一种无动力匀速排水控流装置的制作方法

本发明涉及水质净化及控制的技术领域，具体涉及一种无动力匀速排水控流装置。

背景技术：

建设海绵城市，是指城市能够像海绵一样，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设技术指南》中涉及的重要控制目标之一—“雨水径流总量控制”术语中的“控制”指的是总量控制，即包括径流污染物总量和径流体积。

在海绵城市建设(新建、改造)工程中，实际上真正符合海绵城市建设要求，并且能够设计核算的海绵设施有效调蓄量：是指设施既可以降雨时将汇入的定量雨水在设施内储存一段时间，又可以降雨停止时在规划的时间(24小时或24小时的倍数(不大于3)内排空)将这些水量排出水体，为下次降雨汇入的雨水腾出储存空间。因而为实现海绵设施的有效调蓄能力，真正实现消减径流峰值流、延缓径流峰值间、调蓄水量可准确规划等目的，必须对调蓄空间的出水进行有效的流量控制。

为了实现上述对水体出水流量控制的目标，一般采用以下几种方式：第一利用重力作用，通过低位设置的阀门管道系统或者开孔孔板等，将需要排出的调蓄水量释放。第二利用外部提供的动能，驱动水泵或其它动力装置结合水位控制设施将水从水体中提升或输送出来。目前采用的手段和方式都存在一些问题。利用重力作用的排放方式，不需要外部提供动力，但是随着水体调蓄空间水位的降低，排放流量会持续降低，出水流量变化较大，对于要求较长周期以实现缓慢、均匀地对水量加以释放的环境下，不适用此种方法。利用水泵或其它动力装置结合水位控制设施，调蓄空间的水量可以实现稳定流量的可规划控制排出，但是在很多环境下，难以提供稳定的动力源和机电设备；即使有动力源也会因为工程实施和运行维护复杂，难以运用推广。

现有技术中用于自流系统的控流装置往往包括有消除水压差的排水管及浮子(如浮球阀等)，在控流过程中需要浮子提供的浮力同时克服浮子自身重力以及外部水压以托起浮子，为了获得较大浮力就需要将浮子的尺寸设计得很大，因而会增大整个控流装置的尺寸和质量，从而给控流装置的成本、运输、安装、维护都带来困难。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种无动力匀速排水控流装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无动力匀速排水控流装置，其特征在于：包括进水头部、进水滤网、进水管、箱体、分流三通、上部管体、下部管体、下部水压连通口、上部入流口、下部防护滤网、承插滑动部件、浮动止水部件、出水控制管、出水口、通气帽、排污阀；其中，

所述进水头部设置于所述进水管的一端且与所述进水管的内部连通，所述进水头部与所述进水管的一端连接位置处设置有所述进水滤网，所述进水管的另一端与位于所述箱体内部的分流三通的汇流口连通；

在所述箱体的内部设置有上部管体、下部管体，所述上部管体的左端与所述分流三通的上流口连通，所述下部管体的左端与所述分流三通的下流口连通；

在所述下部管体的上侧壁上开设有下部水压连通口，所述浮动止水部件通过承插滑动部件套设于下部水压连通口上方，在所述下部水压连通口的内部与所述下部管体连通的位置设置有下部防护滤网；

在所述上部管体的下侧壁上开设有上部入流口，且所述上部入流口的开设位置与所述下部水压连通口的开设位置对应；

所述下部管体的右端从所述箱体中穿出并连接设置有排污阀，在所述下部管体的右端与所述箱体的右侧壁之间且位于所述下部管体的两侧还连接有出水控制管，所述出水控制管从所述箱体的下方穿出并在所述出水控制管的穿出端部设置有出水口；

