CN216843226U - 负压管道阀、负压控制系统及负压输水管网 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及负压管道阀、负压控制系统及负压输水管网。所述负压管道阀的阀体内设有内管，所述内管的轴向两端密封连接在所述阀体上，所述内管的轴向中部为横向两侧向内凹的启闭结构，所述启闭结构的横向两侧与所述阀体的内壁之间留有间隙，所述阀体的侧壁上设有第一控制接口和第二控制接口。负压控制系统采用所述负压管道阀，其第一控制接口通过负压控制气路连接出口侧管道，第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源。负压输水管网采用树状布置，设有分区监控站，将所述负压管道阀设置于相应的输送管道上。这种负压管道发能够提高使用寿命，减少因阀门闭合不严造成的负压能损失，降低管网系统的维护和运行成本。

Description

负压管道阀、负压控制系统及负压输水管网

技术领域

本实用新型涉及负压管道阀、采用该负压管道阀的负压控制系统、及采用该控制系统的负压输水管网。

背景技术

负压输送管道，特别是生活污水的负压排水管道，需采用间隙工作制，当上游集水设施达到一定污水量时，开启设置在负压管道上的负压管道阀，以负压为动力进行污水输送。现有管道中多采用电动阀作为管道阀门，通过电控方式进行通断控制。这种管道阀门的缺陷主要表现在：一是不能很好地适应于污水输送环境，易于损坏，特别是在长距离输送管道中，因负压高，流量大，气蚀严重；二是污水（特别是黑水）中的固体杂质易于造成阀门闭合不严，不仅会加剧气蚀等造成的阀门损坏，而且还造成负压能的严重浪费及过多的空气混入，负压设备及后续存储和处理设施带来不应有的负担。

另外，过多地使用工业自动化控制的手段，比如压力传感器和自动、电动开关的阀门，不仅会使管网成本大增，同时使得管网变得过于复杂，而且管网上会有过多的点需要供电，带来安全隐患，系统的可靠性也会降低。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种负压管道阀、一种基于这种负压管道阀的控制系统及一种采用这种控制系统的负压负压排水（污水输送）管网，以提高阀门的使用寿命，减少因阀门闭合不严造成的负压能损失，进而降低管网系统的维护和运行成本。

本实用新型的技术方案是：负压管道阀，设有管状的阀体，所述阀体内设有内管，所述内管的轴向两端密封连接在所述阀体上，所述内管的轴向中部为横向两侧向内凹的启闭结构，所述启闭结构的横向两侧与所述阀体的内壁之间留有间隙，所述阀体的侧壁上设有第一控制接口和第二控制接口。

优选地，所述启闭结构的中部的横截面呈扁圆状或跑道状。

优选地，所述启闭结构的轴向两侧为与所述内管的相应端变径连接的变径过渡段，通过变径过渡段实现启闭结构的中部与内管的两端部位之间的变径。

优选地，所述内管采用弹性/柔性材料。

优选地，所述阀体的两端设有法兰结构，所述法兰结构上连接有环形法兰盘，所述内管的端部设有径向凸缘，所述径向凸缘紧密夹持在所述法兰结构和环形法兰盘之间，由此实现所述内管的轴向两端在所述阀体上的密封连接。

负压控制系统，包括本实用新型公开的任一种所述负压管道阀，所述负压管道阀的进口连接进口侧管道，出口连接出口侧管道，所述出口侧管道用于连接负压源，所述第一控制接口通过负压控制气路连接所述出口侧管道，所述第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源（例如，大气，或其他相对压力为零或基本为零的气源），所述负压控制气路上设有负压气路控制阀，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀。

优选地，所述负压气路控制阀为电磁阀，所述正压气路控制阀为电磁阀。

负压输水管网，采用树状布置，其输送管道包括输送主管和输送支管，所述输送支管设置为单级或多级设置，所述单级设置的输送支管的出口侧连接所述输送主管，进口侧用于连接用户端的连接，所述多级设置的输送支管中的一级支管连接于所述输送主管，下级支管连接于其对应的上级支管，任一支路上的末级支管的进口侧用于连接用户端，所述输送主管的出口侧用于接入负压站，该负压输水管网还设有分区监控站，所述分区监控站至少设置在部分一级支管的出口侧，所述分区监控站设有本实用新型公开的任一种所述负压管道阀，所述负压管道阀设置于相应的输送管道上，将相应的输送管道分为其进口侧管道和出口侧管道，其中出口侧为负压站侧，进口侧为用户端侧，所述负压管道阀的第一控制接口通过负压控制气路连接其出口侧管道，所述负压管道阀的第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源，所述负压控制气路上设有负压气路控制阀，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀。

