CN101915230B - 一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，包括：机架；位于机架一端的隔膜阀；位于机架的另一端的控制装置；位于隔膜阀和控制装置之间的蓄能装置；隔膜阀的隔膜阀出水管连接负压出水口四通管的第一管路，负压出水口四通管的第二管路与负压出水口三通管的第一管路连接，负压出水口三通管的第二管路连接负压罐；控制装置与蓄能装置和隔膜阀均连接。本发明设备的动力源只需要负压罐提供真空负压；浮球式活塞、调节阀和单向阀能精确控制排水的时间、流量和速度；在实现真空排水过程中具有执行过程简单、运行能耗低、运行效率高等优点。

Description

一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备

技术领域

本发明涉及以负压作为传输动力的排水系统技术领域，特别涉及一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备。

背景技术

市政排水系统包括重力排水系统和非重力排水系统，真空排水系统作为非重力排水系统中的一种，其与重力排水系统相比，对于解决室内源分离收集、户外边远地区排水问题及丘陵地带的排水问题具有其独特的优势。真空排水系统主要通过管道系统内的负压作用，实现将管道终端的污水，通过管道内的负压驱动，从收集界面单元传输到真空收集泵站。通常情况下，在室内室外的排水系统中，往往首先通过重力作用，将建筑内排放的污水收集到特定的集水容器中，该收集容器往往维持在常压状态，然后再通过真空排水特定的界面单元，将收集容器中的污水抽吸入真空管道系统，最终传输到真空收集泵站，如此过程实现污水的收集传输和排放，将污水收集容器中的污水排尽。所以，在真空排水系统的前端，在通过重力排水的终端收集单元内，需要设置一个界面单元，要求可以实现如下三种功能：1)切断与真空管道连接，实现常压下重力收集污水；2)收集污水达到一定容积，自动打开与真空管道连接，排尽收集容器内所收集的污水；3)排尽收集容器内收集的污水，自动切断收集容器与真空管道的连接，继续收集重力排放污水。该界面单元要在这三种情况下实现交替往复的连续自动运行。

这种特殊的界面单元是真空排水系统的核心设备和主要技术壁垒，是限制真空排水系统在国内推广应用的重要障碍。目前与真空排水系统界面单元相关的关键设备研发主要来自于德国、美国、瑞典、日本等发达国家。

瑞典工程师S.A.Joel Liljendahl于20世纪中叶发明一种全新的真空界面阀，用隔膜阀的形式解决了泄漏、堵塞、抗污等问题，解决了真空排水系统应用的核心问题^[i]。这种真空隔膜阀被美国的JohnsonService Company于1970年加以改进，首次采用了弹簧复位的结构，成为了沿用至今的阀门单体形式^[ii]。除了气动执行以外，美国BlandCalvin Burns发明了电动执行的隔膜阀，但它要求随着真空管路铺设相应电缆设备来提供电力支持^[iii]。此后经过对橡胶材料的研究，研制出了满足过水、密闭、防堵的隔膜衬垫材料^[iv]。直到21世纪初，德国Roediger Vacuum GmbH.才研发出截然不同的真空界面阀类型，其主要利用阀体内周侧的一圈弹性材料的箍紧和放开来控制真空管路的接通和封闭^[v，vi]。此外，日本也研究开发出了挡板式的阀体结构形式实现真空管路的启闭。

真空界面阀的触发控制装置是与阀体本身同等重要的关键器件。美国的Johnson Service Company提出了上升液位压迫密封气体而触发控制装置开启阀门的原理^[vii]；而阀门的关闭方法则以日本EbaraCorporation提出的感应吸入管是否开始抽吸大气的方法为代表^[viii]。在界面阀前置的气路切换阀门的研究上，Johnson Service Company和Burton Mechanical Contractors，Inc.先后提出了静态压强暂存器的结构和双限位的活塞阀，后者还引入了避免湿气凝结堵塞负压管道的装置^[ix]；此后美国Airvac，Inc.提出了用浮动塞体避免气路控制装置被液体浸没堵塞的方法^[x]。这些措施大大提高了系统的稳定性和使用寿命。美国Burton Mechanical Contractors，Inc.采用电子执行机构控制真空界面阀，用电子元件对于延时控制和流量控制的精确性来实现阀门开闭的准确操作^[xi]。

