CN1196838C - 真空污水管道系统 - Google Patents

Abstract

一种真空污水管道系统，包括一个时常要通过出口(2)排空的污物接收单元(1)，一个控制从污物接收单元通过所述的出口(2)流出的污物的污水阀(3)，一根具有与污水阀(3)相连的上游部分(4)及设有污水管排放端的下游部分(7)的污水管，以及一个喷射器(5)，该喷射器具有一个工作介质入口(11)，并与污水管构成一体，因此污水管上游部分(4)提供喷射器的吸入管，污水管下游部分(7)提供喷射器(5)的排放管，在污水管下游部分(7)，在喷射器的作用下产生局部真空的一个区段内，还包括一个内部挠性套筒元件(18)，一个面对管部分(16)围壁的外表面，压缩空气入口(19)布置在所述的区段内的管部分(16)的壁内，该入口用于在挠性套筒元件(18)的外表面和管段(16)的围壁之间供入压缩空气。

Description

真空污水管道系统

技术领域

本发明涉及一种真空污水管道系统。

背景技术

在真空污水管道系统中，为了使普通真空污水管道系统能够实现污水输送，必须使污水管保持在局部真空下。这种真空污水管道系统的例子公开于US3629099，US4184506，US4034421中。但是这些公知的解决方案比较复杂和昂贵。

在真空污水管道系统中使用喷射器产生真空也是公知的。US4034421披露了一种在污水管下游端带有液体驱动喷射器的系统，该喷射器产生污水输送所需的局部真空。由于必须使用一个单独的循环泵来驱动喷射器，因此这种公知的装置价格昂贵。此外，形成真空的效能比低，仅约为5％。此外，供给喷射器的工作介质是未经处理的污水，这就提出了一些特殊要求，如要考虑循环泵和喷射器的清洁等。也可以使用另一种液体作为工作介质，但是需要在运输装置外供给额外液体。

US4791688披露了一种与US4034421的系统相类似的系统，其中还额外供应外部空气，用于保证污水输送。

另一种污水管道系统公开于SE506007，US5813061，及US5873135中。在这些公知的系统中，污水管所需的局部真空是利用一个空气压驱动的喷射器来产生的，该喷射器与污水管构成一体，位置较靠近任何一个将要被排入真空污水管道的单元。这样一个单元可以是一个便桶，单元的出口通过一个常闭污水阀连接至污水管道。这些解决方案比上述系统简单，所需要的部件也较少。然而，这些解决方案需要大量空气，还产生了不可忽视的噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空污水管道系统，利用这种系统可以避免上述缺点，可以改善真空的形成，减少空气消耗，降低能耗，还可以降低运行噪声。

本发明还提供一种真空污水管道系统，包括一个时常要通过出口排空的污物接收单元，一个控制从污物接收单元通过所述的出口流出的污物的污水阀，一根具有与污水阀相连的上游部分及设有污水管排放端的下游部分的污水管，以及一个喷射器，该喷射器具有一个工作介质入口，并与污水管构成一体，因此污水管上游部分提供喷射器的吸入管，污水管下游部分提供喷射器的排放管，其特征在于，在污水管下游部分，在喷射器的作用下产生局部真空的一个区段内，还包括一个内部挠性套筒元件，一个面对管部分围壁的外表面，压缩空气入口布置在所述的区段内的管部分的壁内，该入口用于在挠性套筒元件的外表面和管段的围壁之间供入压缩空气。

本发明的基本目的是保证这类真空污水管道系统安全运行。在真空污水管道系统中，产生局部真空是主要措施，但是也必须避免真空污水管道系统排放端的故障。此目的可通过保证系统中局部真空和系统排放端充气压力的综合效果有效地达到，上述使排放端具有气压可以通过在大体上完成一个冲洗循环的时间段内供给具有一定压力的工作介质如压缩空气来提供。为了保证排放，如果必要的话，在污水阀关闭后的任何给定时间内可以一直供应压缩空气。