优选地，所述正压源包括正压气罐，所述正压气罐设有压力气发生器，所述压力气发生器的输出接入所述正压气罐，所述正压气罐的出口连接所述正压控制气路的进口。

优选地，所述控制装置设有用于接入物联网的通信电路。

本实用新型的有益效果是：由于负压管道阀的启闭件为具有一定弹性的束腰形的内管，适宜于采用橡胶、橡塑及其他高分子材料制作，且表面为平滑的曲面状，不仅耐腐蚀，而且不会因介质流动方向和速度的急剧变化而导致管道内出现急剧湍流，有利于减小阻力，提高动力的有效利用率。当因污水中固体杂质而导致阀门闭合不严实时，依靠内管的弹性及借助于其光滑表面，杂质会随泄露的介质流一同流走，进而消除杂质对阀门闭合的妨碍，很快就能够实现完全闭合；由于内管的中部束腰结构是单一方向的，或者说内管呈对接的鸭嘴状，使闭合更容易，且闭合更严密，有利于降低对控制用负压的要求，保证操作的灵敏度，提高闭合的可靠性；由于采用负压和正压两个控制气路，且已阀门的出口侧管道为控制用负压源，无需另行设置负压源，现场实施方便；当接通负压控制气路时（同时正压控制气路断开），内管外侧的压力（压强）与阀门出口侧的压力基本相等，而阀门进口侧的压力大于出口侧压力，使内管的内径不仅能够恢复到常态，而且还会因阀门（内管内径）进口侧的压力使内管的内径胀大（至少进口侧内径胀大），保证了阀门内的过流面积不小于其常态下的过流面积，实现阀门的良好和可靠的导通；而接通正压控制气路，内管外侧的压力大于内管内侧的压力，将内管压瘪，且在压瘪过程中，压瘪程度越大，压瘪部分的流速就越大，介质流对内管施加的径向压力就越小，就越有利于将内管进一步压瘪，直至内管中部的管壁贴合在一起，阀门关闭，有利于提高关闭速度，减少关闭过程所需的时间，而阀门关闭后，阀门出口侧的压力恢复为静压，负压值（绝对值）最大，能够在内管的内外两侧形成更大的压差，极大地保证了闭合的可靠性；由于负压管道阀采用气路（气压）控制，没有与污水（或所输送的其他流体）接触的电路，不存在因电磁阀/电动阀及电路等与污水接触易于损坏的问题，明显地提高了使用寿命。

附图说明

图1是负压管道阀在常态（开启）状态下的示意图；

图2是负压管道阀在关闭状态下的示意图；

图3是控制系统在接通负压控制气路（阀门开启）状态下的示意图；

图4是控制系统在接通正压控制气路（阀门关闭）状态下的示意图；

图5是负压输水管网的示意图。

具体实施方式

参见图1-5，本实用新型提供的负压管道阀10设有管状的阀体11，所述阀体内设有用作启闭膜片的内管13，所述内管的轴向两端密封连接在所述阀体上，所述内管的轴向中部为横向两侧向内凹的启闭结构（扁形的结构）14，所述启闭结构的横向两侧与所述阀体的内壁之间留有间隙，所述阀体的侧壁上设有第一控制接口16和第二控制接口17。

通常，所述阀体和所述内管的主体部分均呈圆管状。

通常，所述内管的两端部位（区域）的外径与所述阀体的相应部位（通常为阀体的相应端部位）的内径相等或略小于所述阀体的相应部位的内径，与所述阀体的相应部位的内壁贴在一起或基本贴在一起（两者之间留有留有微小的装配间隙）。

