城市废水集水井均恒水位排放系统及其排放方法
【专利摘要】本发明公开一种城市废水集水井均恒水位排放系统，包含：城市废水集水井，顶部设有上限水位传感器和下限水位传感器；废水通道，其连接城市废水集水井；排水泵，其进水口连接废水通道；送水压力井，其与排水泵连接；送水通道，进水口连接至送水压力井；高位出水井，其连接送水通道的出水口；高位出水井出水口将污水输送至污水处理池；控制模块和排水泵电机，控制模块接收上限水位传感器和下限水位传感器所探测的废水水位，根据废水水位对排水泵电机进行变频控制，控制排水泵的排水流量。本发明通过变频控制排水泵，使排水泵站废水集水井水位稳定在一个设定值范围内，避免了废水集水井水位大起大落和排水泵电机频频启动的现象。
【专利说明】城市废水集水井均恒水位排放系统及其排放方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种城市废水技术，具体涉及一种城市废水集水井均恒水位排放系统 及其排放方法。
【背景技术】
[0002] 城市排水系统，是处理和排除城市各种废水的系统设施，是城市公共设施的重要 组成部分，是现代城市安全和环境保护的重要体系。我国几十年来的经济高速发展，加速了 乡村城镇化和城市建筑的扩张；从本世纪初开始我国城市建筑和房地产业的迅速发展，也 促进了城市排水设施的建设，使得我国城市排水能力大大地增强。要检验一座城市的排水 能力，不但是能及时地将整个城市的污水和雨水快速通畅地排泄出去，处理好污水，保护好 环境，具备应对突发气象事件的能力；还必须体现出低碳节能的能力。
[0003] 现代城市排水离不开排水泵，排水泵都配有大功率电机驱动，一般的城市排水 泵的大功率电机每台都在260KW (千瓦）以上；而城市排水泵站都有几台以上排水泵机组 的配置(例如浦东某一泵站就有8台城市排水泵，每台排水泵电机在300KW以上，整体配电 容量已经达到3000KW);可以说每一座城市排水泵站都是能耗大户，所以对于城市众多的排 水泵站合理运行、低碳节能、保证整个城市电网的稳定，使每一个城市泵站的排水泵统筹运 行是关键。根据电动机的运行原理，由静止状态启动运转时，其能耗为正常运转时的2 - 7 倍，如多台同时启动更会造成整个供电网的电压下降，所以频繁启动城市排水泵即浪费能 源，又会造成供电网的不稳定；同时频繁启动城市排水泵，对泵体设备和电机也会造成更大 的损耗，由此减少大功率电机的频繁启动是稳定供电网和节约电能的主要手段。
[0004] 综观现有的城市排水泵站技术，一般都是由城市废水集水井中获取水位信息，由 水位传感器启动电机驱动器，再由电机驱动器启动水泵电机；当城市废水集水井中的水位 降低到控制线时，水位传感器再关闭电机驱动器，然后关闭水泵电机；当城市废水集水井水 位又上升时，再由水位传感器去启动电机驱动器，依次启动水泵电机，如此频繁反复，电机 频频启动，造成了能耗加大，设备损伤。由于城市废水集水井的上下位波动，还造成城市下 水道的流动波动，下水道的惯性波动汇集于排水泵站的废水集水井中，更造成集水井中的 水位波动，该集水井中的水位波动再去频频地去触发排水泵电机，使得排水泵电机启动更 频繁，恶性循环造成设备受损频繁，能耗居高不下，供电网频频"跳闸"。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种城市废水集水井均恒水位排放系统及其排放方法，通过均恒排水 的方法，避免水泵电机的频频启动。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种城市废水集水井均恒水位排放系统，其特点是， 该系统包含： 城市废水集水井，其侧壁下部设有城市废水进水口，城市废水通过城市废水进水口进 入城市废水集水井；城市废水集水井顶部设有上限水位传感器和下限水位传感器； 废水通道，其连接于城市废水集水井的侧壁下部； 排水泵，其排水泵进水口连接废水通道顶部； 送水压力井，其与排水泵连接，排水泵出水口连通至送水压力井的侧壁底部； 送水通道，其进水口由侧部连接至送水压力井； 高位出水井，其连接送水通道的出水口，通过送水通道与送水压力井连通； 高位出水井出水口，其设置于高位出水井的侧壁上部，将城市污水输送至后续的污水 处理池； 控制模块和排水泵电机，控制模块接收上限水位传感器和下限水位传感器所探测的城 市废水集水井中废水水位，并根据城市废水集水井中的废水水位对排水泵电机进行变频控 制，从而控制排水泵的排水流量； 当城市废水集水井中废水水位达上限位时，则排水泵电机转速加快，提高排水泵流 量； 当城市废水集水井中废水水位达下限位时，则排水泵电机转速减慢，降低排水泵流量。
