CN1112179A - 射流器装置 - Google Patents

Abstract

一种可降低真空排水系统中污水传送所需压力 的真空发生装置，它包括一个液体驱动的射流器(3)， 该射流器(3)的工作介质通过循环泵(6)从污水收集 容器(5)送向射流器(3)，射流器(3)的抽吸侧通过止 回阀(9)与真空排水管网(2)相连。通过排水管网输 送的污水通过射流器(3)流入污水收集容器(5)中。 射流器排放管孔基本为柱状，管的长度(L)为管孔直 径(D)的8～20倍，最好为10～15倍，排放管(11)直 接将流体排放到污水收集容器(5)中。

Description

本发明涉及一种真空排水系统用的真空发生器，特别涉及一种用作上述排水系统中的真空泵的射流器。

长期以来人们已将射流器用作真空排水系统中的部分真空源。上述射流器在US  4034421号专利中进行了描述。根据该已有技术，射流器的工作介质是由循环泵输送的液态流体，它从污水收集容器流向射流器。射流器的抽吸侧通过止回阀与真空排水管相连，从而输送给排水管的污水通过射流器抽吸到收集容器内。上述真空发生装置的总效率仅仅为5%左右。这是因为循环泵的效率为40%左右，而由循环泵所驱动的射流器中的有用效率仅仅为10～15%。然而提高真空发生装置的效率本身一般不具有任何重要意义。

于是人们在改进作为空气泵的液体驱动射流器的总效率方面进行了广泛的研究。但本发明的目的不在于改进射流器的效率。本发明是根据下述观点而设计的，即将作为真空发生装置的射流器具体应用于真空排水系统中时，在足够高的真空度（较高的真空度相当于较低的绝对压力）条件下，使吸入射流器的空气流量达到最大是比较重要的。在本发明的真空发生装置中，射流器直接将流体排入（比如处于大气压条件下的）容器中。在上述条件下，从射流器排出的流体压力和动能根本无法利用，而这将对射流器能否达到最佳功能状态产生重要影响。

本发明的一个目的在于采用本说明书开始部分所描述的用于真空排水系统的可使用环境下的射流器而使真空发生装置处于最佳功能状态。在这里很重要的一点是射流器要产生足够高的真空，同时通过射流器的空气流量达到最大值。在真空排水系统中真空度一般约为0.5个大气压，当然在不同的应用场合其值会有较大变化。

本发明是由下述结构的真空发生装置构成的，该装置可降低真空排水系统中的污水传送所需要的压力，该装置包括一个液体驱动射流器，其工作介质通过循环泵从污水收集容器送向射流器，射流器的抽吸侧通过一止回阀与真空排水管网相连，从而输送给排水管网的空气和污水通过射流器抽吸到污水收集容器内，其特征在于射流器的排放管的孔基本为柱状，通过上述排放管，空气、污水和射流器的工作介质被排放到污水收集容器内，上述排放管的长度为该排放管孔直径的8～20倍，最好为10～15倍，该排放管是这样设置的，即它可将排放流体直接排入污水收集容器的内部。在这里并不需要按常规方式的射流器（它沿流动方向构成排放管的锥形扩大的端部）中采用扩散器，从而在本发明的真空发生装置中，射流器的排放管中的孔通长基本为柱状。排放管的长度应当为孔直径的8～20倍，最好为10～15倍。另外重要的一点是，正如人们所公知的，射流器直接将流体排放到污水收集容器的内部，这就是说射流器不将流体排放到与污水收集容器相连的管道中，因为该管道较窄从而会影响射流器的功能。可以发现采用按上述方式制成的射流器的真空发生装置在真空排水系统的使用环境中的使用情况要好于相应的常规的以射流器为主体的真空发生装置。还可以发现，在某些场合，在本发明的真空发生装置中使用2个射流器，其功能与5个常规的以射流器为主体的真空发生装置的功能相同，尽管本发明的真空发生装置所采用的射流器的理论效率可能低于已有的射流器的效率。

