基于机械动力的下水道防堵地漏装置模型设计

    曹思远 刘佳

    摘 要：下水道堵塞问题在建筑設计中一直是重点问题，目前存在的解决办法中，固态无动力拦截设计占据了大量的比例，机械式排堵装置又因动力问题难以设计使用；针对问题主体，堵塞物，设计一种采取水动力、机械式的地漏装置予以解决，解决堵塞问题的同时保证排水量的正常。

    关键词：机械动力；下水道防堵；地漏；模型设计

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.113

    0 引言

    针对下水道排泄堵塞问题，目前存在的解决方法中，固态无动力拦截设计占据了大量的比例，机械式排堵装置因动力问题难以设计使用；目前市场中的地漏类型以浅水封地漏、深水封地漏、广口水封地漏、扣盅水封地漏、弹簧式地漏、翻板地漏等为主，多种地漏的设计类型，都不同程度的在防堵、防臭、寿命、排水量不稳定等方面有缺陷。

    现有对地漏装置的设计多数处于无动力阶段，即依靠改变地漏外形、管道类型来解决堵塞相关问题，多种地漏设计应用中，存在堵塞物聚集地漏口而影响排水量的问题；运用所排废水为动力进行设计的几类重力、磁力地漏并不能很好的解决堵塞且易产生管道堵塞、进水口失灵、寿命短等问题。

    本文叙述一种基于废水流动所产生动力进行防堵的地漏工作原理，运用机械动力带动刺辊吸附堵塞物，对废水进行过滤，降低堵塞率，确保稳定排水量。

    1 地漏堵塞问题描述

    地漏堵塞问题以地漏口堵塞和管道堵塞为主，具体堵塞问题描述如下：

    （1）堵塞物以毛发为主，其他包括纸屑等等，多数为细小物品；

    （2）现有地漏在少量堵塞物淤积后，产生排水量下降、堵塞物聚集排水口现象；

    （3）堵塞物聚集排水口，除人工清理，没有其他解决办法；

    （4）少量细小毛发、浸湿纸张等依然能通过排水口，容易造成管道堵塞问题。

    2 防堵地漏装置设计

    2.1 材料方面

    我国现有的地漏材料根据CJ-T186-2003地漏标准，可采用铸铁、工程塑料（ABS）、硬聚氯乙烯（PVC-U），也可采用铜合金或不锈钢等材料。本防堵地漏装置采用复合材料PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）做模型，该材料具有极佳的耐水性，韧性好，修复性强，如今也在建筑业材料中占据了很大比例。

    过滤装置包含固定支架、水勺、轴承及刺辊。

    （1）固定支架：地漏设计需要考虑装置耐水性，支架采用铝合金电镀喷塑材料，防腐防侵，可长期使用无生锈现象，保证材料耐水性的同时确保其质量不会太大，以免影响水勺转速。

    （2）水勺：同样采用铝合金电镀喷塑材料，轻便、稳定，能够稳定随废水排放转动。

    （3）轴承：采用符合ISO10816-3标准的轴承，保证水勺在废水排量下能够正常工作。

    （4）刺辊：应装置需求采用工程塑料做轴、尼龙丝为刷。尼龙丝的韧性和刚性能够满足过滤废水杂物的需求。

    2.2 设计思路方面

    将地漏设计成两层地下形式，下层为支架层，利用PMMA做底层支架，腾出水勺支架空间，将水勺支架与水道分离，功能区与设计区分离，方便装置运转。

    上层滤水层包含水道、水勺及过滤刺辊，在上层前右侧开下水口进行排水。增长排水路径，加长过滤时间以达到过滤防堵目的；污水入水口设计在上层后右侧，小口设计，增加污水排水压，提高刺辊转速。

    2.3 过滤装置设计

    过滤装置分为两部分，旋转水勺及可拆卸刺辊；旋转水勺采用高灵活度轴承制作，阻力小，易推动，能够稳定随废水排放转动，为过滤刺辊提供动力；刺辊采用高硬度硬塑滚轴刺辊，能够很好的吸附杂物，且设计类型为螺杆旋转固定，可方便拆卸进行清理或更换，以此达到防堵塞、防杂物淤积的问题。