为了确保污水排放，最好一直供应压缩空气，直到污水阀关闭后不久才停止供给。

但是，考虑到压缩空气的消耗，在稍微早于污水阀关闭之时，就中断压缩空气的供给更为有利，在大多数情况下，这样做已足矣。

在一种真空污水管道系统中，在污水管下游部分，在喷射器的作用产生部分真空的区域内，还包括；一个内部挠性套筒元件，一个面对管道围壁的外表面，及一个在管道围壁上位于该区域内的一个入口，优选在挠性套筒元件外表面和入口管道部分的围壁之间供入压缩空气，以便在污水阀被打开之前的一段时间内供入压缩空气。这就使真空污水管道出现局部真空的区域的端部产生收缩，从而加强了局部真空的产生，减少了空气消耗。

供入高于大气压，即约0至200kPa压力的压缩空气比较有利，优选为约0至70kPa。可以根据挠性套筒元件的壁厚和所需的收缩程度选择高于大气压的程度。

当收缩最有效时，即形成了局部真空时，也就是说，在污水阀被打开之前，在冲洗循环时供给压缩空气比较有利。

附图说明

下面将参照附图，利用实例描述本发明，其中

图1表示用于运输单元的压缩空气系统的总平面图；

图2表示一种真空污水管道系统；

图3表示这种系统的安全阀的剖面；

图4表示喷射器的轴向截面；

图5表示图4所示的喷射器中橡胶套筒元件部分的侧视图；

图6表示图5中的橡胶套筒元件处于收缩位置的端视图；及

图7表示有关该真空污水管道系统的运行次序的简图。

具体实施方式

根据图1所示的压缩空气系统，在应用于运输单元30，例如一节列车车厢的情况下，该系统包括一台压缩机31，一个压缩空气32，一个从该罐向列车车厢的各个运行装置，例如连接车轮单元35的制动单元34，开和关门机构，也就是门动作机构36，等等分配压缩空气的管道系统33。下面将要参照附图2-7更详细地描述的真空污水管道系统可以布置成与一个压缩空气系统相连。下面使用的附图标记11表示工作介质供入口，在本例中，一根将压缩空气系统连接至真空污水管道系统的管道用于向与真空污水管道系统构成一体的喷射器供应压缩空气。本发明不需要用于压缩空气系统的额外投资，其容量通常足以满足一个真空污水管道系统的有限需求。如果必要，可以通过辅助压缩空气罐或者通过加大现有压缩空气箱很容易地增大压缩空气量。

如果出于某种原因，使用某些其它的流体(如某种气体，气体混合物，或者液体)比使用空气作为喷射器的工作介质更为方便，它们也完全落在本发明的构思之内。

在图2中，附图标记1表示废物接收单元，例如一个便桶，单元的出口2由污水阀3常闭。该污水阀可以是一个碟阀，它可以就是US4713847中描述的那种类型，也可以是滑阀，球阀，管形阀等等。真空污水管道的上游端包括污水管的上游部分4，该上游部分直接连接污水阀3。为了排空便桶1，利用压缩空气喷射器5，在污水管上游部分4内形成局部真空，而喷射器5与所述的上游部分构成一体。污水管喷射器5下游包括下游部分7。污水管下游部分7不形成真空污水管，因为它位于喷射器5的受压面处。污水管下游部分7可以引向任何必要的位置，优选引向该真空系统之外，处于大气压下。为了给出一个实例，下游部分7可以引向一个收集容器6。该收集容器6在真空系统之外，通过空气出口6a而处于大气压下。

