一种利用负压加速集水的气动降水装置的制作方法

1.本实用新型总体上涉及建筑工程领域，具体而言涉及一种利用负压加速集水的气动降水装置。


背景技术：

2.在我国，在建和拟建的高速公路隧道、地铁、地下管网等地下工程日益增多，而这些地下工程不可避免要穿越工程水文地质条件复杂的地段。地下工程修建之前，地下水渗流场处于一种动态平衡的状态，但是地下工程施工可能会打破这种平衡，导致地下水渗到地下工作面上。为保证地下工作面的安全以及方便施工，需要进行区域性的降水工程。目前工程上采用的降水装置主要是真空泵及潜水泵或气动降水装置等。然而，在自然状态下，降水井周边土壤中的缝隙水在重力的作用下向降水井内聚集，集水速度受到限制，从而影响水工期。因此需要一种能够自动降水的装置，从而加快集水速度，增大降水量，缩短整体降水工期。


技术实现要素：

3.从现有技术出发，本实用新型的任务是提供一种利用负压加速集水的气动降水装置，通过该气动降水装置，可加快降水井的集水速度，增大降水量，提高整体降水效率，缩短降水工期。
4.根据本实用新型，前述任务通过一种利用负压加速集水的气动降水装置来解决，包括：
5.密封井罩，其将降水井的井口密封，所述密封井罩的顶部具有多个通孔；
6.plc控制柜，其位于所述密封井罩之外；
7.罗茨风机，其与所述plc控制柜电连接；
8.抽气管，其与所述罗茨风机连接，并穿过所述通孔延伸至降水井内；
9.压力传感器，其与所述plc控制柜电连接；
10.螺杆空压机，其与所述plc控制柜信号连接；
11.主气管，其一端与所述螺杆空压机连接，另一端延伸至所述plc控制柜内部；
12.上分气管，其上端延伸至所述plc控制柜内部与所述主气管连接；
13.分气阀，其与所述上分气管连接；
14.下分气管，其与所述分气阀连接，并通过所述通孔延伸至所述降水井内；
15.气水置换器，其位于降水井的底部并与所述下分气管连接；以及
16.排水管，其穿过所述通孔与所述气水置换器连接。
17.进一步地，所述气水置换器的顶部设置有进气口和出水口；
18.所述气水置换器的进气口与所述下分气管连接；
19.所述排水管与所述气水置换器的出水口连接；
20.所述气水置换器的侧壁设置有进水口，进水口设置有自动门。
21.进一步地，通过所述密封井罩顶部的多个通孔将管路或器材放置在降水井内，且所述通孔的缝隙用结构胶封堵；
22.降水井的井口处设置有膨润土，所述密封井罩的侧面至少部分插入所述膨润土。
23.进一步地，所述密封井罩以下的抽气管为割缝或开筛的抽气管，具有多个进气口；
24.所述抽气管的底端位于降水井内地下水的水面以上。
25.进一步地，通过所述plc控制柜设置压缩气体的注气时间、放气时间以及降水井内的压强范围。
26.进一步地，所述压力传感器具有探头、变送器以及连接探头和变送器的线路，其中所述探头和线路穿过所述通孔延伸至降水井内，所述探头位于降水井内地下水的水面以上；
27.所述压力传感器测量降水井内的压强，当降水井内的压强达到大气压时，所述plc控制柜接收到所述压力传感器的电信号，然后发送电信号控制所述罗茨风机启动，排出降水井内的空气；
28.当降水井内的压强到达0kpa时，所述plc控制柜接收到所述压力传感器的电信号，然后发送电信号控制所述罗茨风机停止运行。
29.进一步地，所述plc控制柜向所述螺杆空压机发送信号控制所述螺杆空压机的启动和停止；
30.所述螺杆空压机被配置为产生压缩气体。
31.进一步地，所述分气阀为具有第一口、第二口和第三口的三通阀，其中第一口与所述上分气管的下端连接，第二口与所述下分气管的上端连接，第三口用于连通大气；
32.所述分气阀与所述plc控制柜信号连接。
33.进一步地，所述plc控制柜向分气阀发送信号，控制所述分气阀关闭所述第一口，并打开所述第二口和第三口，所述下分气管和所述气水置换器与大气连通；
34.所述气水置换器内的气体沿着所述下分气管，通过所述分气阀的第三口排出；
35.所述气水置换器的进水口的自动门受到降水井内的地下水的压力而开启，地下水进入所述气水置换器。
36.进一步地，所述plc控制柜向所述分气阀发送信号控制所述分气阀的第一口和第二口开启、第三口关闭，使所述上分气管和所述下分气管连通，所述压缩气体从所述螺杆空压机经过所述主气管、所述上分气管和所述下分气管输送至所述气水置换器；
37.所述压缩气体输送至所述气水置换器后，所述气水置换器的进水口的自动门受到压力而关闭，同时所述气水置换装置内的地下水受到压力进入所述排水管，并经过所述排水管输送至降水井外的排水管道。
38.本实用新型至少具有下列有益效果：(1)本实用新型提供了一种利用负压加速集水的气动降水装置，通过该气动降水装置，可加快降水井的集水速度，增大降水量，提高整体降水效率，缩短降水工期；(2) 该气动降水装置自动化运行，不需要人工巡检及频繁开合电闸，减少人工成本；(3)该气动降水装置可实现持续降水，降水井内无水空转运行也不影响运行；(4)该气动降水装置操作简便、省时省力、降水速度快。
附图说明
39.下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本实用新型。
