水封装置和相应的水处理池的制作方法

本发明涉及污水处理领域。具体地，本发明涉及一种用于针对水处理池的中心驱动装置形成水封密封的水封装置和具有该水封装置的水处理池。

背景技术：

在污水处理中，在利用圆形池体进行隔油、气浮、沉淀、浓缩等作业时，通常使用中心驱动装置带动表面刮油/刮渣臂和底部刮泥桥在圆形池体内以池体圆心为圆心转动，以此实现刮除水面浮渣、浮油和水底泥渣等功能。

当处理含油、含可燃性挥发气体、释放恶臭气体的污水时，除了要保证出水达标，还要控制其内部的有害气体(例如，可燃气体和恶臭气体)不外溢。可燃气体外溢将造成爆炸危险环境；恶臭气体外溢将对人体健康安全、感官带来极为不利的影响，而且，恶臭气体通常含有硫化氢、氨气等腐蚀性成分，会对设备、构筑物造成损坏。

常见的防止有害气体外溢的措施是在圆形池体上设置顶盖，从而在水面之上、顶盖之下形成密闭空间，在顶盖设置抽气机对密闭空间进行抽气，设置补气口进行补气，以此形成负压通风系统。在抽气机造成的负压环境下，从补气口补入的新鲜空气对密闭空间进行空气置换，在一定频率的换气次数下，密闭空间中的有害气体的浓度可以被控制在安全限度以内。

然而，这种负压通风系统具有以下固有问题。为了安装中心驱动装置，必须在顶盖设置穿过驱动轴的开孔通道，该开孔通道始终连通池体内部和外部，形成有害气体释放点。由于驱动轴在开孔通道中转动，除非采用复杂昂贵的机械密封装置，否则很难彻底堵住这个开孔通道。而且，在潮湿、闷热、充满腐蚀性气体的密闭空间中，机械密封装置的损耗显著。

因此，实践中需要提供一种能够有效、廉价、易于安装地防止在驱动轴附近外泄有害气体的方案。

技术实现要素：

在本发明的第一方面，提供了一种用于水处理池的水封装置，所述水处理池具有池体、密闭池体的顶盖和穿过所述顶盖的驱动轴，所述水封装置包括外筒和内筒。外筒安装至顶盖，包括内壁和外壁，内壁和外壁之间限定环形腔室，环形腔室的下端由环形底壁封闭。内筒包括内筒壁和顶壁，筒壁从环形腔室的上端插入内壁和外壁之间，内筒被驱动相对于外筒转动。驱动轴穿过内壁的内侧限定的通孔，在其上端处连接至内筒的顶壁。环形腔室容纳水封液，水封液的液位高于内筒壁的下端，内筒壁的下端与外筒的环形底壁间隔开。

根据这一技术方案，围绕驱动轴在顶盖的内侧和外侧之间建立起水封密封，可有效防止池体内的有害气体(例如可燃气体、恶臭气体等)在驱动轴附近泄露的外部环境中。

可选地，所述水封装置还包括l形的连通管，该连通管具有水平管部分和竖直管部分；水平管部分位于顶盖的下侧，其一端连接至外筒的下端，并与位于内筒壁和外筒的外壁之间的外侧腔室连通，水平管部分的另一端连接至竖直管部分的下端；竖直管部分穿过顶盖，竖直管部分的上端设有水封液加注口。

根据这一技术方案，l形的连通管和所述外侧腔室形成u形管结构，当外侧腔室内液面过低时，可经由该水封液加注口加注水封液。

进一步可选地，可在水封液加注口处设置覆盖件，仅在需要加注水封液时打开该覆盖件。而且，为平衡气压，可在覆盖件下方设置通气孔。

可选地，所述水封装置还包括液位检测装置，其连接至所述连通管的竖直管部分的上端处，该液位检测装置被配置为能够检测所述外侧腔室中的水封液的液位。

根据这一技术方案，能够检测外侧腔室的液位是否低于阈值，该阈值高于或等于内筒的下端的位置，从而防止液位过低造成内、外侧腔室连通，引起池内气体泄漏。

进一步可选地，液位检测装置可采用电导式测量原理，其测量元件可以在现场剪裁成合适的长度，以适配土建安装时产生的误差。

可选地，所述顶盖设置有安装孔，所述外筒插入所述安装孔中。进一步，所述外筒可以包括从外壁向外径向伸出的圆环，该圆环搁置于顶盖的上表面处。

根据这一技术方案，圆环可防止外筒掉落，而且，圆环可封盖外筒和顶盖之间的间隙，防止有害气体外泄。

可选地，外壁的上端高于所述圆环。

根据这一技术方案，在圆环上侧进行水泥砂浆灌浆时，砂浆受外壁高出部分的阻挡而不会进入环形腔室的内部。

可选地，所述外筒还包括从所述圆环的外周向外径向突出的突出部，该突出部具有外筒螺栓孔，用于将外筒固定至顶盖。特别地，外筒螺栓孔可与用于将驱动轴的驱动装置固定至顶盖的螺栓对准。