[0007] 上述的排水泵电机中包含常态排水泵机组和可调速的排水泵机组；排水泵电机中 设有一台或一台以上可调速的排水泵机组。
[0008] 上述的控制模块包含： PLC控制器，其接收上限水位传感器和下限水位传感器所探测的废水水位，并根据废水 水位输出相应控制指令； 变频控制器，其接收PLC控制器输出的控制指令，控制排水泵电机调节排水泵的排水 流量。
[0009] 上述的排水泵出水口处设有排水泵单向截止门。
[0010] 上述的送水压力井的顶部设有送水压力井维修口，当城市废水集水井均恒水位排 放系统停机无水时，人员通过该送水压力井维修口进入系统维护保养。
[0011] 一种如上述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法，其特点是，该方法 包含以下步骤： 步骤1、控制模块控制排水泵和排水泵电机启动； 步骤2、上限水位传感器和下限水位传感器检测城市废水集水井中的废水水位，并传输 至控制|吴块； 步骤3、控制模块判断城市废水集水井中废水水位状况是否超限，若否，则跳转到步骤 4,若是，则跳转到步骤8; 步骤4、控制模块判断水位是否接近上限，若是，则跳转到步骤5,若否，则跳转到步骤 6 ； 步骤5、控制模块通过排水泵电机加快排水泵转速，从而降低城市废水集水井内水位， 并跳转到步骤11 ; 步骤5. 1、PLC控制器控制常态排水泵机组正常工作； 步骤5. 2、PLC控制器输出上限驱动信号至变频控制器； 步骤5. 3、变频控制器控制可调速的排水泵机组加速驱动排水泵排水，使城市废水集水 井内水位降低； 步骤6、控制模块接收下限水位传感器探测信息，并判断水位是否接近下限，若是，则跳 转到步骤7,若否，则跳转到步骤4 ; 步骤7、控制模块通过排水泵电机降低排水泵转速，从而提高城市废水集水井内水位， 并跳转到步骤11 ; 步骤7. 1、PLC控制器输出下限驱动信号至变频控制器； 步骤7. 2、变频控制器控制可调速的排水泵机组减速驱动排水泵排水，使城市废水集水 井内水位上升； 步骤8、控制模块判断水位是超上限或超下限，若是超上限，则跳转到步骤9,若是超下 限，则跳转到步骤10; 步骤9、控制模块启动超上限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11 ; 步骤9. 1、PLC控制器发出超上限警报； 步骤9. 2、值班人员应急人工启动备用排水泵机组，使城市废水集水井水位降低； 步骤10、控制模块启动超下限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11 ; 步骤10. 1、PLC控制器发出超下限警报； 步骤10. 2、值班人员应急人工关闭常态排水泵机组，由可调速的排水泵机单独运行； 步骤11、城市废水集水井均恒水位排放系统维持控制水位，并跳转到步骤2。
[0012] 本发明城市废水集水井均恒水位排放系统及其排放方法和现有技术的城市废水 排放技术相比，其优点在于，本发明通过变频控制排水泵，从而使排水泵站废水集水井水位 稳定在一个设定值范围内，避免了废水集水井水位大起大落的现象，消除了因集水井水位 的大起大落而造成的下水道惯性"涌动"。由于废水集水井水位稳定，避免了排水泵电机频 频启动现象，设备完好率提升到了 94%，而原来仅55%。本发明实施后，供电网非常稳定， 节能效果特别明显，由于消除了排水泵电机频频启动的能源消耗，比原有技术泵站节省电 能20%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明城市废水集水井均恒水位排放系统的结构示意图； 图2为本发明城市废水集水井均恒水位排放系统的工作原理图； 图3为本发明城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
[0015] 如图1所示，公开一种城市废水集水井均恒水位排放系统的实施例。该城市废水 集水井均恒水位排放系统在地面11下设有城市废水集水井16、废水通道18、排水泵20、送 水压力井23、送水通道25、高位出水井09。
[0016] 其中城市废水集水井16、废水通道18、排水泵20、送水压力井23、送水通道25、高 位出水井09都采用混领土结构13、14。在城市废水集水井16、废水通道18、排水泵20、送 水压力井23、送水通道25、高位出水井09周围铺设有地下填埋物26,例如土方。
[0017] 城市废水集水井16侧壁下部设有城市废水进水口 15,城市废水通过城市废水进 水口 15进入城市废水集水井16。城市废水集水井16顶部开口与地面11相平、高于海平 面12,在城市废水集水井16顶部设有上限水位传感器02和下限水位传感器03,分别用探 测城市废水集水井16中废水水位的上限水位和下限水位。
