CN1288990A - 用于真空排水系统上升直管的通气装置 - Google Patents

Abstract

一种真空排水系统(12),具有直立的带有通气口(10,30)的上升管(16)。通气口通过破坏上升管(16)内形成的圆柱形流体固态物而防止真空排水系统的堵塞。在某些应用场合,通气口通过调节进入上升管的空气流量使真空排水系统在故意污水外溢条件下运作。通气口(10,30)可以是位于上升管底端以上最佳高度(H)的简单的孔,或包括可将流体保留在上升管(16)内的装置(10,30),如单向阀。另外,通气口(10,30)可以自动调节横截面,因此通气口能够快速和容易地对真空排水系统变化的参数作出适应性反应。

Description

用于真空排水系统上升直管的通气装置

概括来说，本发明涉及流体排放系统，更准确地说涉及按照权利要求1和4的前序部分的真空排水系统和按照权利要求11的前序部分的通气装置。

各种类型的排水系统用于将污水从污水源传输到所要求的收集点。例如，重力排水系统利用地心引力来传送污水。这种系统有许多缺点，如，由于管路必须低于污水源和连续朝收集点倾斜，重力排水管路布置的选择范围受到限制。由于污水源经常是位于水泥台上，所以管路必须在灌注水泥之前安装完毕。另外，由于受到管路位置布置的限制，对重力管路系统进行改造和增加管路装置十分困难，以及在管路改造期间常常要有人员转移，造成工作时间损失。

真空排水系统提供了一种传统重力排水管路的替代方式。典型的真空系统包括一个与收集罐连接的真空源。一个主排水管道与收集罐连接，一个或多个收集分支管与主排水管道连通。每个支管通常包括内部装有界面阀门的上升直管，在上升管的底端设置一个缓冲装置用于收集污水源流出的污水。

实际运行中，污水最初是集中到缓冲装置。当检测到缓冲装置达到某水位时，界面阀打开使缓冲装置抽真空，真空作用在缓冲装置的下游侧，而上游侧与大气连通。结果是，真空使缓冲装置中的流体出现压力差，推动流体以不连续流体或污水栓(slug)的形式上升经上升管进入主排水管。在正常操作时，界面阀在余下一段时间仍旧打开使一定量的空气在污水栓的后面进入系统，以保证流体传输到主排水管道。上升管内的真空度是否能够传输垂直上升的流体取决于真空源的容量，因此管路布置可有更大的灵活性。结果是，真空排水系统简化了管路装置的安装和改造。

在许多应用场合，管路装置经常是提供小流量的污水到缓冲装置，所以真空排水系统如上述方式运行。然而若某些管路装置提供大流量的污水，就会造成系统阻塞。例如，从冷藏箱搜集污水的真空排水系统一般只接收很少量的冷凝水，但是冷藏箱周期性的清洗则出现大量污水的情况。如果清洗发生在系统只有很小的真空度时，各污水栓的一部分将不能到达上升管的顶部，会流回缓冲装置。一段时间后上升管将被流体中的固态物充满。连接到主真空管路的真空源一般是根据特定的上升管的提升高度和水栓大小来设计，因此常常不能将固态物提升并排出上升管。结果是系统堵塞、不能接受其它的污水，并且污水则可能经上升管返回，造成污水泛滥周围区域。目前所知道的防止堵塞的唯一解决办法是选择一个更大容量的真空源，这种装置价格很高而且在正常工作时是不必要的。此外，将固态物提升超过某高度将超出任何类型的真空源的能力，这样，堵塞的问题就无法解决。

按照本发明的某方面，提出如权利要求1所述的一种用于从污水源收集污水的真空排水系统。真空排水系统包括一个接受来自污水源污水的缓冲装置，缓冲装置有一入口孔和一进气口孔。一上升直管有上部和与缓冲装置连通的下部。一常闭的界面阀置于上升管的上部和下部之间，可随缓冲装置中的水位开启。主排水管路与上升管的上部连通，总是保持在真空状态。通气口在上升管的下部，位于上升管的下端以上的某一高度，通气口建立了上升管内部和大气的连通，因此，当界面阀打开，大气压力通过通气口进入上升管的下部。