为了抽空便桶1，用户可以操纵按钮8或者某一其它合适的装置，将信号传递给控制中心9，控制中心控制该系统的所有功能。上述启动系统例如最好是气动的。该控制中心9打开连接喷射器5的一个遥控空气进气阀10，因而使来自连接压缩空气系统的管道11的压缩空气喷入喷射器5。压缩空气作为喷射器的工作介质进行工作，在非常短的时间内在喷射器5及在污水管上游部分4中产生必不可少的局部真空。在上游部分4中已经获得所需的真空度后，即在压降达到约10％至50％时，优选达到约25％至45％时(分别对应于大气压之下的10至50kPa，25至45kPa)，迅速打开污水阀3，便桶1内的环境大气压立即使便桶1内的污物冲入污水管上游部分4。然后，该喷射器5仍然处于运行状态，保持污水抽水装置的下游局部真空，使污水非常迅速地从便桶1通过污水管上游部分4。同时，喷射器5向污水管下游部分7吹气，以清除可能存在于那里的任何液体和污物。由喷射器5在污水管下游部分7内产生的气压帮助污水流过所述下游部分。

当喷射器5运行，污水阀3打开时，便桶1还被供应适量的冲洗液体，以清洁便桶内表面。由于该功能在本领域是公知的，并且它本身对本发明也无任何影响，这里将不详细描述该功能。

该系统优选配置某种防止不良压力波动的保护系统的装置。

首先，污水管上游部分4可以配置连接控制中心9的压力传感器17。当上游部分4内压力上升时，压力传感器17迅速关闭空气进气阀10，从而阻止空气再送入喷射器5。当喷射器下游污水输送出现临时停止或者变慢时，会产生这种压力波动。在这种情况下，喷射器的运转将使污水管内压力迅速增加，在冲洗污水管时，该压力增加可以从喷射器上游传播到连接污水管的任何便桶，结果在便桶中产生方向不正确(回流或者反冲洗)的不良压力波动。这个难题可以通过同时关闭喷射器和降低压力来避免。

对应状况下的另一种可供选择的装置可以是一个安全阀。图3表示了一种软管12形式的简单安全阀。该软管12由保护管13包围，弯成约90°，以便在软管上形成褶皱14或者弯曲。由于软管部分的重量，软管保持弯曲，弯向褶皱14的右侧。软管12内部通过孔口15通向污水管上游部分4内部。尤其当软管外的压力高于上游部分4内的压力时，褶皱14全部封闭软管12，由于外部大气压封闭了褶皱，褶皱的作用象一个止回阀。如果高于大气压的部分出现在上游部分4内，软管12受该压力的影响，并在某种程度上被拉直到图中采用短划线所示的位置12a。在位置12a，孔14a开启，因此在软管被褶皱14正常关闭的位置形成一个贯通的流动通道。高于大气压的部分经过孔口14a泄压。保护管13有一个延长部分13a，该部分以适当方式连接污水管下游部分7，如图2所示，或者以允许重力引流的方式直接连到收集容器6或者其它必要的位置。

当然，上述装置的组合还可以用于增加运行可靠性。

如参照图7所详细描述的那样，最好在污水阀3关闭之前不久或者关闭之后不久关闭喷射器5。此时，污水达到并通过喷射器5。由于污水是依靠环境大气压力向前驱动的，因此保持污水阀3打开足够长的时间是重要的，以便有足够的空气流经便桶1的出口2，进入污水管上游部分4。一旦便桶1被抽空，当污水阀3再次关闭时，控制中心9最好使污水阀保持关闭一预定时间，以保证在下一个冲洗循环开始之前，所有污水都从污水管下游部分7排出，例如排入收集容器6。

图4表示本发明的一个喷射器5的优选实施例。污水管上游部分4相对于污水管下游部分7形成135°角。在图示的实施例中，上游部分4大体是水平的，下游部分7沿流动方向向下倾斜。使污水管的上游部分4和下游部分7基本平行也是可行的，但是要处于不同的高度和/或不同的垂直面上，因此为了连接喷射器，正在喷射器5上游的污水管的上游部分4弯曲成约45°。显然，图4所示的实施例已被证实具有工作可靠的优点。

但是根据下述原理，喷射器还可以以不同的方式设计。如果吸管以一定角度连接下水管，连接喷射器的污水管上游部分和喷射器下游侧的污水管下游部分至少成120°角是合适的，优选为至少135°(如前)。在角度较小时，扰乱污水管上游污水流动的危险更大。如果污水管基本直线地通过喷射器，喷射器的工作介质或者通过环状布置在污水管上的喷嘴供入，或者通过一个从污水管外沿管壁延伸至污水管内的喷嘴供入，喷嘴元件设有这种转向表面是重要的，这实际上消除了污物堵住喷嘴和其它附件的危险。