在应用本发明时，最好循环泵所产生的压力至少为1.5帕，最好为1.9帕，该循环泵刚好位于射流器的上游。采用上述高供应压力可提高射流器的空气抽吸效率及通过该射流器的工作介质的流速。推荐从循环泵至射流器的流速至少为90m³/小时，最好为100m³/小时或更高。

为了使射流器的抽吸效率达到足够高的数值，最好射流器排放管的孔的横截面积至少为射流器喷嘴中最小孔的面积的2.2倍，最好为2.5倍，上述射流器有工作介质流过从而可在射流器抽吸腔内产生所需要的真空。上述规定的孔面积的数值最好要与射流器中所采用的工作介质的压力和流速的规定数值配合使用。上述数值的比值不应过高，否则射流器不能产生足够高的真空度，适合的最大比值一般为3～3.5左右。

射流器的抽吸效率也可通过下述手段来提高，该手段为采用一倾斜的连接体使真空排水管的端部与射流器的抽吸腔相连。排水管与射流器纵轴线之间的理想角度为45°±20°，最好为45°±10°。在常规的射流器中，这一角度为90°左右，而在本发明中采用倾斜的连接体，可以发现这种方式具有更显著的优点，它可降低通过射流器所抽吸的物质流体角度的改变。

因为本发明的真空发生装置可在处于不同使用环境下的不同真空排水系统中使用，故最好可对射流器的特性进行调节，从而使在任何使用场合下的射流器都能在最佳性能或接近该性能的条件下使用。理想的真空度，所要抽送的空气和污水量在不同的场合会有很大变化。考虑到成本因素循环泵的尺寸最好应较小些。应当对该泵加以选择以便能获得所需要的射流器效率。射流器应当能适合选好的循环泵所产生的流速和压力。因为不可能借助简单的调节装置再对其特性进行调节，故最好按下述方式设计射流器，该方式为射流器的喷嘴和排放部件以可拆卸的方式固定于射流器的其它结构部件上，这样通过更换射流器的其它部件就可按需要改变射流器的特性。

使用循环泵的目的有两个，首先循环泵用作射流器的能量源，但污水收集容器也必须不断地加以排空。如果循环泵的功率足够高，则既使在循环泵同时向射流泵提供能量时它也能完成上述排空操作。如果循环泵的功率过低，则在排空污水收集容器阶段中由于切断了工作介质从该泵至射流器流动从而使射流器处于关闭状态。在优选的实施例中，无需上述的关闭部件，只要上述循环泵的功率大至一定程度，这样甚至在射流器处于工作状态时，该泵能将部分循环液体送至其上方的一定高度，该高度至少为10米，最了为15米。这就有可能当本发明用于船的真空排水系统中时，在船停于码头时不中断射流器的操作而将收集容器排空。

一般情况下射流器不应连续运行。其功能取决于真空排水管网的真空度。每当厕所中的便池或其它与其相连的装置排空时，排水管网中的压力上升。当排水管网中的压力上升超过某个限定值时，射流器便自动启动，直至排水管网中又恢复足够的真空度。污水集容器一直保持在大气压力下。

本发明的真空发生装置中的射流器不应采用已有射流器的排放管中的常规扩散器。这是因为在本发明中从射流器排放出来的流体被随便排放到污水收集容器的内部。如果在射流器的排放区中设有与之相邻的阻挡件，如收集容器的壁，特别是当排放管的出口端与阻挡件之间的距离较小时，则会对射流器的功能产生不利影响，因此建议排放管的出口端与其前面的最靠近的阻挡件的距离至少为0.5米，最好为1.5米。另外重要的一点是要避免射流器的排放区干扰侧向（相对排放管的径向）结构。至于侧向间距，其所需最小自由区是相当小的，一般其长度仅为沿排放管纵轴向该排放管直径的1.5倍，最好为2倍。

在一般的污水中出现固体、半固体、纤维物质以及橡胶物质（如避孕套）会产生问题。为了粉碎上述物质公知的方法是采用粉碎器，它与排放系统连接为一体。然而已经发现，在真空排水管网中采用粉碎器会产生不利的后果，即降低流向污水收集容器的污水流量，因此在本发明的真空发生装置中不将粉碎器设置在排水管网中，而是设置在循环泵的循环通道中，最好恰好位于循环泵的上游。处于上述位置的粉碎器不会对排水管网中的流体产生干扰，同时还可大大改善射流器的运行条件，并可大大提高工作介质的匀质性，按上述方式，粉碎器可使整个真空发生装置的工作效率产生良好的效果，该粉碎器可按人们所公知的方式与循环泵成整体连接，这样循环泵的驱动马达可直接驱动该粉碎器和泵。