按照本发明的另外方面，提供了一真空排水系统，用于收集来自污水源的污水，并包括如图4所示保持真空状态的主排水管路。收集支路与主排水管路连通，其包括上升直管部分。一界面阀位于收集支路中，将收集支路分为与主排水管连通的上游部分和下游部分。界面阀可在关闭位置和开启位置之间动作。关闭位置隔离了上升管的上游部分和下游部分。开启位置连通了上升管的上游部分和下游部分。缓冲装置与收集支路的上游部分连通，位于可以接受来自污水源的污水的位置。其中界面阀随缓冲装置的水位而启动到开启位置。一通气管连接到上升管的上游部分，位于上游部分的下端以上的某一高度并建立上升管上游部分内部与大气的连通，所以，当界面阀位于开启的位置时，大气压力下的空气通过通气口进入上升管的上游部分。

根据本发明的另一方面，提供了如权利要求11的通气装置，可连接到与真空排水系统连接为一体的上升管上。通气装置包括一个壳体，限定内部空腔和具有可与上升管的内部连通的开口端。多个小孔贯穿壳体来建立了空腔内部和外部的连通。一封闭元件沿壳体移动可封闭一个或多个小孔，防止它们与壳体的开口端连通。

已有披露和权利要求的本装置固有的其它特点和优点，将用举例的方式，通过下面详细的介绍和所附示意图对熟练的专业技术人员公开说明。

图1是根据本发明得到的连接有通气装置的真空排水系统的侧视图；

图2是根据本发明得到的连接有通气装置的另一个真空排水系统的侧视图；

图3是图1和图2所示通气装置的放大的侧视图；

图4A是根据本发明得到的通气装置的另一实施例的侧视图，通气装置处于完全打开的位置；

图4B是图4A中的通气装置处于关闭位置时的侧视图。

参阅图1，根据本发明得到的通气装置通常用参考数字10表示。所示通气装置10与真空排水系统12连接到一起。图1的真空排水系统12用于收集来自例如冷藏箱(未示出)的低水位污水源的污水，下面会有更加全面介绍。同时，为使示图说明清楚图1所示的通气装置10与特定类型的真空排水系统12连接到一起，一般的专业人员都能马上清楚的认识到，本发明的示例不是将发明限于该系统或任何其它特定的使用环境。相反的，本发明的示例中的通气装置可以用于任何种类的真空排水系统，其包括但不限于图2中所示并在下面更全面介绍的真空排水系统50，并能受益于本通气装置具有的种种优点，这些系统都应属于本发明的发明范围或思想。

图1所示的真空排水系统12有一包括缓冲装置14(例如低水头的缓冲箱)的收集分支管13。缓冲装置14位于像冷藏箱(未示出)这样的的污水源之下并与有一段垂直距离的上升管16的底端连接。上升管16的顶端连接到保持真空状态的主排水管18。真空通常是由一个真空源(未示出)来提供。真空源有一入口通过一收集罐(未示出)与主排水管路18相连通。一常闭界面阀20装入上升管16中，将上升管分成上部16a和下部16b。一激活器22操作地连接到界面阀20，用于在开启和关闭位置之间移动界面阀。一传感器24置于缓冲装置14内部，用于通过测量缓冲装置内的空气压力等方式来指示是否达到某高水位。

运行时，污水最初收集在缓冲装置14内。当装满缓冲装置14时，传感器24触发了激活器22，激活器打开界面阀20，将存在于主排水管路18和上升管上部16a的真空扩展到上升管的下部16b和缓冲器14在正常的小流量运行情况下，污水以不连续水栓的形式从缓冲装置14上升到阀门16，再进入主排水管路18。在关闭界面阀20重新隔断上升管的下部16b和上升管的上部16a之前，界面阀要打开足够的时间以吸入水栓后面的空气。