40.图1示出了本实用新型一个实施例的一种利用负压加速集水的气动降水装置的结构示意图；
41.图2示出了本实用新型一个实施例的一种利用负压加速集水的气动降水装置的抽气管结构示意图；以及
42.图3示出了本实用新型一个实施例的利用负压加速集水的气动降水装置的工作流程。
具体实施方式
43.应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
44.在本实用新型中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。
45.在本实用新型中，各实施例仅仅旨在说明本实用新型的方案，而不应被理解为限制性的。
46.在本实用新型中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
47.在此还应当指出，在本实用新型的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本实用新型的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
48.在此还应当指出，在本实用新型的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。
49.在本技术中，管道等输送装置之间的“连接”不仅表示机械连接，而且表示流体的流通、即所连接元件之间的“连通”。
50.下面根据具体实施例进一步阐述本实用新型。
51.图1示出了本实用新型一个实施例的一种利用负压加速集水的气动降水装置的结构示意图；图2示出了本实用新型一个实施例的一种利用负压加速集水的气动降水装置的抽气管结构示意图。
52.如图1所示，一种利用负压加速集水的气动降水装置包括密封井罩 101、plc控制柜102、罗茨风机103、抽气管104、压力传感器105、螺杆空压机106、主气管107、分气管108、分气阀109、气水置换器110 和排水管111。
53.降水井200用于降低地下水位或疏干地下水。降水井200内设置过滤网400用于过滤泥沙，防止泥沙进入降水井内造成於堵。降水井200 的井口处设置膨润土300封井。
54.密封井罩101位于降水井200上，将降水井200的井口密封。密封井罩11的侧面有50毫米插入膨润土300，且密封井罩与膨润土的衔接处用水泥密封。密封井罩101的顶部具有多个通孔(未示出)，可以通过该通孔将管路或器材放置在降水井内，并且通孔的缝隙用结构胶封堵，保证密封效果，防止外界空气进入井内，造成压强损失。密封井罩 101采用金属材质，在保证密封效果的情况下，具有一定承载力，可防止人员误踩掉入井内。
55.plc控制柜102位于密封井罩101之外，其用于控制气动降水装置的设备来实现降水井内快速集水以及降水井内积水外排的全自动运行。
56.罗茨风机103位于密封井罩101之外，并与plc控制柜102电连接。罗茨风机103用于排出降水井200内的空气。罗茨风机103将降水井内的空气排出后，在降水井内形成微负压，使降水井内的集水速度增加。 plc控制柜102控制罗茨风机103的启停从而控制降水井内的负压状态。
57.抽气管104与罗茨风机103的连接并穿过密封井罩101的通孔延伸至降水井内，抽气管104的底端位于降水井内的地下水500的水面以上。如图2所示，抽气管104在密封井罩101以下的部分采用割缝或开筛的管材，在密封井罩101以下的抽气管104的管身具有多个进气口1041。在相同压力下，采用割缝或开筛的管材能够减小阻力，可以增大进气截面积，增大进气量。抽气管104采用非金属材质，如pe、pvc管材等，防止金属管材生锈影响抽气效果。
58.压力传感器105与plc控制柜102电和信号连接。压力传感器105 包括探头1051、线路1052、变送器1053，其中线路1052连接变送器 1053和探头1051。压力传感器105的线路1052和探头1051穿过密封井罩101的通孔放置在降水井内，且压力传感器105的探头1051位于降水井内地下水500的水面以上。探头1051测量降水井内的压强，通过线路1052传送至变送器1053，再由变送器1053发送电信号至plc 控制柜102。
59.压力传感器105测量降水井内的压强，当降水井内的压强达到当地大气压时，plc控制柜102接收到压力传感器105的电信号，然后发送电信号控制罗茨风机103启动，排出降水井内的空气；当降水井内的压强到达0kpa时，plc控制柜102接收到压力传感器105的信号，然后发送电信号控制罗茨风机103停止运行，以此产生循环，使降水井内始终保持设定负压状态，由与井内外压强不同，降水井附近土壤中的孔隙水会加速流向降水井内，加快集水速度。
60.螺杆空压机106位于密封井罩101之外，其与plc控制柜102信号连接，用于产生压缩气体，其中压缩气体的压强保持在500kpa-600kpa 区间。