在所述箱体的顶部还开设有通气孔，在所述通气孔上设置有通气帽。

进一步地，所述进水头部设置为上窄下宽的锥台形。

进一步地，所述进水管的进水管口高度比所述进水头部的底面高出20mm。

进一步地，所述下部防护滤网的孔径小于所述进水滤网的孔径。

进一步地，所述下部水压连通口向上凸出形成有管壁，所述浮动止水部件向下凸出设置有承插滑动部件，所述承插滑动部件的内孔孔径大于所述管壁的外径，所述承插滑动部件外套于所述管壁的外周且与所述管壁相互配合；所述承插滑动部件的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台。

进一步地，所述下部水压连通口向上凸出形成有管壁，所述浮动止水部件向下凸出设置有承插滑动部件，所述承插滑动部件的内孔孔径等于所述管壁的外径，所述承插滑动部件外套于所述管壁的外周且与所述管壁相互配合；所述承插滑动部件的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台。

进一步地，所述下部水压连通口向上凸出形成有管壁，所述浮动止水部件向下凸出设置有承插滑动部件，所述承插滑动部件的内孔孔径小于所述管壁的外径，所述承插滑动部件外套于所述管壁的外周且与所述管壁相互配合；所述承插滑动部件的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台。

进一步地，浮动止水部件的内部设置有轴向止挡筒体，所述轴向止挡筒体的外壁的径向尺寸小于所述下部水压连通口的孔径，且所述轴向止挡筒体的下端低于所述承插滑动部件的下端。

进一步地，所述出水控制管包括位于所述下部管体的两侧设置的出水控制左管和出水控制右管，所述出水控制左管和出水控制右管的高度相等且出水控制左管和出水控制右管的上端部均位于所述上部管体的位置；在出水控制左管和出水控制右管的侧壁分别开设有开口。

本发明的有益效果是：

(1)本装置利用浮动止水部件所受浮力和水压差克服自身重力的作用实现在较长周期内缓慢、均匀地对水量加以释放的要求，不需要外部提供动力，适用于难以提供动力源的场所，具有广泛的适用性。

(2)本装置利用基本恒定的水压差，降低了浮体为克服外部水压需要的较大体积要求，减少了外部水位(水压)的变化对箱体内水位平衡影响，箱体水位基本保持恒定，出水控制管的出水量可以均匀恒定。

(3)本装置无需动力源和机电设备，无需人工操作，装置的工程实施和运行维护简单方便，易于运用推广。

(4)结合该设备控制的水体能针对海绵城市建设的实际需求，快速高效地达到需要控制的雨水径流体积，实现缓慢、均匀、可设定流量的水量控制释放，达到雨水的延时调节作用，不仅能够削减径流峰值流、延缓径流峰值间、调蓄水量可准确规划等目的，还能很好地控制径流污染，可以有效地满足海绵城市建设中的总量控制指标。

附图说明

图1为本发明一种无动力匀速排水控流装置的结构侧视图；

图2为本发明中浮动止水部件位置的结构放大图；

图3为本发明一种无动力匀速排水控流装置的结构俯视图；

图4为本发明一种采用该控流装置的水体调蓄系统的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示，一种无动力匀速排水控流装置，包括进水头部1、进水滤网2、进水管3、箱体4、分流三通5、上部管体a、下部管体b、下部水压连通口6、上部入流口7、下部防护滤网8、承插滑动部件9、浮动止水部件10、出水控制管11、出水口12、通气帽13、排污阀14；其中，

进水头部1设置于进水管3的一端且与进水管3的内部连通，进水头部1与进水管3的一端连接位置处设置有进水滤网2，进水管3的另一端与位于箱体4内部的分流三通5的汇流口5-1连通，分流三通5的汇流口5-1通过法兰固定连接于箱体4上；

在箱体4的内部设置有上部管体a、下部管体b，上部管体a的左端与分流三通5的上流口5-2通过活接连接以保证内部连通，下部管体b的左端与分流三通5的下流口5-3通过活接连接以保证内部连通；

在下部管体b的上侧壁上开设有下部水压连通口6，浮动止水部件10通过承插滑动部件9套设于下部水压连通口6上方，在下部水压连通口6的内部与下部管体b连通的位置设置有下部防护滤网8，避免水中的颗粒物影响承插滑动部件9的运行；