当源头产生大量的污水时，圆柱形固态物可在上升管16内形成并阻塞真空排水系统12。若大量污水发生在系统12的真空度比正常情况小时，所形成的跨越水栓的压力差不足以传输上升管16内的全部水栓。后来，水栓的一部分将回落到上升管，将不断地集中并充满上升管，直到圆柱形固态物在上升管16内形成。当产生正常真空度的真空源没有足够的能力传输圆柱形固态物沿上升管上升时，将阻塞系统12。在这种情况下真空排水系统12不能接受其它的污水，缓冲装置14可能溢出污水，污水在周边地方泛滥。

按照本发明的某些方面，上升管16可如图3所示设置通气口来防止真空排水系统堵塞。比方通过连接一通气管30到上升管16。通气管30有一内空腔32，其具有一与上升管16内部连通的固定端34，和一与大气连通的开口端36。通气管30位于上升管的下部16b，所以，在阀20打开时，大气压下的空气可能通过通气管30进入上升管16。

在运行中，通气管30防止了圆柱形固态物在上升管16内形成。通气管30在通气管30与上升管16的交接处将大气压下的空气引入系统12中。由通气管30引入的空气流过上升管16内形成的圆柱状固态物，在低真空传输下分开水栓的顶层，将水栓打散。当系统12恢复正常运行状态，正常的真空度能够传输余下的圆柱状固态物上升到上升管16。结果，在大流量/低真空度时，通气管30防止了真空排水系统堵塞。

通气管30最好置于上升管的低点以上垂直高度H的位置以优化打碎圆柱形固态物的能力。可以理解当通气管30连接到上升管16过高的位置，在打碎圆柱形固态物上不会很有效，因为在上升管内通气管之下的流体不受空气的影响。另一方面，如果位置过低，直立的圆柱形流体造成的压力将等于或超过大气压，因而造成无压力差可用来使空气通过通气管30进入上升管16。通气管30的最佳位置还受到上升管16的长度影响。例如，当上升管16的垂直高度为22英尺，已经确定通气管30最好大致位于上升管16的低点以上2-3英尺。当位置高度不在这个范围时通气管30仍有作用，但管路30的效率降低。

在最佳实施例，通气管30进行了改进，在真空排水系统12运作期间防止了污水外流。如图3的最佳显示，单向阀38连接到通气管30的开放端36，其允许空气流入管路30但防止流体流出管路30。换一种方式，一个弯头(未示出)和向上伸延的直立管路可连接到通气管30来保留污水。

通气管30也可以连接到不同类型的真空排水系统，可得到故意溢出上升管情况下的有效运作。图2中的真空排水系统50与图1中所示排水系统12近似，相同的参考数字用来确定相同的部件。相应地，真空排水系统50包括：保持在负压的主排水管路18，有上部16a和下部16b的上升管16，连接到上升管下部16b的缓冲装置14，和界面阀20。激活器22操作连接到界面阀20，传感器24置于缓冲装置14内并与激活器22接合。结果是，真空排水器50采用与真空排水系统12相似的方式运作。

但是，在目前的实施例，入水管52的直立部分将缓冲装置14连接到位于一定高度的管路装置，如污水槽54。结果是，缓冲装置14没有直接与大气连通的进气口，而是采用一个垂直布置的进气口管56，与缓冲装置14的进气口连接来防止污水经缓冲装置14的进气口溢出。

污水槽54一般只产生少量的污水，可以由真空排水系统50有效处理。如，污水槽54的水龙头有代表性的最大流量是大约每分钟2.2加仑。但是污水槽54也可以产生大流量污水，诸如当污水槽的全部容量一次排放时。在大流量的情况下，污水能够返回到入口管52和进气口管56。返回的流体在缓冲装置产生压力使界面阀20保持常开。结果是，系统50尝试传输连续的水栓升至上升管16。大部分真空源是不能够输送如此大量的流体到上升管16的，所以上升管16内塞满了圆柱状污水固态物。

在这实施例中，在真空排水系统50中提供了通气管30，容许与溢出上升管16运作。通气管30连接在上升管16上，使大气压力下的空气进入上升管16中。与前述的实施例近似，通过通气管30引进上升管16内的空气打散圆柱状固态物，使要传输的污水上升到上升管16。