而国内目前对于真空水界面单元相关关键设备的研发，主要采用隔膜阀或截止阀的结构形式，阀体结构形式相对较为简单，控制单元多以电动开关控制形式为主，缺乏配套的完全气动的控制系统，工程实际应用效果的检验也不足，采用电动控制的方式，其存在1)设备施工成本较高；2)防腐防潮等问题对系统运行稳定性的威胁较大；3)各集水点均需要外部供电设施；4)不能够实现完全同时进气进液及其气液比例调节功能。

以下是上述提到的国外的参考文献：

[i]S.A.Joel Liljendahl.Discharge Valve，Particularly for WaterClosets：Sweden，439310[P].1964-8

[ii]Urban A.Weber，George J.Janu.Diaphragm Actuated SpoolValve：United States，3774637[P]，1972-5

[iii]Bland Calvin Burns.Method and Apparatus for ConveyingSewage：United States，3730884[P].1970-10

[iv]Thomas E.Staab，James H.Larsen.Anti-Stick，Non-LiquidAbsorbing Gasket：United States，4223897[P].1978-9-15

[v]Reinhold Betz.Martens Peter.Vacuum Sewage System：Germany，99119677[P].1999-10-1

[vi]Reinhold Betz.Interface Valve for Vacuum Sewer Systems：United States，6575425B 1[P].2000-1-17

[vii]George J.Janu.Two-Position Liquid Level Controller：UnitedStates，3777778[P].1972-10

[viii]Akihiro Ushitora，Osamu Shimizu.Vacuum Valve Controllerfor Vacuum Sewer System：Japan，6117013[P].1994-10-11

[ix]Donald D.Cleaver，Richard B.Notz，Arnold G.Trobaugh.Vacuum Operated Sewerage System：United States，4171853[P].1979-7

[x]John M.Grooms.Vacuum Sewerage with Increased LiftCapabilities Having Electric Air Admission Controllers：United States，5064314[P].1990-12-6

[xi]Burton A.Featheringill，John M.Grooms.Sump-ventedController Mechanism for Vacuum Sewerage Transport System：UnitedStates，5570715[P].1995-12-19

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何在仅提供真空动力源，完全非电的条件下实现启闭和抽吸过程，并能够仅基于浮球式活塞、调节阀和单向阀实现排水时间、流量和速度的精确控制，以及如何实现能够保证装置稳定运行的辅助储能结构和维护措施。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种真空排水系统的气动设备，包括：机架；位于所述机架一端的隔膜阀；位于所述机架的另一端的控制装置；位于隔膜阀和控制装置之间的蓄能装置；隔膜阀的隔膜阀出水管连接负压出水口四通管的第一管路，负压出水口四通管的第二管路与负压出水口三通管的第一管路连接，负压出水口三通管的第二管路连接负压罐；所述控制装置与蓄能装置和隔膜阀均连接。

其中，所述隔膜阀还包括：隔膜阀体、隔膜阀盖、安装在隔膜阀体内腔的隔膜和位于膜阀体上的进水管口，所述隔膜阀体与隔膜阀盖通过第一连接板连接，所述隔膜阀出水管位于隔膜阀体上。

其中，所述控制装置包括：

位于机架上方的活塞套和活塞杆，活塞杆位于活塞套内，活塞杆和活塞套上设有贯穿活塞杆和活塞套的正压复位通孔、负压通孔和正压水汽混合通孔，所述正压复位通孔一端安装第一调节阀，另一端通过正压气管连接隔膜阀盖上的第一气孔，所述负压通孔的一端通过第一负压气管连接蓄能装置，另一端通过第二负压气管连接隔膜阀盖上的第二气孔，所述正压水汽混合通孔的一端安装第二调节阀，另一端通过正压水汽混合汽管连接位于所述负压出水口四通管的第三管路。

该控制装置还包括位于机架下方的进水箱，安装于进水箱内的动力浮球，所述动力浮球可调节地安装在虚动杆上，所述虚动杆安装在虚动杆套内，所述虚动杆套与活塞杆的一端连接，活塞杆另一端固定在限位垫上。