在上部管体a的下侧壁上开设有上部入流口7，且上部入流口7的开设位置与下部水压连通口6的开设位置对应；

下部管体b的右端从箱体4中穿出并连接设置有排污阀14，可以定期将下部管体里拦截的颗粒物排出。在下部管体b的右端与箱体4的右侧壁之间且位于下部管体b的两侧还连接有出水控制管11，出水控制管11从箱体4的下方穿出并在出水控制管11的穿出端部设置有出水口12；

在箱体4的顶部还开设有通气孔，在通气孔上设置有通气帽13，以通过通气孔实现箱体4内空气与外界大气连通，从而维持箱体4内的气压与外界大气压一致。

具体地，进水头部1设置为上窄下宽的锥台形，下部较宽的截面积便于安装进水滤网2，同时也避免因上宽下窄的设置方式会导致杂质过多堆积在进水滤网2上方而堵塞进水管3的状况发生。

具体地，进水管3的进水管口高度比进水头部1的底面高出20mm，从而使进水管3的进水管口高度与常水位线齐平，由于进水头部底面以上20mm是水体的常水位，常水位以上至溢流水位属于调节溶积，即常水位线至溢流水位线为水体调蓄高度。根据调蓄量的实际需求，可以对进水管3的高度进行自主设计以符合压差需求。

具体地，下部防护滤网8的孔径小于进水滤网2的孔径，作为优选，进水滤网2的孔径小于5mm，下部防护滤网8的孔径小于3mm，从而通过两级不同孔径过滤网的过滤实现流出水体的提纯。

具体地，下部水压连通口6向上凸出形成有管壁6-1，浮动止水部件10向下凸出设置有承插滑动部件9，承插滑动部件9的内孔孔径大于管壁6-1的外径，承插滑动部件9外套于管壁6-1的外周且与管壁6-1相互配合，虽然承插滑动部件9的内孔孔径大于管壁6-1的外径，使得承插滑动部件9的内壁与管壁6-1的外壁之间存在间隙，水体会从该间隙中溢出，但是相对于流入箱体4和流出箱体4的水体从该间隙中溢出的水体而造成的水压损失很小，从而能够当浮动止水部件10在一定的限位范围向上浮动的同时保证下部水压连通口处的水压损失很小。

具体地，承插滑动部件9的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台9-1以实现水位下降时浮动止水部件10套设于管壁6-1上的轴向定位。

作为另一优选实施例，下部水压连通口6向上凸出形成有管壁6-1，浮动止水部件10向下凸出设置有承插滑动部件9，承插滑动部件9的内孔孔径等于管壁6-1的外径，承插滑动部件9外套于管壁6-1的外周且与管壁6-1相互配合；承插滑动部件9的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台9-1，使得承插滑动部件9的内壁与管壁6-1的外壁之间采用过渡配合不存在间隙，因而水体不会从该间隙中溢出，从而能够当浮动止水部件10在一定的限位范围向上浮动的同时保证下部水压连通口处的不产生水压损失。

作为又一优选实施例，下部水压连通口6向上凸出形成有管壁6-1，浮动止水部件10向下凸出设置有承插滑动部件9，承插滑动部件9的内孔孔径小于管壁6-1的外径，承插滑动部件9外套于管壁6-1的外周且与管壁6-1相互配合；承插滑动部件9的内孔侧壁向内凸出设置有轴向定位凸台9-1；且管壁6-1选用可变形弹性材质制作，使得因为管壁6-1的弹性可变性特性实现承插滑动部件9的内壁与管壁6-1的外壁的过盈配合，因而有效避免承插滑动部件9的内壁与管壁6-1的外壁之间形成间隙，阻止水体从该间隙中溢出，从而能够当浮动止水部件10在一定的限位范围向上浮动的同时保证下部水压连通口处的不产生水压损失；作为进一步的优选，管壁6-1选用弹性可变形材质制作，或是选用在硬质材质外包覆有弹性可变形材质的混合材质，在能够实现变形的前提下保证其具备足够的强度。