根据这一技术方案，可利用原有的用于固定驱动轴的驱动装置的螺栓固定外筒，从而简化安装、降低成本。

可选地，所述外筒的环形底壁可安装在顶盖上。

根据这一技术方案，水封装置可全部设置在顶盖的外侧，由此方便安装和维护。

可选地，所述水封装置还包括用于驱动内筒转动的驱动装置；驱动装置的输出端、内筒的顶壁和驱动轴的上端法兰固定在一起，内筒的顶壁位于驱动装置的输出端和驱动轴的上端法兰之间。驱动装置可具体包括电机和减速装置。驱动装置的输出端，即减速装置的输出端，可以为盘形。

进一步可选地，所述内筒的顶壁具有内筒螺栓孔，用于将驱动轴的上端法兰固定至所述驱动装置的螺栓穿过所述内筒螺栓孔。

根据这一技术方案，可利用原有的用于固定驱动轴的螺栓固定内筒，从而简化安装、降低成本。

可选地，所述驱动装置安装至所述顶盖，并由所述顶盖承重。

根据这一技术方案，水封装置不承受驱动装置的重力，故对其结构强度要求低，可以轻薄材料形成，简化设计、缩减成本。

可选地，所述环形底壁处设有水封液排出口。

根据这一技术方案，在需要排空水封液时，仅需打开排出口即可，而无需移除上方的驱动装置，操作简单。

可选地，所述水封液可以是水或乙二醇，乙二醇作为水封液可有利地用于低温环境中。

在本发明的第二方面，提供了一种水处理池，包括池体、密封池体的顶盖和穿过所述顶盖的驱动轴，驱动轴驱动转动机构在池体中转动，所述水处理池包括根据上文所述的水封装置。

可选地，所述顶盖设有抽气口和补气口，抽气机从抽气口处抽出水处理池内的气体，同时外部气体从补气口处进入水处理池内。由于抽气机引起的负压，在水封装置的外筒中，位于内筒壁内侧的水封液的液位将高于位于内筒壁外侧的水封液的液位。

根据这一技术方案，利用抽气机的抽气和补气口处的补气，可稀释和置换池体内的有害气体，而且，由于在驱动轴附近设置了水封装置，不会有有害气体从驱动轴附近泄露，很大程度解决了有害气体外泄的问题。

附图说明

现参考附图，其中各图示的目的仅在于显示某些示例性的实施例，而不旨在对本发明进行限制。各附图中的尺寸和比例仅用于示意，而不应被解释为对本发明的缩限，这些尺寸可能相对于实际产品有所放大。在附图中：

图1示出了水处理池的总体视图；

图2示出了根据本发明一实施例的水封装置的详细视图；

图3和图4分别为水封装置的外筒的俯视图和侧视剖面图；

图5和图6分别为水封装置的内筒的俯视图和侧视剖面图；

图7示出了根据本发明另一实施例的水封装置的详细视图。

在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分，具体如下：

1池体；2顶盖；21抽气口；22补气口；23安装孔；3中心驱动装置；31电机；32减速装置；33驱动轴；34转动机构；100水封装置；110外筒；111内壁；112外壁；113环形底壁；114环形腔室；115内侧腔室；116外侧腔室；117圆环；118突出部；119外筒的螺栓孔；120内筒；121内筒壁；122顶壁；123内筒的螺栓孔；130连通管；131水平管部分；132竖直管部分；133加液口；140液位检测装置；141安装法兰；

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的实施例，使得本领域普通技术人员可以容易地实现它们。然而，本发明还可以以许多不同形式实施，而不限于本文所述的实施例。为了清楚起见，省略了与描述本发明无关的部分。除非另有说明，本文所用的术语具有在本领域中的通常含义。

