一种维持地铁站排水系统面临洪水灾害正常运行的装置

1.本实用新型属于水利工程领域，具体涉及一种维持地铁站排水系统面临洪水灾害正常运行的装置。


背景技术：

2.地铁作为城市的交通工具，在许多城市交通中已担负起主要的乘客运输任务每天都在肩负着减少地面交通的通行压力，以及提高人们出行效率的责任。
3.由于地铁内的空间低于地平线，易导致地铁站内内涝，因此地铁不得不规划充分准备防水排水设施。当遇到极端暴雨天气时，工作人员未必来得及放置防汛设备，洪水进入隧道以后，就只能通过自身的排水系统和应急抽水泵排水。而地铁进水时列车和站内设施都会因泡水损坏，站内还有各种供电系统，如果来不及切断电源可能造成人员触电，但是切断电源会导致水井中排水泵无法工作，造成严重的地铁站内涝，人员伤亡。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种维持地铁站排水系统面临洪水灾害正常运行的装置。
5.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种维持地铁站排水系统面临洪水灾害正常运行的装置，包括：
7.旁路管道，其输入端与地铁站排水系统的下水管道连接，输出端与地铁站排水系统的引水池连接；
8.水流发电设备，其设置于所述旁路管道内；
9.双管道开关组件，其用于开启、关闭旁路管道和下水管道；
10.水位传感器，其设置于引水池内，用于检测引水池中水位；
11.所述水位传感器和双管道开关组件通信连接并由备用电源供电，当水位传感器检测到引水池中水位超过安全水位时，双管道开关组件关闭下水管道并开启旁路管道，水流发电设备进行水力发电，所得电能供地铁站排水系统的排水泵使用，排水泵将引水池内水流提升至市政管道。
12.作为本实用新型的进一步优化方案，所述地铁站排水系统包括地铁站客流层、下水管道、引水池、水井和排水泵，所述下水管道连接地铁站客流层和引水池，所述水井设置于引水池内，引水池内的污水经排水泵提升并排入市政管道。
13.作为本实用新型的进一步优化方案，所述水流发电设备包括水轮机、发电机、蓄电池和逆变器，所述水轮机与发电机同轴连接并通过轴承安装于旁路管道内，水流动能和势能变化带动水轮机转动转换为机械能，水轮机带动同轴相连的发电机旋转，使发电机不断产生电能，电能储存在蓄电池内，蓄电池通过逆变器为排水泵提供交变电流，保证排水泵正常工作。
14.作为本实用新型的进一步优化方案，所述旁路管道与下水管道的竖直管道并排设
置，所述双管道开关组件设置于旁路管道和竖直管道顶部的管口之间，关闭下水管道时开启旁路管道。
15.作为本实用新型的进一步优化方案，所述双管道开关组件包括水流挡板、挡板驱动机构和控制器；
16.所述控制器与水位传感器电性连接，根据接收的由水位传感器发送的水位信号控制挡板驱动机构；
17.所述挡板驱动机构在控制器的控制下，驱动水流挡板关闭下水管道并开启旁路管道，或开启下水管道并关闭旁路管道。
18.作为本实用新型的进一步优化方案，所述挡板驱动机构包括齿条、齿轮和正反电机，所述齿条固定设置于水流挡板上，所述齿轮与齿条啮合，在正反电机的正反向驱动下，所述齿轮带动齿条往复移动，实现水流挡板对旁路管道和竖直管道顶部管口的阻挡。
19.日常中，引水池中的水通过水井中排水泵提升并排入市政管道内，当洪水来临地铁站切断电源时，排水泵无法工作，导致地铁站内涝严重，因此本发明在原有排水系统中加装维持其正常运行的装置，将水流侧引发电，给断电后的排水泵供电，从而能够保证地铁站排水系统正常工作。
20.本实用新型的有益效果在于：
21.1)本实用新型整个装置加装于原有地铁站排水系统中，可以在地铁站面临水灾切断电源时，维持地铁站排水系统中排水泵正常工作，排水泵不断将引水池中水提升排入市政管道，客流层中的人员也不会因洪水有太多伤亡；
22.2)本实用新型整个装置几乎不需要人员操作，通过水位传感器、控制器和挡板驱动机构自动移动水流挡板，此过程仅需少量备用电源供应即可，最大可能地保证了工作人员在洪水来临时的安全。
附图说明
23.图1是本实用新型的整体系统结构图。
24.图2是本实用新型的整体系统工作流程图。
25.图3是本实用新型的挡板驱动机构结构示意图。
26.图中：1、旁路管道；2、下水管道；3、引水池；4、水流发电设备；41、水轮机；42、发电机；43、蓄电池；44、逆变器；5、双管道开关组件；51、水流挡板；52、挡板驱动机构；521、齿条；522、齿轮；523、正反电机；53、控制器；6、水位传感器；7、备用电源；8、排水泵；9、地铁站客流层；10、水井。
具体实施方式
27.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指
的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
29.实施例1