具体地，浮动止水部件10的内部设置有轴向止挡筒体10-1，轴向止挡筒体10-1的外壁的径向尺寸小于下部水压连通口6的孔径，且轴向止挡筒体10-1的下端低于承插滑动部件9的下端，从而使得水位下降时轴向止挡筒体10-1的下端先抵接下部防护滤网8实现浮动止水部件10的轴向位置。

具体地，出水控制管11包括位于下部管体b的两侧设置的出水控制左管11-1和出水控制右管11-2，出水控制左管11-1和出水控制右管11-2的高度相等且出水控制左管11-1和出水控制右管11-2的上端部均位于上部管体a位置，在出水控制左管11-1和出水控制右管11-2的侧壁设置有开口，且开口的设置高度和开口大小根据所需出水量的需求而设置，出水时箱体4内部的水从出水控制左管11-1和出水控制右管11-2的侧壁的开口流出。

具体工作时，进水头部1浸没在水中，水流通过进水滤网2进入进水管3内部，进水滤网2与进水头部的底面平齐，进水管3的管口高度比进水头部的底面高出20mm；

进水管3连接至箱体4，箱体4设置在设备井c3中，水流经进水管3进入箱体4内并从汇流口5-1流入分流三通5后分为上部和下部两个方向流动。

下部流动的水流经过分流三通5的下流口5-3进入下部管体b，再经下部防护滤网8到达下部水压连通口6，此时由于进水压力的作用下部水压连通口6向上顶托浮动止水部件10，作为第一优选实施例，在下部水压连通口6和浮动止水部件10之间设有承插滑动部件9，保证浮动止水部件10可以在一定的限位范围向上浮动同时保证下部水压连通口6处的水压损失很小(此时承插滑动部件9在轴向上不脱离管壁6-1，从承插滑动部件9与管壁6-1之间漏出的水体对水压的降低很小可忽略不计)。而浮动止水部件10在下部水压、水压差和本身重力的相互作用下，基本处于悬浮状态。

作为第二优选实施例，在管壁6-1的外壁设置有弹性材料，从而保证浮动止水部件10在承插滑动部件9作用下可以在一定的限位范围向上浮动的同时，承插滑动部件9外套于管壁6-1上下滑动的同时因为管壁6-1的外壁设置的弹性材料的变形保证承插滑动部件9内壁与管壁6-1外壁之间良好的密封，避免水体从承插滑动部件9内壁与管壁6-1外壁之间流出从而导致下部水压连通口6处存在水压损失。

作为第三优选实施例，管壁6-1的外壁与承插滑动部件9的内壁之间的间隙在保证浮动止水部件10在承插滑动部件9作用下可以在一定的限位范围向上浮动的同时，还能够避免水体从承插滑动部件9内壁与管壁6-1外壁之间流出从而导致下部水压连通口6处存在水压损失。

从而保证浮动止水部件10在承插滑动部件9作用下可以在一定的限位范围向上浮动的同时，承插滑动部件9外套于管壁6-1上下滑动的同时因为管壁6-1的外壁设置的弹性材料的变形保证承插滑动部件9内壁与管壁6-1外壁之间良好的密封，避免水体从承插滑动部件9内壁与管壁6-1外壁之间流出从而导致下部水压连通口6处存在水压损失。

同时分流至上部管路的水流经过分流三通5的上流口5-2进入上部管体a，并通过上部入流口7进入箱体4内部，同时箱体4内的水位逐渐上升至高于出水控制管11的开口高度后，箱体4内的水通过出水控制管11进入出水口12排出箱体，由于进水量远远大于出水量，箱体内的水位迅速上升。