图1示出了用于污水处理的水处理池的总体示意图，其包括用于容纳被处理的污水的池体1。为防止池体1中的污水溢出的有害气体外泄至周围环境，在池体1的上方设置顶盖2，顶盖2可以由混凝土、玻璃钢、反吊膜等形成，其密封地连接至水池1最外侧的侧壁的上沿，从而在顶盖2和水面之间形成密闭空间。

为实现负压通风，在顶盖2上设置抽气口21和补气口22，抽气机从抽气口21抽出密闭空间内的有害气体，在密闭空间中形成负压，致使新鲜的无害空气从补气口22进入密闭空间，实现对密闭空间内的有害气体的稀释和置换。

如图1所示，在池体的中心位置设置中心驱动装置3，其具有电机31、减速装置32和竖立的驱动轴33，驱动轴33可带动位于池体1内的转动机构34转动。例如，驱动轴33可带动表面刮臂转动，以刮除水面浮渣和浮油等杂物；驱动轴33还可带动底部刮泥装置转动，以刮除沉积在水池底部的污泥。中心驱动装置3的驱动装置，即电机31和减速装置32，设置在顶盖2的外侧(上侧)，电机31输出扭矩，减速装置32减小转速并增大扭矩，减速装置32的输出端连接至驱动轴33的上端，从而带动驱动轴33按设定的转速转动。

为了在该驱动轴33附近处实现气体密封，防止有害气体外泄，本发明特别提供了一种水封装置。

图2示出了根据一实施例的设置在顶盖2上、位于驱动轴33附近的水封装置100，该水封装置100主要包括：外筒110、内筒120、连通管130和液位测量装置140，下面依次介绍。

如图2所示，顶盖2可设置用于安装水封装置100的安装孔23，水封装置的外筒110气密性地安装在该安装孔23内。

外筒110是上侧开口的双层夹套结构，其具有各自为圆筒形且同轴设置的内壁111和外壁112，二者的下端由环形底壁113连接而封闭，二者的上端则在径向上间隔开形成开口。该内壁111、外壁112和环形底壁113围成环形腔室114，可用于容纳水封液。另外，外筒110的内壁111的内侧是中空的，形成纵向延伸的通孔，用于容纳驱动轴33从中穿过。

内筒120是下侧开口的圆筒形结构，其具有圆筒形的内筒壁121和顶壁122。当将内筒120倒扣在外筒110上安装就位后，内筒壁121的下端插入外筒110的内壁111和外壁112之间，但不接触外筒110的环形底壁113。由此，内筒壁121将外筒110的环形腔室114分割为内侧腔室115和外侧腔室116，二者在下侧经由内筒壁121的下端和环形底壁113之间的间隙而连通。另外，当安装就位后，内筒120的顶壁122不接触外筒110的内壁111的上端。由此，前述的内侧腔室115的上侧与内筒120的内部空间连通，而内筒120的内部空间则与池体1的内部腔室相连通。

在该情况下，在外筒110的环形腔室114内加注水封液，使得水封液的液面超过内筒壁121的下端，由此，水封液将环形腔室114的内侧腔室115和外侧腔室116气密性地分隔开。由于外侧腔室116和池体1的外部环境连通，内侧腔室115和池体1的内部连通，水封液将池体1的内部和外部完全隔离开来，因此，在池体1内部产生的有害气体将不会穿过水封装置100而泄露到外部环境中。需说明，水封液通常可以是水；当应用于寒冷地区时，水封液也可以是乙二醇。

如图2所示，中心驱动装置3的驱动轴33延伸穿过外筒110的内壁111内侧围成的通孔，驱动轴33的下端进入池体1的内部腔室，用于连接至刮泥装置、表面刮臂等转动机构34，驱动轴33的上端则固定至内筒120的顶壁122的内侧(下侧)。由于内筒120的顶壁122的外侧(上侧)固定至减速装置32的输出端，因此，减速装置32的输出端可带动内筒120和驱动轴33一起转动。在该情况下，虽然驱动轴33延伸穿过了顶盖2的整个厚度，但是，驱动轴33通过外筒110、内筒120以及二者之间的水封液与外界环境完全地隔离开来，从而从根本上解决了因设置驱动轴33而带来的有害气体释放的问题。