61.主气管107位于密封井罩101之外，主气管107的一端与螺杆空压机106连接，主气管107的另一端延伸至plc控制柜102内部。主气管 107用于输送螺杆空压机106产生的压缩气体。
62.分气管108包括上分气管1081和下分气管1082。上分气管1081 位于密封井罩101之外，且上分气管1082的上端延伸至plc控制柜102 内部，并与主气管107连接，下端与分气阀109连接。下分气管1082 的上端与分气阀109连接，并通过密封井罩101的通孔延伸至降水井内，下分气管1082的下端与气水置换器110连接。分气管108用于将压缩气体输送至气水置换器110。在本实用新型的其他实施例中，可以设置多个分气管与主气管连接。
63.分气阀109位于密封井罩101之外，与plc控制柜102信号连接，用于控制压缩气体注入气水置换器110的启停。分气阀109为三通阀，其中第一口与上分气管1081的下端连接，第二口与下分气管1082的上端连接，第三口用于连通大气。打开第一口和第二口并关闭第三口，上分气管和下分气管连通。
64.气水置换器110位于降水井的底部，气水置换器的进气口与分气管 108连接。气水置换器110还包括进水口(未示出)，其设置在气水置换器的侧壁。进水口设置有自动门，注
气时，在压缩气体的压力作用下，自动门关闭；停止注气后，自动门受到降水井内地下水的压力而开启。
65.排水管111通过密封井罩101的通孔伸入降水井内，排水管111的下端与气水置换器110的出水口连接，排水管111的上端与降水井外的排水管道112连接。
66.图3示出了本实用新型一个实施例的利用负压加速集水的气动降水装置的工作流程。
67.如图3所示，利用负压加速集水的气动降水装置的降水过程如下：
68.步骤1，开启气动降水装置。启动plc控制柜，plc控制柜控制压力传感器开启。
69.步骤2，设置降水注气和放气时间以及井内压强目标区间。通过plc 控制柜设置压缩气体的注气时间、放气时间以及降水井内的压强范围。注气时间为压缩气体注入气水置换器的时间。放气时间为打开分气阀的第三口连通大气，将残余气体顺着分气管排出气水置换器的时间。在本实用新型的一个实施例中，设置注气时间为60秒、放气时间为30秒，注气与放气交替进行，设置降水井内的压强范围在0-101.325kpa。
70.步骤3，启动罗茨风机来控制降水井的内压强在设置范围内。压力传感器测量降水井内的压强，当降水井内的压强达到大气压时，plc控制柜接收到压力传感器的信号，然后控制罗茨风机启动，排出降水井内的空气来降低降水井内的压强；当降水井内的压强到达0kpa时，plc 控制柜控制罗茨风机停止运行；循环操作以使降水井内压强始终保持在 0kpa到大气压的范围，从而保持井内外的压强差。由于在降水井内形成微负压，降水井周边土壤中的地下水加速流入降水井，可以加快井内集水速度。本实用新型的一个实施例中，大气压为101.325kpa，降水井内的压强范围在0-101.325kpa。
71.步骤4，开启螺杆空压机以产生压缩气体。plc控制柜向螺杆空压机发送信号来控制螺杆空压机开启，以产生压缩气体，压缩气体的压强保持在500kpa-600kpa区间。
72.步骤5，排出气水置换器内的残余气体，地下水进入气水置换器。在放气时间内，plc控制柜向分气阀发送信号，控制分气阀关闭第一口，并开启第二口和第三口，使下分气管和气水置换器与大气连通，气水置换器内的残余气体沿着下分气管，通过分气阀的第三口排出。同时，气水置换器的进水口的自动门受到降水井内的地下水的压力而开启，地下水进入气水置换器。
73.步骤6，向气水置换器内注气，气水置换器排水。在注气时间内， plc控制柜向分气阀发送信号控制分气阀的第一口和第二口开启，第三口关闭，使上分气管和下分气管连通，压缩气体从螺杆空压机经过主气管、下分气管和上分气管输送至气水置换器。压缩气体输送至气水置换器后，气水置换器的进水口的自动门受到压力而关闭，同时气水置换器内的地下水受到压力进入排水管，并经过排水管输送至排水管道。
74.重复步骤5和步骤6直到降水工程结束。
75.步骤7，关闭气动降水装置。降水工程结束后，通过plc控制柜上的开关关闭降水装置，首先plc控制柜控制压力传感器、螺杆空压机和罗茨风机关闭，最后plc控制柜关闭。
76.本实用新型至少具有下列有益效果：(1)本实用新型提供了一种利用负压加速集水的气动降水装置，通过该气动降水装置，可加快降水井的集水速度，增大降水量，提高整体降水效率，缩短降水工期；(2) 该气动降水装置自动化运行，不需要人工巡检及频繁开合电闸，减少人工成本；(3)该气动降水装置可实现持续降水，降水井内无水空转运行也不影
响运行；(4)该气动降水装置操作简便、省时省力、降水速度快。
77.虽然本实用新型的一些实施方式已经在本技术文件中予以了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本实用新型的范围。所附权利要求书旨在限定本实用新型的范围，并借此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。