箱体水位上升，带动浮动止水部件10上升，浮动止水部件10在所受浮力作用下向上逐步封堵上部入流口7，减少上部入水口7的入水量，此时由于下部水压连通口6的水压和上部进水口7的入水水压相差很小，浮动止水部件10的上下浮动对浮力即水箱水位的变化比较敏感，(水位上升时浮动止水部件10会逐渐上浮进而逐步减小上部入流口7减少进水量，使得出水量大于进水量从而造成水位下降，水位下降时浮动止水部件10会随之下落增大上部入流口7增加进水量使得进水量大于出水量从而造成水位上升)，同时由于进水头部1与进入箱体4内的水体高度差恒定，从而水压差恒定，从而使得浮动止水部件10的位置区域稳定，上部入水口的入水量和出水控制管的出水量基本达到平衡，使得出水控制管11的出水流量基本保持不变，装置出水口12的出水流量基本保持不变，装置实现匀速出流的效果。

当进水头部1的水位(水压)升高或降低，箱体内浮动止水部件10底部所受到的向上水压和顶部所受到的向下水压同时升高或降低，同时由于进水头部1与进入箱体4内的水体高度差恒定，从而水压差恒定，压力差基本没有变化。浮动止水部件10的运动变化与箱体4内水位变化密切相关，如果出水控制管11没有变化，箱体内的水位最终趋于稳定，出水量基本恒定，即此时浮动止水部件10位于出水量等于从上部入流口7流入的进水量的位置。

具体地，如图4所示，本发明还提供一种采用该控流装置的水体调蓄系统，包括储水池c1、溢流通道c2、设备井c3，及匀速排水控流装置c4；其中，所述储水池c1包括常水位和溢流水位，位于常水位与所述溢流水位之间的水体为调节空间，在所述储水池c1的溢流水位设置有溢流通道c2，在所述储水池c1的常水位设置有该控流装置的入水头部1，所述入水头部1经过埋设于土壤环境中的进水管3与位于设备井c3中的匀速排水控流装置c4连通，所述玉树排水控流装置c4的出水口12与所述设备井c3的出水管c5保持连通，设备井c3的出水管c5连接外部排水管网或其他排水管路。

储水池c1中设置有溢流通道c2，溢流通道c2的底部就是该水体的溢流水位线，超过该溢流水位的雨水都通过溢流通道c2直接排出水体。出水池溢流水位下部一定距离(根据调蓄量的需求)设置匀速排水控流装置c4的入水头部1，入水头部1的入水口高度就是水体的常水位，低于该水位的雨水可以长期存留在储水池c1中，除了少量蒸发、渗漏等自然消耗，可以保持水体的景观、生态等功能。溢流水位以下至常水位以上所涵盖的空间就是调节空间，这个空间所能容纳的水量即为储水池c1中的水体的有效调蓄量。

匀速排水控流装置c4的入水头部1的入水口后部连接匀速排水控流装置c4的进水管3，匀速排水控流装置c4的进水管3通入设备井c3中。设备井c3内根据需求设置一台或多台匀速排水控流装置c4。匀速排水控流装置可以精确控制调节空间储存雨水的排出流量，在规定的时间(24h或48h)匀流、缓释雨水。水体调蓄装置的运行不消耗动力，排空自动、连续、均匀、可控。

经过匀速排水控流装置匀速排出的雨水，通过缓释出水管排至雨水的规划去向。

综上，汇流的雨水汇集至储水池c1中，储水池c1中分别设置有溢流通道c2和匀速排水控流装置c4的入水头部1，分别对应水体的溢流水位和常水位。超过设计调蓄量的雨水经溢流通道c7溢流出水体，设计调蓄量的雨水储存在调节空间内。调节空间存留的雨水通过匀速排水控流装置c4控制出水量，保证调节空间的雨水根据设计规定的时间匀速排出水体。降雨时，调节空间储存雨水。降雨结束，水体调蓄装置控制雨水匀流缓慢排出。在设定的时间内，水体的调蓄空间被腾空，为下次降雨预留了储存空间。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。