    2.4 维护方面

    地漏防堵塞装置工作是主要堵塞物集中在刺辊部分，日常维护只需在排水量下降或有大块异物影响排水工作时进行刺辊清理或更换即可。

    3 防堵地漏装置模型结构设计

    3.1 整体结构

    该装置整体的外观结构为400*400*200mm的矩形箱体，内部有隔层，以隔层为界分为上层、下层，另有底板一块（如图1）。

    主要的过滤装置装在矩形边框内部，由水勺底座、水勺、刺辊底座及刺辊构成。水勺为三杯型，刺辊为圆柱体（如图2）。

    该装置应全部位于地下，入水口处依靠地漏外地表做凹收集废水进入装置进行过滤。

    3.2 局部结构及运转设计

    下层为400*400*80mm的不全封闭矩形，包含4块110*80mm PMMA板材、1块180*80mm PMMA板材及若干角铁，作为支撑隔板及上层板材的底座；隔板上开有一50*50mm的方形开口以让水勺底座主体通过；水勺主体位于隔板上方5mm处。

    上层由1块200*400mm PMMA板材、2块200*300mm PMMA板材构成外边框，入水口由1块100*400mm PMMA板材及1块120*160mm PMMA板材斜向固定构成；下水口由一块80*120mm PMMA板材与后挡板构成。

    水勺上侧固定不锈钢刺辊支架，支架上方可接螺杆，三水勺交界处平面下方支架内为轴承，废水排放推动水勺转动带动刺辊。

    刺辊中部尼龙丝剔除后利用双层管夹固定，通过螺杆固定在刺辊支架中，随水勺转动过滤所排废水中的杂物。

    刺辊支架及水勺支架安装需要与水平面垂直，以保证水勺及刺辊能够水平旋转而不损坏轴承平衡性。

    4 防堵地漏装置模型工作状况及结果

    备注：1.单次试验以均衡水量、时长5min为标准；2.堵塞物以毛发、湿纸巾为例，每隔20S均匀加入试验废水中。

    针对试验目的，列出运转问题、堵塞问题、排水量问题三个方面，经过试验证明本下水道防堵地漏装置基本能够正常运转，达到试验目的。

    4.1 运转问题

    废水流动提供的动力能够良好的供给旋转水勺工作，带动过滤刺辊旋转以拦截堵塞物，经过长时间、多次测试，该装置能够良好续航。

    试验中出现的受阻现象源于排放废水中所含堵塞物增多且包含大块堵塞物，致使水勺转动受阻，大块且过量的堵塞物堵塞地漏装置并不能有效代表该装置的运转效率，予以记录但不影响试验最终数据。

    4.2 堵塞问题

    防堵地漏装置模型经过试验，能够很好的解决堵塞问题，对于大多数常见堵塞物如毛发、纸屑等，能够做到良好的拦截。

    4.3 排水量问题

    防堵地漏装置模型经过试验，在无大块堵塞物情况下能够提供稳定的排水量。

    5 防堵地漏装置模型设计总结

    5.1 设计优点

    该装置经过试验能够很好的满足正常排水需求，能够做到防堵塞及提供稳定排水量，此设计对于改进家庭排水地漏具有一定的价值和研究意义，此处将该防堵塞地漏装置的设计优点列出如下：

    （1）机械动力的运用使静态排水、防堵转变为动态，增加了地漏的防堵效率；

    （2）刺辊的過滤设计加长了地漏的清理周期及寿命；

    （3）可拆卸式刺辊降低了地漏的清理难度，且可直接更换，方便卫生；

    （4）双层地漏设计加长了排水路径，降低了污水回流可能，防止异味。

    5.2 设计不足及待改进之处

    试验过程中该装置因影响因子的改变而出现了堵塞现象，可见仍然有不足及可改进之处，现将试验中影响装置运转或可能影响装置运转的影响因子列出如下：

    （1）口径小于入水口的较大块异物偶尔可进入排水道，影响装置运转；

    （2）下方排水管依然需要弯道设计以防止异味及废水回流；

    （3）安装本装置需要保持水勺及刺辊安装方位水平，以确保装置正常工作，安装精度要求较高。

    6 结束语

    本文叙述设计的基于机械动力的下水道防堵地漏装置，经试验证明可行。本设计可根据需求在排水道地下进行设计安装，该装置设计简单、功能可靠、调试方便，对于家庭地漏装置的防堵工作规划及改善具有一定的实用价值。

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    *为通讯作者