另外，通气管30是按一定尺寸加工以控制进入上升管16的空气流量。大气压力下的空气通过通气管30内空腔32的横截面进入上升管16。横截面可以参考真空排水系统50产生的真空度按一定的面积制作以便得到所需的流量。例如，当通气管30是圆的并已知内径在大约0.18英寸是合乎需要的，内径通常小于缓冲装置14的进气口。通过限制空气流量，系统50在污水溢出的情况下可以有效的运作。结果，本实施例的真空排水系统50可在故意溢出的条件下运作，传输连续的污水流上升到上升管16而进入主排水管18。

按照本发明的另外方面，提供了可调节的通气装置130，可以根据上升管16的真空度来改变通气入口132的大小。如图4A和4B所作最好的图示，可调节的通气装置130有一个连接到上升管16的壳体134。壳体134限定一个内腔136和具有可与上升管16内部连通的开口端138以及封闭端140。通气入口132是由多个贯穿壳体134并沿壳体径向长度布置的小孔142组成。小孔142建立了内腔136和壳体134外部的连通。

一封闭元件，如活塞144，布置在内腔136的内部并可以沿壳体134的轴向长度移动，来封闭一个或多个小孔142，阻止其与壳体134的开口端138连通。例如，如图4A所示，活塞144在靠近壳体134的封闭端140的位置，所以所有五个小孔142都可以让空气流入上升管16。图4B中，活塞144位于靠近壳体134的开口端138的位置，所以，只有最左边的小孔142允许空气流入上升管16。

在优选实施例中，通气装置130自动调整通气入口132的大小。如图4A和4B所图示，一弹簧146连接到活塞144，使活塞144朝壳体134的封闭端140偏移。选择弹簧使其当壳体134的内腔136内的真空使活塞144朝开口端138移动时压缩。活塞144移动的距离关系到真空的强度。因此，当内腔132的真空度高的时候，活塞144顶着弹簧146的作用力被拉向开口端138，从而封闭了多个小孔142，减少了通气入口132(见图4B)的横截面积。在低真空或无真空的情况下，活塞144被弹簧146推向封闭端140，从而有更多的小孔与开口端138连通，增加了通气入口132(见图4A)的横截面积。结果，通气装置130自动按照内腔136的真空度进行调整。但可以理解，其他机构，例如，电动推杆配合控制器和测量内腔136的真空度的传感器，可以按照真空排水系统的操作参数来调节活塞144。

考虑到上述说明，可以了解到本发明给现有技术带来一种新的和改进的真空排水系统，具有直立的带有一个通气口的上升管。通气口通过破坏上升管内圆柱形流体固态物的形成防止了真空排水系统的堵塞。在某些应用场合，通气口通过调节进入上升管的空气流量使真空排水系统在故意溢出的条件下运行。通气口可以是位于上升管的低端以上的最佳高度的简单的一个孔，或包括将流体保留在上升管内的装置，例如单向阀。另外通气口可以设置一个自动调节截面装置，使通气口能够快速和容易地对真空排水系统变化的参数作出适应性反应。

Claims (15)

1.一种真空排水系统，其用于从污水源收集污水，其特征在于，真空排水系统包括：

一缓冲装置(14)，位于从污水源接收污水的位置，该缓冲装置有一入口孔和一进气口孔；

一直立上升管(16)，有一与所述缓冲装置(14)连通的下部(16b)和一上部(16a)；

一常闭界面阀(20)，位于所述上升管的上部和下部(16a，16b)之间，所述界面阀随所述缓冲装置(14)的液位而可操作打开；

一主排水管路(18)，与所述上升管的上部(16a)连通，所述主排水管路保持一定的真空度；和

一通气口(30)，处于所述上升管(16)的下部(16b)，位于所述上升管(16)的底端以上一个高度(H)的位置，所述通气口在所述上升管的内部和大气之间建立了连通，所以当所述界面阀(20)打开时，大气压下的空气通过通气口进入所述上升管(16)的下部。