30.现有技术中，地铁站排水系统包括地铁站客流层9、下水管道2、引水池3、水井10和排水泵8，所述下水管道2连接地铁站客流层9和引水池3，所述水井10设置于引水池3内，引水池3内的污水经排水泵8提升并排入市政管道；洪水进入地铁时，通过地铁站客流层9的地漏流入下水管道2进入引水池3中。
31.如图1-2所示，一种维持地铁站排水系统面临洪水灾害正常运行的装置，包括：
32.旁路管道1，其输入端与地铁站排水系统的下水管道2连接，输出端与地铁站排水系统的引水池3连接；所述旁路管道1与下水管道2的竖直管道并排设置；
33.水流发电设备4，其设置于所述旁路管道1内；所述水流发电设备4包括水轮机41、发电机42、蓄电池43和逆变器44，所述水轮机41与发电机42同轴连接并通过轴承安装于旁路管道1内，水流动能和势能变化带动水轮机41转动转换为机械能，水轮机41带动同轴相连的发电机42旋转，使发电机42不断产生电能，电能储存在蓄电池43内，蓄电池43通过逆变器44为排水泵8提供交变电流，保证排水泵8正常工作；
34.双管道开关组件5，其用于开启、关闭旁路管道1和下水管道2；所述双管道开关组件5设置于旁路管道1和竖直管道顶部的管口之间，关闭下水管道2时开启旁路管道1；所述双管道开关组件5包括水流挡板51、挡板驱动机构52和控制器53；所述控制器53与水位传感器6电性连接，根据接收的由水位传感器6发送的水位信号控制挡板驱动机构52；所述挡板驱动机构52在控制器53的控制下，驱动水流挡板51关闭下水管道2并开启旁路管道1，或开启下水管道2并关闭旁路管道1，其中控制器53可采用m68hc16单片机，水位传感器6可采用dlk201液位传感器；
35.水位传感器6，其设置于引水池3内，用于检测引水池3中水位；
36.所述水位传感器6和双管道开关组件5通信连接并由地铁站备用电源7供电，当水位传感器6检测到引水池3中水位超过安全水位时，双管道开关组件5关闭下水管道2并开启旁路管道1，水流发电设备4进行水力发电，所得电能供地铁站排水系统的排水泵8使用，排水泵8将引水池3内水流提升至市政管道。
37.需要说明的是，整个装置建造时，在原有下水管道2左侧新建一条装有水轮机41的旁路管道1，旁路管道1仍通向原有引水池3，在水轮机41上方安装同轴连接的发电机42，发电机42右侧连接蓄电池43，蓄电池43右侧配逆变器44，再连接到水井10中排水泵8的电源；
38.另外，根据水轮机41输出功率公式：p＝psrη＝9.81qhηkw，其中式中q——流量，m/s，h——工作水头，m，η为水轮机41效率。且q＝sv，其中式中s为截面面积，v为水流速度。欲使水轮机41功率最大，根据基本不等式，q＝h时水轮机41输出功率最大，可以根据旁路管道1截面积，水流速度等实际情况在安装水轮机41时，控制其与水流挡板51的高度差保证水轮机41效率最大化。
39.洪水进入地铁时，通过地铁站客流层9的地漏流入下水管道2流入引水池3中。在引水池3中设安全水位，并安装水位传感器6。
40.洪水进入地铁时，水流挡板51将旁路管道1关闭，下水管道2开启，洪水通过地铁站
客流层9的地漏流入下水管道2进入引水池3中，当引水池3内水位未超过安全水位时，不会触发水位传感器6，此时的水流挡板51不移动；
41.当引水池3中水位超过安全水位时，控制器53操纵水流挡板51向右移动打开装有水轮机41的旁路管道1，闭合原有下水管道2，无需人员操作。洪水进入旁路管道1后，水流动能和势能变化带动水轮机41转动转换为机械能后，流入引水池3。水轮机41带动上方同轴相连的发电机42旋转，使发电机42不断产生电能。电能储存在蓄电池43内，蓄电池43通过逆变器44为水井10中排水泵8提供交变电流，保证其正常工作。
42.本发明适用于地铁站遇到极端天气时，洪水涌入地铁站，地铁站被迫切断电源，水井10中排水泵8无法正常工作时。该装置可为排水泵8提供电能，使地铁站排水系统有效运行，及时处理滞留在客流层的洪水，减小人员伤亡。
43.建造时，工程师可以根据现场环境，合理布局该装置中水位传感器6、旁路管道1、水流挡板51及其控制器53、发电机42、蓄电池43、逆变器44的位置关系，只需保证其各个部件有序安全工作即可。
44.如图3所示，所述挡板驱动机构52包括齿条521、齿轮522和正反电机523，所述齿条521固定设置于水流挡板51上，所述齿轮522与齿条521啮合，在正反电机523的正反向驱动下，所述齿轮522带动齿条521往复移动，实现水流挡板51对旁路管道1和竖直管道顶部管口的阻挡。
45.需要说明的是，需要水流挡板51移动时，由正反电机523的输出轴带动齿轮522正反向转动，齿轮522与齿条521啮合，从而能够带动齿条521水平往复移动，从而实现水流挡板51的左右移动，实现下水管道2和旁路管道1的启闭。
46.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。