喷射器5的工作介质是压缩空气，压缩空气以约300-1000kPa优选为约400-600kPa的动态压力被引入管道11。通过管11端部上的一个直径仅为几毫米，例如小于5毫米的孔口将压缩空气引入喷射器5，压缩空气基本沿污水管下游部分7的纵向流动。紧挨着管11下游，喷射器的功能产生包括某区段的局部真空，该区段包括长几十厘米的管部分16。大约在该区段沿纵向的中间，有一个挠性橡胶套筒元件18，它的外表面与管部分16的围壁对置。

在这个具有套筒元件18的区段内，管部分16上布置有入口19，此入口与供应压缩空气的管段11a相连。该管段11a从管11处转向，将压缩空气系统连接至真空污水系统，空气进气阀10的上游。

为了通过收缩空间26(如图4中短划线所示)形成套筒元件18，即可以利用从管段11a上入口19获得的压缩空气在挠性套筒元件18外表面和管部分16围壁之间形成一个压力腔。该管段11a上最好装有一个压力调节器24和一个三通截止阀23。管部分16上的三通截止阀23配备有一个通风设备，当该阀处于关闭位置时，通风设备使管道11a与大气相通。压缩空气供入挠性套筒元件18外侧，供给所述的空间26，以便更有效地使挠性套筒元件收缩，也就是说，而不只是依靠挠性套筒元件内侧的低于大气压的压力或者真空使挠性元件收缩。三通截止阀23连接控制中心9，从而当挠性元件收缩最有利时，即当开始产生局部真空时，在冲洗时施加压力，直到污水阀3打开。压力调节器24与三通截止阀23并联连接，用于调节挠性套筒元件18周围的压力。该压力调节为高于大气压，约0-200kPa较为有利，优选为约0-70kPa，这取决于真空污水系统的一般几何尺寸和布置。

如上所述，压缩空气从管段11a，通过管部分16的围壁上的入口19，供入挠性套筒元件18周围，在空气进气阀10向管道11开放时被引入。保持挠性套筒元件18周围的压力，直到污水阀3被打开，从而使三通截止阀23关闭，使管部分16内部通风(图7中挠性套筒元件18周围的压缩空气由列柱23a表示)。最好在污水阀3被关闭之前不久或者关闭之后不久保持从管11流过空气进气阀10的压力。

通常以定时控制的方式调节挠性套筒元件18周围的压力，但是也可以利用一种安全装置25，例如布置在污水管上游部分4和上述压力传感器17旁的真空防护装置通过控制中心9来控制。该安全装置25检测将要被切断的压力下和管部分16将要被通入大气时的真空度。

如图4和5所示，由于挠性套筒元件18上弯或者在其下游段双弯，所以运动自由度较大。喷射器5产生的真空与通过入口19影响挠性元件18的压缩空气产生的压力协同作用，靠形成褶皱使套筒元件18收缩，如图6所示，因此产生一个使喷射器排放管横截面积减少的压力。套筒元件的收缩作用对喷射器5的效率有好的影响，有助于降低喷射器的空气消耗。当污水通过套筒元件18时，褶皱的套筒元件膨胀，以便较大的固体部分也能够无阻地通过挠性元件。使套筒元件18收缩的压力改善了控制收缩的程度，加强喷射器的真空产生，因而减少了空气消耗。挠性套筒元件18的控制作用减少了振动，降低了噪声。

显然，如图5所示，套筒元件18的入口端有一个加强件，该加强件具有一个圆柱部分21，四个周向等间距分开的轴向部分22从圆柱部分几乎延伸至处于双弯位置的套筒元件纵向中间部分。该加强件是套筒元件18的一个组成部分，通过局部增加套筒元件的厚度来形成。加强件的轴向部分22引导套筒元件18收缩，以便获得合格的褶皱和自由开度20，图6示出的是从下端看到的套筒元件18。在图4的实施例中，污水管下游部分7的直径约比污水管上游部分4的直径大40％。这就减少了物流堵塞或者流入污水管太慢的危险。