所述启闭结构的中部的横截面（横截面的边缘线）呈扁圆状或跑道状。

所称跑道状为设有两个两端对齐的纵向延伸的等长的直边，两直边的对应端通过圆弧或其他平滑曲线连接后形成的形状；所称扁圆状为以两侧对称的平滑曲线替代跑道状中的直边后的形状，纵向延伸的所述平滑曲线的中部可以向外凸，也可以向内凹，或设有多个平滑的凸凹形状。

所述启闭结构的轴向两侧为与所述内管的相应端变径连接的变径过渡段，通过变径过渡段实现启闭结构的中部与内管的两端部位（不受内凹影响的部分）之间的变径。

所述第一控制接口和第二控制接口在轴向（阀体的轴向）上优选位于变径过渡段的近启闭结构的中部侧，且在纵向（阀体的纵向）上进一步优选位于中部。

所述启闭结构优选为在轴向上镜像对称，进一步优选，在横向上和纵向上亦镜像对称，所称在某方向上的镜像对称为其对称面的垂线位于该方向上的面对称。

所述启闭结构优选呈两个出水口对接的鸭嘴阀结构（鸭嘴阀的扁口结构）或类似的形状。

优选地，所述内管的启闭结构及与启闭结构相连的部位的轴截面（轴截面的边缘线）为平滑曲线，没有尖点及类似于尖点的形状。

所述内管通常可以采用弹性/柔性材料，例如，与现有技术下鸭嘴阀所用材料相同或相仿的材料，其弹性或柔性的大小应适应于启闭要求。可以综合考虑介质压力、控制气压力和内管弹性/柔性等因素，以在相应工作条件下实现有效的启闭。

所述阀体的两端设有法兰结构12，所述法兰结构上连接有环形法兰盘（与法兰结构对应的环盘）19，所述内管的端部设有径向凸缘15，所述径向凸缘紧密夹持在所述法兰结构和环形法兰盘之间，由此实现所述内管的轴向两端在所述阀体上的密封连接。

所述环形法兰盘和所述径向凸缘上均可以设有与所述法兰结构上的用于穿过紧固螺栓的通孔对应的通孔，通过这些对应的通孔穿过相应的紧固螺丝，旋紧紧固螺栓上的紧固螺母，将三者紧固在一起，也可以采用其他的法兰连接方式（例如，在位于某侧的件上设置螺孔，以省略螺母）。

所述内管的内孔18构成流经该阀门的介质通道，当两侧的启闭结构压在一起时，阀门关闭，当两侧的启闭结构分离开时，阀门开启。

本实用新型提供的负压控制系统包括本实用新型公开的任一种负压管道阀，所述负压管道阀的进口连接进口侧管道28，出口连接出口侧管道29，所述出口侧管道，为使用时的负压源侧连接管道，也就是负压管道，用于连接负压源，所述第一控制接口通过负压控制气路21连接所述出口侧管道，所述第二控制接口通过正压控制气路23连接正压气源或无压气源（例如，大气），所述负压控制气路上设有负压气路控制阀22，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀24。

所述负压气路控制阀可以为电磁阀，所述正压气路控制阀可以为电磁阀，以便于自动控制，且电耗小，可采用蓄电装置供电，无需拉电线，亦可采用太阳能供电。

所述负压气路控制阀和所述正压气路控制阀可以相互独立的阀门，也可以采用同一个多通电磁阀，以同一个阀门同时实现负压气路和正压气路的控制。由于使用时负压气路控制阀和正压气路控制阀为一开一闭，可以采用同一个多通电磁阀同时实现负压控制气路和正压控制气路通断状态的同步切换，简化控制装置，具体阀门的选择及其控制方式可以依据现有技术。