因为在一般情况下，在带有本发明的真空发生装置的排水管中不设置粉碎器，这样特别是当污水中的液体与固体的比值很低时，污水中的固体和半固体会使射流器发后堵塞。一般情况下上述情况很少发生，但为了提高安全性，最好在射流器的腔室内，或真空排水管网与射流器的连接部位设置带有可开启的盖的检查孔，这样，在必要时可通过该孔将影响射流器功能的任何物质除掉。

下面参照附图，以实施例的方式对本发明进行详细描述：

图1为采用本发明真空发生装置的真空排水系统的总体布置示意图;

图2为图1所示系统中的射流器的纵向截面示意图。

如图1所示，厕所便池1与真空排水管网2相连，在排水管网2中约为0.5个大气压的部分真空是由射流器3产生的，每个射流器3可使便池1的数量高达100个或更多，在靠近每个便池1处，设有正常情况下处于关闭状态的污水阀1A，该阀直接将便池1的内部与处于部分真空的排水管相连通，射流器3的抽吸管4与排水管网2的出口端2A相连，射流器3将流体排放到污水收集容器5中，大功率的循环泵6将容器5中的主要为液体的污水通过管7从容器5中抽出，并通过管8抽送到射流器3中，在这里由泵6传送该流体，该流体用作操纵射流器3的工作介质，这样便在射流器3的抽吸腔（包括管4）中首先形成部分真空，然后在排水管网2中形成部分真空，在排水管网2的出口端2A和射流器3的抽吸腔之间设有止回阀9（如图2所示）和正常情况处于开启状态的关闭阀10。射流器3的工作介质和通过排水管抽吸送至射流器3的空气和污水，高速通过射流器的排放管11直接流入容器5的内部。

在循环泵6的上游，设有正常状态处于开启位置的关闭阀12和一个粉碎器13，该粉碎器13可对污水中的固体物质进行粉碎，粉碎器13可由循环泵6驱动，它可与泵相连，比如连接成一个整体，这样，它与驱动马达位于同一根轴上，在上述实施例中，泵6所产生的流速高于100m³/小时，刚好位于射流器3上游的管8的压力约为2帕，泵6可同时将容器5排空，并同时驱动射流器3，在排空阶段，最好将以摇控方式控制的排空阀14打开，在这里有一定比例的，比如20%的流过泵6的介质流体从管8流向管15，泵6的功率要足够大，这样甚至当射流器3在足够大的功率下运行时，抽吸送向管15的介质流体会上升一定的高度h，该高度约为泵6以上10～20m。

在容器5中，设有2个液体显示器16a和16b，在这里当容器中的液体过少时，位于下方的液位显示器16a会驱动警报器，当液体位置上升到一定高度，而使容器5需要排空时，位于上方的液位显示器16b会驱动警报器，然而，即使在容器5中的液位高于上方的液位显示器16b所确定的液位，以及在射流器3的排放管11局部或全部位于容器5中的液面下方时，图中所显示排水系统仍然可以运行，然而一般情况下，液面位置明显位于射流器3的排放管的下方，例如，液面位置与排放管11的间距为排放管纵向轴以下的排放管孔直径的1.5～2倍，排放管11的出口端与其前方的最靠近的壁（或其它阻挡件）的间距d不应小于某个最小间距，该间距最好为0.5m，当射流器在最高射流功率运行时，上述距离可增至为1m。

本发明的真空发生装置，特别适用于大型客轮，在这种情况下，约有200个便池与单一射流器驱动的一个排水管网相连，几个如图1所示的射流器相连接，以便将流体送入同一个收集容器5中，上述每个射流器包括各自的循环泵6，上述射流器都通过一个公共管与相同的排水管网2相连，收集容器5的容积一般为10m³或更大，该容器5处于大气压力下，如果无需采用几个循环泵6同时用来排空污水收集容器5来增加排空速度，则上述与同一收集容器5相连的所有的射流器3无需设置一个收集容器的排空装置。