[0018] 废水通道18连接于城市废水集水井16的侧壁下部，并且延伸至与送水压力井23 相邻。废水通道18设置于海平面12以下。
[0019] 送水压力井23设置在地面11下，其顶部与地面11交界处设有送水压力井维修口 24,当城市废水集水井均恒水位排放系统停机无水时，人员可通过该送水压力井维修口 24 进入系统维护保养。
[0020] 排水泵20设置在一个位于地面11下的排水泵房17中，该排水泵房17种设有可 通向地面的楼梯供工作人员视察排水泵20的工作状态。其排水泵进水口 15连接废水通道 18的顶部，排水泵出水口 21连通至送水压力井23的侧壁底部，城市废水集水井16中的城 市废水流至废水通道18,通过排水泵20将废水通道18中的废水排至送水压力井23。在排 水泵出水口 21处还设有排水泵单向截止门22,以防止废水回流。
[0021] 送水通道25进水口由侧部连接至送水压力井23的侧边。送水通道25位于海平 面以下。
[0022] 高位出水井09连接送水通道25的出水口，通过送水通道25从而与送水压力井23 连通。
[0023] 高位出水井09的上部高于地面11，其高位出水井出水口 10设置于所述高位出水 井09的侧壁上部，用于将城市污水输送至后续的污水处理池，该污水处理池可以是污水处 理厂的生物细菌处理池。
[0024] 城市废水集水井均恒水位排放系统在地面11上，依次相邻设有城市废水集水井 房01、控制室04、排水泵电机房05、配电室07。
[0025] 城市废水集水井房01设置在城市废水集水井16上。
[0026] 排水泵电机房05中设有排水泵电机06,排水泵电机06连接排水泵20,排水泵电 机06中包含常态排水泵机组和可调速的排水泵机组，其中排水泵电机06中设有一台或一 台以上可调速的排水泵机组。可调速的排水泵机组用于对排水泵20进行变频控制，从而控 制排水泵20的排水流量。
[0027] 控制室04中设有控制模块，控制模块包含可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller)控制器和变频控制器，本实施例中变频控制器采用上海文君自动化科 技公司制造的型号为HC1-P。PLC控制器连接上限水位传感器02与下限水位传感器03的 输出端，以及变频控制器输入端。PLC控制器用于接收上限水位传感器02和下限水位传感 器03所探测的城市废水集水井16中废水水位，并根据废水水位输出相应控制指令。变频 控制器用于接收PLC控制器输出的控制指令，控制排水泵电机06调节排水泵20的排水流 量。当城市废水集水井16中废水水位达上限位时，则排水泵电机06转速加快，提高排水泵 20流量；当城市废水集水井16中废水水位达下限位时，则排水泵电机06转速减慢，降低排 水泵20流量。
[0028] 配电室07中设有电源，用于分别向控制模块、排水泵电机06和排水泵20提供电 能。
[0029] 本城市废水集水井均恒水位排放系统还包含有备用排水泵机组，由于人工介入控 制，用于应急处理紧急状态 如图2所示，本发明城市废水集水井均恒水位排放系统的工作原理如下：当本发明启 动泵站时，由城市废水集水井16上方的上限水位传感器02和下限水位传感器03检测出水 位，水位信息传至控制室后，立即启动二种水泵电机：第一种是常态排水泵机组，该类水泵 电机只作常态均速运转，均流排水，需要开启几台由人工根据实际排水量设定；第二种水泵 是可调速的排水泵机组，该类排水泵的排水量由水位传感器的数据，经过PLC控制器的驱 动，由变频控制器调控水泵的电机的转速，当城市废水集水井16的水位在上限位时，排水 泵电机06就转速加快，排水泵20流量就大；反之，当城市废水集水井16的水位在下限位 时，排水泵电机06就转速减慢，排水泵20流量就小。本发明的变频控制器(上海文君自动 化科技公司制造，型号：HC1-P)可以将排水泵电机06的转速自动调节到最低值。可调速的 排水泵的作用，其实是起到了整个排水泵站的常态排水泵机组旁通均流调节作用，从而使 得废水集水井的水位始终控制在允许升降的范围内。
[0030] 当遇到城市水管爆裂或气象突发等情况，本发明还可以启动紧急预备措施：即人 工启动备用排水泵机组；备用排水泵机组的并网启用，可使得排水能力翻倍增加，促使城市 废水集水井16水位恢复到设定值。
[0031] 如图3所示，本发明还公开一种城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法， 该方法包含以下步骤： 步骤1、控制模块控制排水泵20和排水泵电机06启动。
