一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置

1.本发明涉及市政工程技术领域，更具体的说是涉及一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置。


背景技术：

2.雨水口作为市政排水系统的关键组成部分，是地面径流进入市政排水系统的入口，是连接地上径流和地下排水管道的枢纽，能保证迅速有效地收集地面雨水，在缓解道路积水等方面发挥了重要的作用。
3.道路雨水口做为地表径流与地下雨水管网之间的连接点，其泄流效率深刻决定着市政排水系统排水能力。传统雨水篦子一般静置在雨水口，相当于筛网，这会在一定程度上影响排水；另外，由于其本身的结构特征（雨水篦子上的漏水孔较小），会在有垃圾的时候，造成雨水口的堵塞，排水系统无法正常运转，导致其排水效率与排水效果在面临城市内涝或洪水危害等自然灾害时无法得到有效的提升，即增加了城市内涝的风险，导致人民群众的生命财产安全在一定程度上面临危险。可见，提高市政排水设施的排水能力是缓解城市内涝的最有效措施。
4.因此，如何提供一种排水效率高、排水效果好的通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种排水效率高、排水效果好的通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置，其安装在雨水井的井口处，并位于井口处的雨水篦子的下方，包括：固定外壳，所述固定外壳固定在所述雨水井的井口处，且位于所述雨水篦子的下方，所述固定外壳顶端敞口，所述固定外壳的侧壁上开设有第一排水孔，所述固定外壳底端面上开设有第一中间漏水孔；筒状液体袋，所述筒状液体袋置于所述固定外壳内部，且放置在所述固定外壳底端面上，且所述筒状液体袋的筒口为第二中间漏水孔，所述第二中间漏水孔与所述第一中间漏水孔位置对应；压板，所述压板压接在所述筒状液体袋的上表面，所述压板中部开设有第三中间漏水孔，所述第三中间漏水孔与所述第二中间漏水孔位置对应；筒状蓄水盒，所述筒状蓄水盒位于所述压板的上表面上，所述筒状蓄水盒的顶端敞口，所述筒状蓄水盒的筒口为第四中间漏水孔，所述第四中间漏水孔与所述第三中间漏水孔位置对应，所述筒状蓄水盒的外侧壁上开设有第二排水孔；柱塞式抬升筒，所述柱塞式抬升筒固定在所述固定外壳底端，所述柱塞式抬升筒
的柱塞腔通过连接管与所述筒状液体袋的出液口连接，所述柱塞式抬升筒的抬升杆的末端与所述雨水篦子一侧的底端抵接。
7.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置，将该装置安装在雨水井的井口处，并位于雨水篦子的下方，雨水通过雨水篦子进入雨水井时，雨水会分为两个流向，一部分流入筒状蓄水盒进行蓄水，另一部分通过第四中间漏水孔、第三中间漏水孔、第二中间漏水孔、第一中间漏水孔直接流入雨水井。当井口处积水较少时，井口处的雨水通过雨水篦子流入到筒状蓄水盒内部，并经过第二排水孔、第一排水孔流入到井内，此时，筒状蓄水盒内部只有较少积水；当井口处的积水较多时，筒状蓄水盒会储集大量雨水，并在重力的作用下通过压板向下挤压筒状液体袋，将筒状液体袋内的液体通过连接管挤压到柱塞式抬升筒的柱塞腔内，柱塞腔内的液体推动抬升杆向上升起，进而抬升杆将雨水篦子的一侧抬起一定的高度，此时，雨水篦子的一侧打开一定的开口，这样便于井口处的积水快速通过该开口流入到第四中间漏水孔、第三中间漏水孔、第二中间漏水孔、第一中间漏水孔，并最终流入到井内，从而实现雨水井的快速排水；当井口处的积水减少时，筒状蓄水盒中的水也在第二排水孔的作用下不断的减少，其筒状蓄水盒的重量也不断的减轻，并在雨水篦子的重力作用下，此时雨水篦子会向下压动抬升杆，将柱塞式抬升筒内的液体压回至筒状液体袋内，筒状液体袋充液而膨胀向上举升压板，使筒状蓄水盒回到初始位置，同时，雨水篦子一侧重新盖在井口处完成复位。