在图2中更为详细地表示出了射流器3的组成部件，在射流器3的抽吸管4中的止回阀9由柔性橡胶阻挡片构成，当射流器运行时，该阻挡片会向上运动到抽吸管4的扩大部分4a中的位置9a处，在上述扩大部分设有可拆卸的检查盖17，当将该盖拿去后，可从外部直接自由伸入到射流器抽吸腔的内部。

射流器3的工作介质（图1）的输送管8与法兰18相连，喷嘴部件19借助螺栓20固定于法兰18和射流器套管22之间，这样当人们希望改变射流器的特性时喷嘴部件19可以很方便地变换不同的尺寸。在如图所示的实施例中射流器3的纵轴线21和抽吸管4的纵轴线4b之间的夹角V约为45°。

射流器3的柱状排放管11借助法兰件24与射流器套管22相连，这样当更换喷嘴部件19而要配合采用不同的排放管时，上述排放管11可方便地拆下并更换，排放管11和整个射流器3借助法兰25与收集容器5相连，该法兰25借助轴环（图中未示出）以可调节的方式固定在管11上，从而该法兰可沿管11的纵向重新定位。

排放管11的长度L为其内部或孔径D的8～20倍，最好为10～15倍，排放管11的开孔横截面积在本实施例中稍稍大于2.5倍的射流器3的喷嘴部件19中的最小孔的面积。

本发明不限于以上所描述的实施例，因为在下述的权利要求书的请求保护范围内，可容易作出多项改进。

Claims (10)

1、一种可降低真空排水系统中污水传送所需压力的真空发生装置，它包括一个液体驱动射流器(3)，该射流器(3)的工作介质通过循环泵(6)从污水收集容器(5)送至射流器(3)，射流器(3)的抽吸侧(4)通过一个止回阀(9)与真空排水管网(2)相连，从而送向排水管网的空气和污水通过射流器(3)抽送到污水收集容器(5)中，其特征在于射流器排放管(11)的孔基本为柱状，通过上述排水管(11)，空气、污水和射流器的工作介质被排放到污水收集容器(5)中，排放管(11)的长度(L)为上述排水管(11)的孔直径(D)的8～20倍，最好为10～15倍，该排水管(11)设置在可直接将流体排放到污水收集容器(5)的内部。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于刚好位于射流器（3）上游的循环泵（6）所产生的工作介质压力至少为1.5帕，最好为1.9帕。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于借助循环泵（6）送向射流器（3）的工作介质流速至少为90m³/小时，最好为100m³/小时或更高。

4、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于射流器排放管（11）孔的横截面积至少为射流器（3）中设置的工作介质喷嘴（19）的最小孔（26）横截面积的2.2倍，最好为2.5倍。

5、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于与射流器（3）相连的真空排水管网（2）的端部（2a）按下述方向与射流器（3）的抽吸腔（4a）相连，上述方向是射流器（3）朝向射流器（3）的排水管（11），它相对排放管（11）的纵轴线斜倾45°±20°角，最好为45°±10°。

6、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于射流器喷嘴部件（19）和排放管（11）以可拆卸方式连接于射流器（3）的其它结构部件上，从而可更换射流器的其它部件以改变射流器（3）的抽吸特性。

7、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于按下述方式针对射流器（3）所需要的工作介质流体选择循环泵（6）的功率，该方式为甚至当射流器（3）用作真空发生器时，泵（6）仍可将污水收集容器中的部分流体抽送到泵（6）上方的一定高度，该高度至少为10米，最好为15米。

8、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于射流器（3）排放管（11）的出口端和其前方最靠近的阻挡件之间的距离至少为0.5米，最好为1.0米。

9、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于在循环（6）的上游设有粉碎器（13），该粉碎器可对流入循环泵（6）中的污物进行粉碎。

10、根据上面任何一项权利要求所述的装置，其特征在于设置可开启的检查盖，从而从外面可方便地伸入射流器（3）内部。

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