，疏通块46的直径略小于下水孔25的直径，不同的疏通块46到安装板43的距离不同，所有的疏通块46不会同时位于下水孔25内，疏通块46不会将下水孔25全部封闭。安装板43下方有限位座47，安装板43运动到最低端时，安装板43与水槽底部仍然有一端距离，这样可以避免安装板43将下水孔25完全封闭。

为了减少水轮振动对下水管21产生的破坏，本实施例还包括安装套筒50和纺锤形的弹性卡环51，如图15、图16和图17所示，安装套筒50套设于下水管21外。安装套筒50通常设置为两个可拆分的半柱体，卡箍在下水管21外。套筒的内壁设有橡胶垫52，套筒通过橡胶垫52与下水管21的外周壁抵接，套筒上设有安装通孔53。驱动水轮22的转轴221端部穿过下水管21并伸入安装通孔53内，驱动水轮22上套设有轴承54，轴承54卡设于弹性卡环51内，轴承54与弹性卡环51之间、弹性卡环51与安装通孔53内周壁之间均填充有减震橡胶55。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。