8.因此，该装置通过设置可升降的雨水篦子，可以根据积水实际情况自动抬升相应所需的高度，从而达到快速排水的目的，同时筒状蓄水盒的设置在调节雨水篦子升降的同时也可以对内涝积水起到一定的蓄存目的，缓解排水管网的压力；并且，只需要通过水力就可以完成自动升降的过程，无需添加任何电子设备，整体设备的安全性与稳定性都有很高的保障；此外，第二排水孔和第一排水孔的设置，在实现雨水篦子升降的动态调整的同时，可以保证雨水篦子的回落与复位，同时由于整体是通过筒状蓄水盒的重力实现的升降，当行人或者行车压到雨水篦子时，也会靠其自身的重力完成雨水篦子的回落，结构简单高效，安全性高。另外，雨水篦子只有一侧会进行升降，一方面可以保证升举后的排水效率，另一方面可以保证行人以及行车的安全。
9.进一步的，还包括缓冲弹簧，所述缓冲弹簧设置在所述固定外壳底端和所述压板底端之间。
10.采用上述技术方案产生的有益效果是，当压板向下压时，压板先压缩缓冲弹簧，再压缩筒状液体袋，这样可以对筒状蓄水盒向下移动时起到一定的缓冲，避免筒状蓄水盒以较大的力突然向下压缩筒状液体袋，使抬升杆快速向上举升雨水篦子，给行人带来一定的危险性；并且缓冲弹簧被压缩后可进行一定的蓄力，方便后期筒状蓄水盒的复位。
11.进一步的，所述缓冲弹簧为均布在所述筒状液体袋周围的4个。
12.采用上述技术方案产生的有益效果是，便于缓冲弹簧与压板之间受力均匀，保证压板上下移动的平稳性。
13.进一步的，所述雨水篦子一侧的底端面上固定有楔形块，所述楔形块的楔形面开设倾斜滑槽，所述抬升杆的末端与所述倾斜滑槽滑动接触。
14.采用上述技术方案产生的有益效果是，抬升杆可在倾斜滑槽内移动，从而实现雨
水篦子的举升，避免抬升时机械死点的产生。
15.进一步的，所述抬升杆的末端设有滑动球体，所述滑动球体与所述倾斜滑槽滑动接触。
16.采用上述技术方案产生的有益效果是，在推举时便于抬升杆在倾斜滑槽中的滑动，不会出现卡顿现象。
17.进一步的，所述柱塞式抬升筒和所述楔形块均为间隔布置的两个。
18.采用上述技术方案产生的有益效果是，两个柱塞式抬升筒可同时抬升雨水篦子的一侧的两端，使得雨水篦子抬升过程中不会出现倾斜现象，便于雨水篦子回落到井口的原始位置上。
19.进一步的，所述雨水篦子一侧的抬升高度h为8-10cm。
20.采用上述技术方案产生的有益效果是，可以保证雨水篦子升上来以后，保证行人行车的安全，以及保证井口的排水效率。
21.进一步的，所述第二排水孔包括：中部排水孔和底部排水孔，所述中部排水孔开设在所述筒状蓄水盒的外侧壁的中部位置上，所述底部排水孔开设在所述筒状蓄水盒的外侧壁的底部位置上。
22.采用上述技术方案产生的有益效果是，中部排水孔配合底部排水孔可快速将筒状蓄水盒内较多的水快速向外排出。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置的结构示意图。
25.图2为雨水篦子顶升时的结构示意图。
26.图3为安全雨水口的俯视结构示意图。
27.图4为雨水篦子的受力分析图。
28.图5为筒状蓄水盒上开设的第二排水孔的结构示意图。
29.图6为筒状液体袋的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明实施例公开了一种通过水力自动升降排除涝水的安全雨水口装置，其安装在雨水井1的井口处，并位于井口处的雨水篦子2的下方，包括：固定外壳3，固定外壳3固定在雨水井1的井口处，且位于雨水篦子2的下方，固定外