[0032] 步骤2、上限水位传感器02和下限水位传感器03检测城市废水集水井16中的废 水水位，并传输至控制模块。本发明的水位信息分为上限位和下限位，受控的水位设定在上 限位和下限位之间；上限位和下限位的距离越近，控制精度就越高；本发明控制精度能达 到2厘米左右，如此位差精度，就绝对不会对下水道造成惯性"涌动"。
[0033] 步骤3、控制模块判断城市废水集水井16中废水水位状况是否超限，若否，则跳转 到步骤4,若是，则跳转到步骤8。
[0034] 步骤4、控制模块判断水位是否接近上限，若是，则跳转到步骤5,若否，则跳转到 步骤6。
[0035] 步骤5、控制模块通过排水泵电机06加快排水泵20转速，从而降低城市废水集水 井16内水位，并跳转到步骤11。
[0036] 步骤5包含以下步骤： 步骤5. 1、PLC控制器控制常态排水泵机组正常工作。
[0037] 步骤5. 2、PLC控制器输出上限驱动信号至变频控制器。
[0038] 步骤5. 3、变频控制器控制可调速的排水泵机组加速驱动排水泵20排水，使城市 废水集水井16内水位降低。
[0039] 步骤6、控制模块接收下限水位传感器03探测信息，并判断水位是否接近下限，若 是，则跳转到步骤7,若否，则跳转到步骤4。
[0040] 步骤7、控制模块通过排水泵电机06降低排水泵20转速，从而提高城市废水集水 井16内水位，并跳转到步骤11。
[0041] 步骤7包含以下步骤： 步骤7. 1、PLC控制器输出下限驱动信号至变频控制器。
[0042] 步骤7. 2、变频控制器控制可调速的排水泵机组减速驱动排水泵20排水，使城市 废水集水井16内水位上升。
[0043] 步骤8、控制模块判断水位是超上限或超下限，若是超上限，则跳转到步骤9,若是 超下限，则跳转到步骤10。
[0044] 步骤9、当气候异常、倾盆大雨，水管爆裂等城市排水量特别多时，废水集水井中的 水位出现超上限现象，控制模块启动超上限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11。
[0045] 步骤9包含以下步骤： 步骤9. 1、PLC控制器自动发出超上限警报，通知泵站值班人员。
[0046] 步骤9. 2、值班人员应急人工启动备用排水泵机组，备用排水泵机组的并网启用， 可使得排水能力翻倍增加，使城市废水集水井16水位降低，恢复设定值。
[0047] 步骤10、当气候异常、特别干旱，城市排水量又特别少，废水集水井中的水位出现 超下限现象，控制模块启动超下限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11。
[0048] 步骤10包含以下步骤： 步骤10. 1、PLC控制器自动发出超下限警报，通知泵站值班人员。
[0049] 步骤10. 2、值班人员应急人工关闭常态排水泵机组，由可调速的排水泵机单独运 行。
[0050] 步骤11、城市废水集水井均恒水位排放系统维持控制水位，并跳转到步骤2。
[0051] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1. 一种城市废水集水井均恒水位排放系统，其特征在于，该系统包含： 城市废水集水井（16),其侧壁下部设有城市废水进水口（ 15)，城市废水通过城市废水 进水口（15)进入城市废水集水井（16);城市废水集水井（16)顶部设有上限水位传感器 (02)和下限水位传感器（03); 废水通道（18)，其连接于所述城市废水集水井（16)的侧壁下部； 排水泵（20 )，其排水泵进水口（ 15 )连接所述废水通道（18 )顶部； 送水压力井（23)，其与所述的排水泵（20)连接，排水泵出水口（21)连通至送水压力井 (23)的侧壁底部； 送水通道（25)，其进水口由侧部连接至所述的送水压力井（23); 高位出水井（09 )，其连接所述送水通道（25 )的出水口，通过送水通道（25 )与送水压力 井（23)连通； 高位出水井出水口（10)，其设置于所述高位出水井（09)的侧壁上部，将城市污水输送 至后续的污水处理池； 控制模块和排水泵电机（06)，控制模块接收所述上限水位传感器（02)和下限水位传 感器（03)所探测的城市废水集水井（16)中废水水位，并根据城市废水集水井（16)中的废 水水位对排水泵电机（06)进行变频控制，从而控制排水泵（20)的排水流量； 当城市废水集水井（16)中废水水位达上限位时，则排水泵电机（06)转速加快，提高排 水泵（20)流量； 当城市废水集水井（16)中废水水位达下限位时，则排水泵电机（06)转速减慢，降低排 水泵（20)流量。