该挠性套筒元件或者软管基本上改善了喷射器的效果，还可以减少所用的压缩空气量，在很多情况下可以减少高达2/3的用气量。该挠性套筒元件18优选紧挨着将喷射器的吸入管与喷射器的排出管相连的部分的下游安装。为了使挠性套筒元件获得最好的效果，挠性套筒元件上游部分包括所述的轴向的加强件部分，该加强件对挠性套筒元件的收缩运动提供引导作用，尤其是在其起始阶段。

为了给出一个实例，适当设计一个挠性橡胶套筒元件18，其壁厚约为1mm，加强件部分21，22壁厚约2mm，长约110mm，安装在一个具有直径54mm的孔的污水管内，该挠性元件的收缩可以使中心的自由开度20的直径仅约为10mm。壁厚仅约为1mm的套筒元件18很容易形成，但是另一方面，随污水冲入的尖锐物体却很容易使挠性元件磨损和产生裂纹。因此，增加挠性套筒元件18的厚度是有利的，其厚度可以高达12mm，优选为0.5mm至12mm的范围。为了使套筒元件收缩，必然要加大施加在套筒元件18上的压力。如上所述，这已经有效地做到了。增加套筒元件壁厚，使挠性元件具有的又一个优点是稳定，即减少振动，大大降低了真空污水管道系统的噪声。

图7表示图2中系统的便桶冲洗循环操作顺序图。为了描述冲洗循环的一般时间范围，下面给出了一些时间值的实例。

短时间操纵按钮8，如图中列柱8a所示，时间不到一秒启动冲洗循环。因此驱动激活喷射器5，使其运行5到6秒，分别如列柱5b和5c所示。如列柱23a所示，此时通过管11和入口19将压缩空气供入挠性套筒元件18周围，以便使套筒元件18达到所控制的收缩，从而使喷射器5的真空发生更有效和更稳定。在喷射器被驱动后约2.5秒，污水阀3打开，保持污水阀打开约3秒，如3a部分所示。当污水阀3打开，停止向套筒元件18周围供给压缩空气(23a)，收缩期间形成的空间通过三通截止阀23与大气相通。如曲线4a所示，在污水阀3打开之前，喷射器的作用使污水管上游部分4中的压力降低约40kPa。当污水阀3打开时，上游部分4中的压力开始上升，并且在污水阀3保持打开的时间内，压力达到初始值。即使喷射器一直运行(列柱5c)到污水阀关闭(之后不久)，在污水阀3关闭之后，由于喷射器5产生的压力，在大约0.5秒的时间内，压力可能会稍稍下降。喷射器5的运行时间(列柱5c)较长是有利的，利于保证所有废物适当地从污水管内排出。另一个方案是，可以保持喷射器5短时间(列柱5b)运行，在污水阀3关闭之前不久(很快，例如约0.5秒)关闭喷射器。之后，可以将该系统关闭一给定时间T，例如大约5秒，以避免可能引起系统内运行混乱的非常靠近的重复冲洗。

如果为了利于排污，可以使喷射器5在污水阀3关闭之后运行较长(列柱5a)一段时间。当然这会影响空气和能量消耗，对比下面将详细描述。

供给喷射器的空气量可以在500至1500升/分钟的范围，其中空气容积按标准温度和压力计算(0℃，标准大气压)。尽可能减少供给喷射器的空气量当然是有利的，因为空气消耗越少，能量消耗也越少，因此能保证系统的安全运行。

排净循环的能量消耗也受到局部真空下的空间体积的影响。该体积越小，则能量消耗也越少。但是处于局部真空下的污水管的长度不能太短，因为该真空体积太小将不足以有效地排空便桶。