其中，所述动力浮球通过可调节的螺母与所述虚动杆连接。

其中，所述虚动杆套通过一组可调节的螺母与活塞杆的一端连接。

其中，所述限位垫上方设有限位螺钉。

其中，所述蓄能装置通过第二连接板与机架连接，包括：蓄能体；安装在所述蓄能体上方的上盖和下方的下盖，所述上盖与所述第二连接板连接。

其中，所述下盖设有一个气孔，通过第一负压气管连接负压通孔的一端；

所述上盖设有一个气孔，所述上盖的气孔通过第三负压气管与负压出水口四通管的第四管路相连，气孔与第三负压气管连接处、以及第三负压气管与负压出水口四通管的第四管路连接处分别设置有第一单向阀以及第二单向阀。

其中，所述负压出水口三通管的第三管路上安装有紧急手阀。

(三)有益效果

本发明的整个设备的动力源只是水环式真空泵(或其他型式的真空泵)提供的真空负压；浮球式活塞、调节阀和单向阀能精确控制排水的时间、流量和速度；蓄能装置能保证隔膜阀的开启的动力，从而保证整个系统的正常工作，在排水过程中能耗低，效率高；在隔膜阀系统出现故障时，可采用手动，保证整个系统的工作安全。

附图说明

图1是本发明实施例的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备的结构示意图；

图2是图1中的A-A表示控制装置的剖面图；

图3是图1中B-B表示隔膜阀的剖面图；

图4是图1中各个装置的气路连接示意图；

图5是图1中C-C储能装置剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图3所示，为本发明的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，该设备可根据液位变化对真空排水系统集水界面单元实现完全气动控制。该设备包括：机架8，位于所述机架8一端的隔膜阀3，位于所述机架8的另一端的控制装置1；位于隔膜阀3和控制装置1之间的蓄能装置2；隔膜阀3的隔膜阀出水管3-6连接负压出水口四通管3-7的第一管路，负压出水口四通管3-7第二管路与负压出水口三通管3-8第一管路连接，负压出水口三通管3-8的第二管路连接负压罐4；所述控制装置1与蓄能装置2和隔膜阀3均连接。

其中，所述隔膜阀3还包括：隔膜阀体3-2、隔膜阀盖3-5、安装在隔膜阀体3-2内腔的隔膜3-3和位于膜阀体3-2上的进水管口3-1，所述隔膜阀体3-2与隔膜阀盖3-5通过第一连接板3-4连接，所述隔膜阀出水管3-6位于隔膜阀体3-2上。

如图1～4所示，所述控制装置1包括：

位于机架8上方的活塞套1-8和活塞杆1-7，活塞杆1-7位于活塞套1-8内，所述活塞杆1-7和活塞套1-8上设有贯穿活塞杆1-7和活塞套1-8的正压复位通孔1-9、负压通孔1-10和正压水汽混合通孔1-11，所述正压复位通孔1-9一端安装第一调节阀7-2，另一端通过正压气管7-5连接隔膜阀盖3-5上的第一气孔3-9，所述负压通孔1-10的一端通过第一负压气管7-1连接蓄能装置2，另一端通过第二负压气管7-4连接隔膜阀盖3-5上的第二气孔3-10，所述正压水汽混合通孔1-11的一端安装第二调节阀7-3，另一端通过正压水汽混合汽管7-8连接位于所述负压出水口四通管3-7的第三管路。

该控制装置1还包括位于机架8下方的进水箱1-1，安装于进水箱1-1内的动力浮球1-2，所述动力浮球1-2可调节地安装在虚动杆1-5上，所述虚动杆1-5安装在虚动杆套1-6内，所述虚动杆套1-6与的活塞杆1-7的一端连接，活塞杆1-7另一端固定在限位垫1-12上。

其中，所述动力浮球1-2通过可调节的螺母1-3实现与所述虚动杆1-5的连接，并可以适当调控浮球在进水箱1-1中的位置。

其中，所述虚动杆套1-6通过一组可调节的螺母1-4与活塞杆1-7的一端连接，通过螺母可以实现虚动杆相对固定位置的调节。

其中，所述限位垫1-12上方设有限位螺钉1-13。

如图4和5所示，所述蓄能装置2通过第二连接板2-4与机架8连接，包括：蓄能体2-2，安装在所述蓄能体2-2上方的上盖2-3和下方的下盖2-1，所述上盖2-3与所述第二连接板2-4连接。其中，所述下盖2-1设有一个气孔2-5，通过第一负压气管7-1连接负压通孔1-10的一端；所述上盖2-3设有一个气孔2-6，所述上盖2-3的气孔2-6通过第三负压气管7-7与负压出水口四通管3-7的第四管路相连，气孔2-6与第三负压气管7-7连接处、以及第三负压气管7-7与负压出水口四通管3-7的第四管路连接处分别设置有第一单向阀7-6以及第二单向阀7-9。蓄能装置2为隔膜阀3的随时安全启闭提供能量。