图3和图4示出了外筒110的俯视图和侧视图。如图3所示，外筒110具有从外壁112的上侧向外径向伸出的圆环117，其作用是在将外筒110安装在顶盖2中的安装孔23中时，将该圆环117搁置在顶盖2的上表面之上，由此可防止外筒110掉落。有利地，圆环117的位置在外筒110顶部以下，例如，在外筒100的外壁112的顶部以下30mm，其目的是在驱动装置安装阶段的水泥砂浆灌浆时，防止砂浆流入外筒110的环形腔室114的内部。另外，如图3所示，圆环117在一侧具有矩形的径向突出部118，在该突出部118上设置多个螺栓孔119，该些螺栓孔119可用于接收螺栓以将外筒110固定至顶盖2上。有利地，这些螺栓孔119的定位可与将驱动装置固定至顶盖的螺栓的位置对准。由此，可利用原有的驱动装置固定螺栓将外筒110定位并固定(如图2所示)，从而简化安装。优选地，螺栓孔119的数量可为两个，从而既可以有效限制外筒110转动位移，又可以简化结构、方便安装。

图5和图6示出了内筒120的俯视图和侧视图。如图5所示，内筒120的顶壁122分布有多个螺栓孔123，该螺栓孔123的位置与驱动轴顶端法兰处焊接的螺栓的位置对准。设置该螺栓孔123的作用在于，可利用原有的驱动轴顶端法兰处的螺栓将内筒120定位并固定(如图2所示)至驱动装置的输出端，从而简化安装。

根据这一实施例的水封装置100的安装过程如下：

(1)安装外筒：将外筒110安装在顶盖2的安装孔23内，以外筒110上的圆环117搁置在顶盖2的上表面上，调整外筒110的角度，使得外筒的突出部118中的螺栓孔119和用于紧固驱动装置的部分螺栓的位置对准；

(2)安装内筒：将内筒120由上向下地插入外筒110的环形腔室114内，无需固定，然后，将驱动轴33由下向上地穿过外筒110，将驱动轴33的顶端法兰上焊接的螺栓穿过内筒120的顶壁122上的螺栓孔123，然后，将上侧固定内筒120的驱动轴33继续向上，使驱动轴33的顶端法兰上焊接的螺栓固定至驱动装置的输出端，具体可为减速装置32的驱动盘，如图2所示，如此，内筒120的顶壁122被固定且夹置于驱动轴33和减速装置32之间；

(3)固定和灌浆：利用多个固定螺栓将驱动装置固定在顶盖2上，其中，部分螺栓还同时穿过外筒110的螺栓孔119，从而兼用于固定外筒110，然后，在顶盖上方进行灌浆，防止雨水进入。

在上述实施例中，驱动轴33的驱动装置(包括电机31、减速装置32等)直接安装在顶盖2上，其载荷不会传递至水封装置100上，水封装置除了自重外不承受其它力，因此，对水封装置100的结构强度要求低。鉴于此，内、外筒的壁厚可设置地很薄，例如3mm，由此节约材料和简化结构设计。

图7示出了另一替代实施例，该实施例与上文参考图2所述的实施例基本相同，以下仅描述二者的区别。在该实施例中，外筒110以其底壁113直接安装在顶盖2的上表面处。此时，整个水封装置100将位于顶盖2的外侧，由此，可在安装好水池顶盖2之后，方便地安装和拆卸水封装置100，而无需拆卸顶盖2，这有利于对原有水处理池进行改造，也有利于对水封装置100进行维修。需注意，在该实施例中，受水封装置100的高度限制，将电机、减速装置32等驱动装置安装在外筒110上是有利的，如图7所示，这可简化安装结构，但此时，驱动装置的重力由外筒110承受，需设置外筒110具有足够的结构强度以承受此重力。

在本发明的水封装置100中，外筒110和内筒120的材质可为不锈钢304。当用于恶劣环境时，也可使用不锈钢316l或更高等级的材料。

为了匹配负压通风的负压(通常为2～3kpa，相当于约0.2～0.3m水柱)，外筒110被设计成至少高500mm。由此，当启动抽气机时，将外筒110的内侧腔室115的液面可被拉高300mm以上，此时，依然能保证外筒110的外侧腔室116的液面有至少200mm水深作为水封。

外筒110的内径(即，内壁111的内壁直径)根据要穿过的驱动轴33最粗部分直径(通常为法兰位置的直径)确定，外筒110的外径(即，外壁112的外壁直径)由外筒110的内径和环形腔室114的宽度决定。环形腔室114的宽度不能太小，否则会影响水封液容积；也不能太大，否则导致顶盖2上的安装结构设计困难。在一实例中，环形腔室114的宽度可为50～60mm。