2. 如权利要求1所述的城市废水集水井均恒水位排放系统，其特征在于，所述的排水 泵电机（06)中包含常态排水泵机组和可调速的排水泵机组；所述的排水泵电机（06)中设 有一台或一台以上可调速的排水泵机组。
3. 如权利要求2所述的城市废水集水井均恒水位排放系统，其特征在于，所述的控制 模块包含： PLC控制器，其接收所述上限水位传感器（02)和下限水位传感器（03)所探测的废水水 位，并根据废水水位输出相应控制指令； 变频控制器，其接收PLC控制器输出的控制指令，控制排水泵电机（06)调节所述排水 泵（20)的排水流量。
4. 如权利要求1所述的城市废水集水井均恒水位排放系统，其特征在于，所述的排水 泵出水口（21)处设有排水泵单向截止门（22)。
5. 如权利要求1所述的城市废水集水井均恒水位排放系统，其特征在于，所述的送水 压力井（23)的顶部设有送水压力井维修口（24)，当城市废水集水井均恒水位排放系统停 机无水时，人员通过该送水压力井维修口（24)进入系统维护保养。
6. -种如权利要求1到5中任意一项所述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放 方法，其特征在于，该方法包含以下步骤： 步骤1、控制t吴块控制排水栗（20)和排水栗电机（06)启动； 步骤2、上限水位传感器（02)和下限水位传感器（03)检测城市废水集水井（16)中的 废水水位，并传输至控制模块； 步骤3、控制模块判断城市废水集水井（16)中废水水位状况是否超限，若否，则跳转到 步骤4,若是，则跳转到步骤8; 步骤4、控制模块判断水位是否接近上限，若是，则跳转到步骤5,若否，则跳转到步骤 6 ； 步骤5、控制模块通过排水泵电机（06)加快排水泵（20)转速，从而降低城市废水集水 井（16)内水位，并跳转到步骤11 ; 步骤6、控制模块接收下限水位传感器（03)探测信息，并判断水位是否接近下限，若 是，则跳转到步骤7,若否，则跳转到步骤4 ; 步骤7、控制模块通过排水泵电机（06 )降低排水泵（20 )转速，从而提高城市废水集水 井（16)内水位，并跳转到步骤11 ; 步骤8、控制模块判断水位是超上限或超下限，若是超上限，则跳转到步骤9,若是超下 限，则跳转到步骤10; 步骤9、控制模块启动超上限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11 ; 步骤10、控制模块启动超下限紧急处理措施，完成后跳转到步骤11 ; 步骤11、城市废水集水井均恒水位排放系统维持控制水位，并跳转到步骤2。
7. 如权利要求6所述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法，其特征在于， 所述步骤5包含以下步骤： 步骤5. 1、PLC控制器控制常态排水泵机组正常工作； 步骤5. 2、PLC控制器输出上限驱动信号至变频控制器； 步骤5. 3、变频控制器控制可调速的排水泵机组加速驱动排水泵（20)排水，使城市废 水集水井（16 )内水位降低。
8. 如权利要求6所述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法，其特征在于， 所述步骤7包含以下步骤： 步骤7. 1、PLC控制器输出下限驱动信号至变频控制器； 步骤7. 2、变频控制器控制可调速的排水泵机组减速驱动排水泵（20)排水，使城市废 水集水井（16)内水位上升。
9. 如权利要求6所述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法，其特征在于， 所述步骤9包含以下步骤： 步骤9. 1、PLC控制器发出超上限警报； 步骤9. 2、值班人员应急人工启动备用排水泵机组，使城市废水集水井（16)水位降低。
10. 如权利要求6所述的城市废水集水井均恒水位排放系统的排放方法，其特征在于， 所述步骤10包含以下步骤： 步骤10. 1、PLC控制器发出超下限警报； 步骤10. 2、值班人员应急人工关闭常态排水泵机组，由可调速的排水泵机单独运行。
【文档编号】E03F5/04GK104060675SQ201310091903
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】李建勇, 杨伟忠, 陈志伟, 沈振亮, 龚磊, 胡盛梁, 冯晓卿, 茅璐云, 何敏, 陈吉明, 宣建岚, 朱灵, 顾士杰, 黄怡, 沈宁, 孔利明 申请人:上海市城市排水有限公司