2.如权利要求1所述真空排水系统，其特征在于，所述通气口由一通气管(30)形成，其具有一与所述上升管(16)相交的固定端(34)和一自由端(36)，所述通气管有与所述上升管(16)内部连通的内腔(32)。

3.如权利要求1所述真空排水系统，其特征在于，所述上升管(16)有大约22英尺长，所述通气口(30)的所述高度(H)在所述上升管(16)的低点以上大约2-3英尺。

4.一真空排水系统，用于从污水源收集污水，其特征在于，真空排水系统(12，50)包括：

一保持一定真空度的主排水管路(18)；

一收集分支管(13)，与所述主排水管路(18)连通，所述收集分支管(13)包括一直立上升部分(16)；

一界面阀(20)，位于所述收集分支管(18)并将所述分支管分成与所述主排水管路(18)连通的上升管上游部分(16a)和下游部分(16b)，所述界面阀可以在将所述上游部分与所述下游部分隔离的关闭位置和所述上游部分与所述下游部分建立连通的开启位置之间运作；

一缓冲装置(14)，与所述收集分支管(13)的上升管上游部分连通，并位于接受来自所述污水源污水的位置，其中所述界面阀(20)可随所述缓冲装置(14)的液位而驱动到所述开启位置；

一通气管(30)在所述上升管上游部分(16a)底端以上一个高度(H)的地方与所述上升管上游部分连接，所述通气管在所述上升管上游部分和大气之间建立连通，所以，当所述界面阀位于所述开启的位置，大气压力下的空气通过所述通气口进入所述上升管的上游部分。

5.如权利要求4所述真空排水系统，其特征在于，其中所述上升管的上游部分和下游部分(16a，16b)垂直延伸高度大约为22英尺，所述通气口的所述高度(H)大约为所述上升管(16)的低点以上2-3英尺。

6.如权利要求1或4所述真空排水系统，其特征在于，还包括一连接到所述通气管路(30)所述自由端(36)的单向阀(38)。

7.如权利要求1或4所述真空排水系统，其特征在于，还包括一连接到所述通气管的所述自由端的垂直向上延伸的管路。

8.如权利要求1或4所述真空排水系统，其特征在于，还包括一进气口管(56)和一入口管(52)，进气口管具有连接到所述缓冲装置(14)进气口孔的垂直延伸部分，入口管具有连接到所述缓冲装置(14)入口孔的垂直延伸部分。

9.如权利要求8所述真空排水系统，其特征在于，所述污水源包括，一有排水管的污水槽(54)，其中所述入口管(52)可与所述排水管连通。

10.如权利要求9所述真空排水系统，其特征在于，所述污水到达所述进气口管(56)所述垂直延伸部分和所述入口管(52)的所述垂直延伸部分，因此，所述界面阀(20)连续开启。

11.连接到与真空排水系统联接一体的上升管的通气装置，其特征在于，所述通气装置包括：

一壳体(134)，限定一内腔(136)和具有可与所述上升管(16)相连通的开口端(138)，多个贯穿所述壳体来在所述内腔和所述壳体的外部之间建立连通的小孔；和

可沿所述壳体(134)移动的密封元件(144)，密封一个或多个所述小孔(142)使其不能与所述壳体的所述开口端连通。

12.如权利要求11所述通气装置，其特征在于，所述小孔(142)沿所述壳体(134)的轴向长度布置，所述密封装置(144)可沿所述壳体的所述轴向长度移动。

13.如权利要求12所述通气装置，其特征在于，所述密封元件包括一活塞(144)，可在所述壳体(134)内沿轴向路径滑动。

14.如权利要求13所述通气装置，其特征在于，还包括一连接到所述活塞并使所述活塞偏离所述壳体的所述开口端的弹簧(146)，所述弹簧可随所述内腔(136)的真空度而压缩，因此，朝所述壳体的所述开口端方向移动活塞。

15.如权利要求11所述通气装置，其特征在于，还包括一，操作地连接到所述密封元件(144)的控制器，和一可感感所述壳体的所述开口端的压力水平并与所述控制器配合的压力传感器，所述控制器按照所述压力水平调节所述密封元件的轴向位置。

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