壳3顶端敞口，固定外壳3的一侧壁上开设有第一排水孔301，固定外壳3底端面上开设有第一中间漏水孔；筒状液体袋4，筒状液体袋4置于固定外壳3内部，且放置在固定外壳3底端面上，且筒状液体袋4的筒口为第二中间漏水孔，第二中间漏水孔与第一中间漏水孔位置对应；压板5，压板5压接在筒状液体袋4的上表面，压板5中部开设有第三中间漏水孔，第三中间漏水孔与第二中间漏水孔位置对应；筒状蓄水盒6，筒状蓄水盒6位于压板5的上表面上，筒状蓄水盒6的顶端敞口，筒状蓄水盒6的筒口为第四中间漏水孔601，第四中间漏水孔601与第三中间漏水孔位置对应，筒状蓄水盒6的一外侧壁上开设有第二排水孔602；柱塞式抬升筒7，柱塞式抬升筒7固定在固定外壳3底端，柱塞式抬升筒7的柱塞腔通过连接管8与筒状液体袋4的出液口连接，柱塞式抬升筒7的抬升杆71的末端与雨水篦子2一侧的底端抵接。
32.在上述实施例中，还包括缓冲弹簧9，缓冲弹簧9设置在固定外壳3底端和压板5底端之间。
33.为了提高压板的受力均匀性，缓冲弹簧9为均布在筒状液体袋4周围的4个。
34.雨水篦子2一侧的底端面上固定有楔形块10，楔形块10的楔形面开设有倾斜滑槽1001，抬升杆71的末端与倾斜滑槽1001滑动接触。
35.抬升杆71的末端铰接或固定有滑动球体72，滑动球体72与倾斜滑槽1001滑动接触。
36.柱塞式抬升筒7和楔形块10均为间隔布置的两个。
37.雨水篦子2一侧的抬升高度h为8-10cm。
38.第二排水孔602包括：中部排水孔6021和底部排水孔6022，中部排水孔6021开设在筒状蓄水盒6的外侧壁的中部位置上，底部排水孔6022开设在筒状蓄水盒6的外侧壁的底部位置上，中部排水孔6021的直径大于底部排水孔6022的直径。中部排水孔6021的个数为4个，其半径为2cm，底部排水孔6022的个数为4个，其半径为1.4cm。
39.该装置的工装原理是：当初期雨水涌入筒状蓄水盒的时候，筒状蓄水盒也会不断排水，当雨水没有很多不需要通过提升雨水篦子提升排水效率的时候，装置依然静止，随着雨水的汇集，雨水篦子由于自身设计的排水效率不足以快速排水时，此时雨水口的泄流量达到一定的程度，流入筒状蓄水盒内的雨水逐渐增多，第二排水孔无法将筒状蓄水盒的雨水快速排出，此时筒状蓄水盒中水会越来越多，筒状蓄水盒的重力也会越来越重。当筒状蓄水盒达到一定重力的时候，筒状蓄水盒会先压着压板压缩缓冲弹簧，便于有个缓冲阶段，此阶段缓冲弹簧的形变量为2cm，压缩完缓冲弹簧之后会同时压着缓冲弹簧与筒状液体袋，筒状液体袋中液体被挤压到柱塞式抬升筒的柱塞腔中，抬升杆会在液体的作用下向上推举雨水篦子。同时由于筒状蓄水盒动态排水的设计（筒状蓄水盒内的水也在不断的通过第二排水孔向外排水），可以保证筒状蓄水盒在不同重力的时候，会根据内涝积水的实际情况，提升雨水篦子至适当的高度，快速将井口周围的积水排走。当内涝积水逐渐减少时，筒状蓄水盒的重力会逐渐减少，在雨水篦子重力与缓冲弹簧的作用下，筒状蓄水盒会逐渐复位，雨水篦子会逐渐回落，从而完成雨水篦子的自动升降过程。
40.在上述实施例中，雨水篦子以710*410mm为例，质量为30kg，重力为300n，假设雨水
篦子的重量是均匀的，且重力都作用在雨水篦子的重心上，雨水篦子的一端为支点，另一端为动力作用点，阻力臂是动力臂的二分之一，根据杠杆平衡条件求出动力大小：ob=2oa，根据杠杆平衡条件可得g
×
oa=f
×
ob（参见图4），所以，300n
×
oa=f
×
2oa，解得f=150n．此时柱塞式抬升筒最少需要150n的力将雨水篦子的一侧顶起来，柱塞式抬升筒的力来源于筒状蓄水盒对于筒状液体袋与缓冲弹簧的压力，筒状液体袋处至少受到150n的力，此时先忽略筒状蓄水盒对缓冲弹簧的力，只考虑对筒状液体袋的压力是f
压
=g
筒状蓄水盒4