内筒120的直径应大于外筒110的内径、小于外筒110的外径，例如，内筒120的直径可比外筒110的内径大50mm。在插入外筒110后，内筒120的下端距外筒110的底壁113的距离可为20～30mm。内筒120的高度则由外筒110的高度、内筒120的下端到外筒110的底壁113的距离、内筒120的顶壁122的安装位置等因素确定。

需注意，以上和本文其它地方例举的材料、数量、具体尺寸参数等仅为实例，本领域技术人员可根据实际情况在本发明的教导下设置各种合适的材料、数量和具体尺寸参数，这些设置均落入本发明的范围之内。

如图4所示，外筒110的底壁113可设置排出孔113-1，其通常由覆盖件封堵。当需要排空外筒110内的水封液时，不必取出外筒(需要先取下驱动装置，非常麻烦)，而是通过仅移除覆盖件即可实现排空水封液。

本发明的水封装置100还包括与外筒110的环形腔室114连通的连通管130，其可用于向环形腔室114内加注水封液。

连通管130为l形，其具有通过接头彼此连通的水平管部分131和竖直管部分132。在图2的实施例中，水平管部分131位于顶盖2的内侧，其一端连接至设置在外筒110的下方外侧的连通管接口，与外侧腔室116连通，水平管部分131的另一端连接至竖直管部分132的下端。竖直管部分132穿过顶盖2中的连通管通孔24而延伸至顶盖2的外侧。在图7的实施例中，整个连通管130均位于顶盖2的外侧。

由此，l形的连通管130和外筒110形成u形管，连通管130里的液位和外筒110的环形腔室114内的外侧腔室116的液位将始终一致。连通管130的水平管部分131的长度和竖直管部分132的高度设置为以不影响驱动装置等结构的安装为准。连通管130的竖直管部分132设有水封液加液口133。当外筒110内的水封液不足时，可通过这个加液口133补充水封液。加液口的顶端为丝堵，方便拧开加液。在加液口顶端丝堵之下，可设置开孔以平衡气压。

另外，连通管130的竖直管部分132还设有液位检测装置140，用于检测连通管130以及外筒的外侧腔室116内的液位水平。优选地，液位检测装置140可采用电导式测量原理，其测量元件可以在现场剪裁成合适的长度，以适配土建安装时产生的误差。其它形式的液位检测装置也是可行的，只要其能够测量竖直管部分132内的液位。

如图2和图7所示，液位检测装置140可固定在安装法兰141上，该安装法兰141与连通管130的竖直管部分132顶面的法兰134配对固定。液位检测装置140可伸入到连通管竖直管部分132内的预定位置，该预定位置对应外侧腔室114内可允许的最低液位。当液位检测装置140检测不到液位时，意味着外筒110的水封液需要补充，如不补充，当液位下降到内筒120的下端之下后，外筒110的内侧腔室115和外侧腔室116将连通，导致水封失效。

本发明的水封装置至少具有以下优点：

-使用水封液进行密封，密封效果可靠，不仅可以密封池内可燃气体和臭气，还能将池内水汽封住，阻止湿热环境对中心驱动装置造成的影响；

-水封装置采用内外筒分体结构，对于将水封装置的驱动装置直接安装在顶盖上的情况而言，整个水封装置不承重驱动装置的载荷，除自重外，不受外力，可简化结构设计、减少水封装置用料；

-该水封装置加工简单，不需要精密加工，组装、拆卸便捷，无需特殊安装机具及程序，材料使用少，成本低廉；

-外筒通过驱动装置的安装螺栓固定，无需土建预留预埋，使用少量的(例如两颗)螺栓即可实现定位，对设计、施工、安装无特殊要求，对土建误差宽容率高；

-内筒被夹在驱动轴和驱动装置之间固定，可随驱动轴转动，无需对原有中心驱动装置做任何改动即可实现密封；

-可避免驱动装置安装灌浆时砂浆进入外筒的环形腔室内；

-液位测量装置采用电导式测量原理，其测量元件可以在现场进行剪裁以适配土建安装时产生的误差，使用灵活；

-水封液设置加液口，方便运行维护；

-在外筒下侧设置排出口，方便排出水封液。

上文已经详细描述了用于实现本发明的一些最佳实施例和其他实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。本领域技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。