其中，所述负压出水口三通管3-8的第三管路上安装有紧急手阀5。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，包括：

机架（8）；

位于所述机架（8）一端的隔膜阀（3）；

位于所述机架（8）的另一端的控制装置（1）；

位于隔膜阀（3）和控制装置（1）之间的蓄能装置（2）；

隔膜阀（3）的隔膜阀出水管（3-6）连接负压出水口四通管（3-7）的第一管路，负压出水口四通管（3-7）的第二管路与负压出水口三通管（3-8）的第一管路连接，负压出水口三通管（3-8）的第二管路连接负压罐（4）；

所述控制装置（1）与蓄能装置（2）和隔膜阀（3）均连接；

所述隔膜阀（3）还包括：隔膜阀体（3-2）、隔膜阀盖（3-5）、安装在隔膜阀体（3-2）内腔的隔膜（3-3）和位于隔膜阀体（3-2）上的进水管口（3-1），所述隔膜阀体（3-2）与隔膜阀盖（3-5）通过第一连接板（3-4）连接，所述隔膜阀出水管（3-6）位于隔膜阀体（3-2）上；

所述控制装置（1）包括：

位于机架（8）上方的活塞套（1-8）和活塞杆（1-7），活塞杆（1-7）位于活塞套（1-8）内，活塞杆（1-7）和活塞套（1-8）上设有贯穿活塞杆（1-7）和活塞套（1-8）的正压复位通孔（1-9）、负压通孔（1-10）和正压水汽混合通孔（1-11），所述正压复位通孔（1-9）一端安装第一调节阀（7-2），另一端通过正压气管（7-5）连接隔膜阀盖（3-5）上的第一气孔（3-9），所述负压通孔（1-10）的一端通过第一负压气管（7-1）连接蓄能装置（2），另一端通过第二负压气管（7-4）连接隔膜阀盖（3-5）上的第二气孔（3-10），所述正压水汽混合通孔（1-11）的一端安装第二调节阀（7-3），另一端通过正压水汽混合汽管（7-8）连接位于所述负压出水口四通管（3-7）的第三管路；

该控制装置（1）还包括位于机架（8）下方的进水箱（1-1），安装于进水箱（1-1）内的动力浮球（1-2），所述动力浮球（1-2）可调节地安装在虚动杆（1-5）上，所述虚动杆（1-5）安装在虚动杆套（1-6）内，所述虚动杆套（1-6）与活塞杆（1-7）的一端连接，活塞杆（1-7）另一端固定在限位垫（1-12）上。

2.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述动力浮球（1-2）通过可调节的螺母（1-3）与所述虚动杆（1-5）连接。

3.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述虚动杆套（1-6）通过一组可调节的螺母（1-4）与活塞杆（1-7）的一端连接。

4.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述限位垫（1-12）上方设有限位螺钉（1-13）。

5.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述蓄能装置（2）通过第二连接板（2-4）与机架（8）连接，包括：

蓄能体（2-2）；

安装在所述蓄能体（2-2）上方的上盖（2-3）和下方的下盖（2-1），所述上盖（2-3）与所述第二连接板（2-4）连接。

6.如权利要求5所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述下盖（2-1）设有一个气孔（2-5），通过第一负压气管（7-1）连接负压通孔（1-10）的一端；

所述上盖（2-3）设有一个气孔（2-6），所述上盖（2-3）的气孔（2-6）通过第三负压气管（7-7）与负压出水口四通管（3-7）的第四管路相连，气孔（2-6）与第三负压气管（7-7）连接处、以及第三负压气管（7-7）与负压出水口四通管（3-7）的第四管路连接处分别设置有第一单向阀（7-6）以及第二单向阀（7-9）。

7.如权利要求1~6中任一项所述的真空排水系统集水界面单元的气动执行设备，其特征在于，所述负压出水口三通管（3-8）的第三管路上安装有紧急手阀（5）。

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