=m
水
g=ρ
水v水
g=150n，所以v
水
=15000cm3，所以v
筒状蓄水盒
≥15000cm3；筒状蓄水盒6为凸字型中空结构（参见图3），凸出部分尺寸为200*100mm，块状部分尺寸为600*400mm，中空部分即第四中间漏水孔尺寸为400*200mm，筒状蓄水盒高度为150mm，筒状蓄水盒的体积为27000cm3≥15000cm3，符合设计；筒状液体袋4为方型中空结构，其尺寸为450*250mm，中空部分即第二中间漏水孔尺寸为400*200mm，筒状液体袋高度为50mm，筒状液体袋的体积为1625 cm3；单个柱塞式抬升筒7的柱塞腔半径尺寸r1为50mm，柱塞式抬升筒的高度h1为200mm，可容纳的体积为800cm3；连接管8分为两个部分（参见图1），一部分是与柱塞式抬升筒相接的部分，此部分半径r2为40mm，高度h2为30mm，可容纳的体积为48πcm3；另一部分是与筒状液体袋相接的部分，此部分半径r3为50mm，长度l为430mm，可容纳的体积为175πcm3，两部分加起来总体积约为713cm3；中部排水孔6021和底部排水孔6022的设计如下，在雨水口积水深度为1cm时雨水篦子开始升降，根据平篦式横格条形雨水口的泄流经验公式（引用文献“平篦式雨水口的泄流能力及水动力特性研究_赵建坤，2021-12-29”），q 为雨水口下泄流量，m3/s；p 为湿周，单位为 m，在实际泄水过程中无法准确判断过水湿周，为方便确定统一参数，因此，当泄水过程处于堰流状态时，统一将雨水篦格栅周长之和表示堰流状态下的湿周。平篦式横格条形雨水口p=9.856m；a
p
为雨水口格栅总面积之和，本研究中a
p
= 0.08208m2；as为连接管的横截面面积，本研究中as=0.01766m2；水槽上层及下层可看作一个整体，篦前总水头中位置水头包括篦前水深及水槽底部到连接管形心的距离d0，本次研究中d0=0.395m。
41.当雨水口积水1cm时，此时的泄流量为3349cm3，由于筒状蓄水盒的中空设计，筒状蓄水盒对于泄流量的收集率为64%（筒状蓄水盒面积相对于雨水口的占比），此时筒状蓄水盒对于泄流量的收集量为2143cm3，同理积水为3cm时，收集量为11139cm3，积水为10cm时，收集量为19914cm3，考虑到当积水达到1cm时达到雨水篦子的升举条件，所以此时的底部孔洞设计应为筒状蓄水盒蓄水体积达到15000 cm3时，维持15000 cm3的平衡状态，此时进水流量
为2143cm3，孔洞排水也应为2143cm3，根据这个标准设计底部孔洞的尺寸，雨水在筒状蓄水盒中的高度由计算可得为8.3cm，此处中部孔洞设计应为在筒状蓄水盒满载时所需要的孔洞设计标准，当积水达到10cm时，收集量为19914cm3，此时排水应≥5771cm3，根据这个标准设计中部孔洞的尺寸；在积水为1cm至3cm之间时，由于筒状蓄水盒重力的增大下沉，会压缩缓冲弹簧，缓冲弹簧此阶段的形变量为0.02m，在积水为3cm时，会同时压缩缓冲弹簧与筒状液体袋，所以此阶段中最大重力为：g=150n 111.39n-21.43n=247.96n，由于四个缓冲弹簧的设计，所以每个缓冲弹簧单独弹力大小f=1/4g=kx，k为劲度系数，x为形变量，此处形变量取0.02m，经计算所得k=3000n/m。
42.整体装置设计以710*410mm为例进行如上述所示设计（上述所用到的公式均为本领域的常用公式），另外装置的尺寸大小可根据实际需要进行设计和调整。
43.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
44.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。