在图示的实施例中，为了提供一个实例，在使用收集容器6的情况下，污水阀3和喷射器5之间的距离L可以为例如约1至10m，优选约为2m。污水管下游部分7的米数可以是偶数，以便喷射器5位于从污水阀3伸出至收集容器6的形成污水管的上游和下游部分4和7的污水管的那些端之间，而不在其他端。

但是，将喷射器置于更接近污水管排出端，或例如尽可能靠近收集容器也是有利的，因为这将保证废物适当和有效排出。此外，通过将污水管下游部分7设计成尽可能短，可以使空气消耗最少。甚至可以将喷射器布置在收集容器内，而所述下游部分的长度实际上可以接近于0m。另一方面，为便于喷射器的保养和/或维修，最好使喷射器更接近便桶或其他任何接收有待被排入真空污水管的废物接收单元。

作为实例，上面只给出了相关数据，这些相关数据取决于真空污水系统的尺寸和布置。

其中之一，例如，上面参照图7讨论的时间值直接取决于各个污水管段的长度。为了说明这种情况，下面将给出实例。例如污水管上游部分4的长度是2m，污水管下游部分7的长度接近0m(即喷射器5位于污水管端或者喷射器5位于收集容器6内)，喷射器的运行时间可以是4秒，污水阀的开放时间3a是2秒。于是，由于没有更长的污水输送距离，喷射器5可以在污水阀3关闭的同时关闭。

上游部分4越长，将要处于真空下的相对空间体积越大，这意味着喷射器运行时间越长。如果要在全部时间范围内保证有效排空，对下游部分也是这样。这当然也影响污水阀的运行时间。真空污水管的外形，即角度，弯头，直管段等等也影响运行时间。

按照本发明一个真空污水系统中可以包括不止一个便桶或其他废物接收单元。因此，尽管便桶数量不能太多，或者压缩空气的消耗不能过量，但是污水管上游部分可以分支，可以有多个连接各个便桶的分支。一般通过具有两个分支的一个上游部分将两个便桶与一个喷射器相连。控制中心最好能够防止两个便桶被同时排空。而且，本发明可用于不同类型的运输装置，包括海运装置，如上所述，还可以用于固定装置。

本发明不受上述实施例的限制，在所附权利要求书的范围内，还可以有多种可行的改进。

Claims (7)

1、一种真空污水管道系统，包括一个时常要通过出口(2)排空的污物接收单元(1)，一个控制从污物接收单元通过所述的出口(2)流出的污物的污水阀(3)，一根具有与污水阀(3)相连的上游部分(4)及设有污水管排放端的下游部分(7)的污水管，以及一个喷射器(5)，该喷射器具有一个工作介质入口(11)，并与污水管构成一体，因此污水管上游部分(4)提供喷射器的吸入管，污水管下游部分(7)提供喷射器(5)的排放管，其特征在于，在污水管下游部分(7)，在喷射器的作用下产生局部真空的一个区段内，还包括一个内部挠性套筒元件(18)，一个面对管部分(16)围壁的外表面，压缩空气入口(19)布置在所述的区段内的管部分(16)的壁内，该入口用于在挠性套筒元件(18)的外表面和管段(16)的围壁之间供入压缩空气。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，挠性套筒元件(18)的壁厚为0.5至12mm。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，空气进气阀(10)布置在工作介质供入阀(11)和喷射器(5)之间，管部分(16)壁上的入口(19)连接管段(11a)，管段(11a)连接工作介质供入口(11)，其中管段(11a)从工作介质入口(11)转向空气进气阀(10)上游。

4、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，管段(11a)配置有一个压力调节器(24)和一个三通截止阀(23)。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的三通截止阀(23)连接该真空污水管道系统的控制中心(9)，该控制中心还与上述空气进气阀(10)相连。

6、根据权利要求5所述的系统，其特征在于，污水管上游部分(4)布置有连接控制中心(9)和三通截止阀(23)的安全装置(25)，该安全装置(25)是一个真空防护装置。

7、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包括一个与污水管下游部分(7)相连的污水收集容器(6)。

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