本实用新型提供的负压输水管网采用树状布置，其输送管道包括输送主管（干管，或主干管）33和输送支管34，所述输送支管设置为单级或多级设置，所述单级设置的输送支管的出口侧连接所述输送主管，进口侧用于连接用户端（用户端的排水接口）39的连接，所述多级设置的输送支管中的一级支管（主支管）连接于所述输送主管，下级（进水侧）支管连接于其对应的上级（出水侧）支管，任一支路上的末级（用户侧）支管的进口侧用于连接用户端，例如，污水井/污水集水器38的排水出口、便器37的下水管道出口等。当任一支路（在出水方向上汇入任一输送管道的所有输送管道与该输送管道一起构成一个支路）上只有一级支管（即该支路的输送支管为单级设置）时，该一级支管可同时视为该支路上的一级支管和末级支管，两端分别连接输送主管和用户端。所述输送主管的出口侧用于接入负压站（负压收集站）30。该负压输水管网还设有分区监控站41，所述分区监控站至少设置在部分一级支管的出口侧（输送主管连接侧），所述分区监控站设有本实用新型公开的任一种负压管道阀10，所述负压管道阀设置于相应的输送管道上，将相应的输送管道分为其进口侧管道和出口侧管道，其中出口侧为负压站侧，进口侧为用户端侧，所述负压管道阀的进口连接其进口侧管道，出口连接其出口侧管道，当进口直接连接用户端的出口时，可以将该出口视为其进口侧管道，当出口直接连接上级支管的进口、输送主管的进口或负压站的进口时，可以将相应进口视为其出口侧管道，所述负压管道阀的第一控制接口通过负压控制气路连接其出口侧管道，所述负压管道阀的第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源（例如，大气），所述负压控制气路上设有负压气路控制阀，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀。当管网中出现故障时，可以通过相应的分区监控站关闭相应支路上的通道，以避免对下游管网和负压站的影响。

可以依据现有技术设置负压气路控制阀和正压气路控制阀的控制装置，控制装置的相应控制输出分别接入相应负压气路控制阀的控制端和相应正压气路控制阀的控制端。

对于居住区污水或者说生活污水的输送，依据污水处理方式，可以设置一套负压输水管网，也可以设置分别用于输送黑水的负压输水管网和用于输送黑水的负压输水管网，实现生活污水的分质收集、输送和处理。

通常，可以设置综合的负压收集中心（负压收集站）进行灰水和黑水收集，将黑水和灰水分别接入相应的负压罐31、32，其中用于接入黑水的负压罐31可称为黑水罐，接入灰水的负压管32可称为灰水罐），经黑水和灰水相应的负压罐收集后分别输送至处理厂的相应处理设施。

通常，从便器排放的污水可以作为黑水，从洗手池、洗菜池和浴室排放的污水可以作为灰水，实践中这两种不同的污水可以分别处理和利用。

可以在用户端设有污水收集器38，所述污水收集器设有负压控制装置，所述负压控制装置设有设置于其负压排水管上的排水负压阀，当收集器内的污水水位达到设定高度时，负压控制装置控制所述排水负压阀开启，在负压排水管所连接的末端支路的负压作用下，集水器内的污水被抽走。

所述污水集水器的进口通常可以连接重力流排污管36，通过重力流方式将用户的用水设备（用水设备的污水排放口），依靠重力将污水送入集水器。

根据实际情况，所述分区监控站（或其他用途的所述负压控制系统）的正压源均可以包括正压气罐，所述正压气罐设有压力气发生器（例如，小型空压机），所述压力气发生器的输出（压力气输出）接入所述正压气罐，使正压气罐内的压力（相对压力）处于所需的正压状态，所述正压气罐的出口连接所述正压控制气路的进口，为正压控制气路提供正压气（通常为空气）。

所述正压气发生器设有为其供电的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置设有蓄电系统（蓄电池组）。

分区监控站的设置依据实际需要。例如，在三级以上的输送支管设置下，可以在每个一级支管的近输送主管侧都设置分区监控站。

在任何具有较大用户规模（污水规模）的支路上也可以设置分区监控站，所述分区监控站设置在该支路的出口侧（近负压站侧）的输送管道上。可以依据实际情况确定设置分区监控站的支路的用户规模（污水规模），例如，对于生活污水的输送管网，可以将连接有50-100个用户（住户）的支路或污水量与此相当的其他支路作为设置分区监控站的较大规模支路。

根据实际需要，还可以在输送主管的出口侧（负压站连接侧）或中间部位设置分区监控站。

所述控制装置优选设有用于接入物联网的通信电路，以便远程控制中心/远程控制系统通过物联网获取控制所需的信息，进行远程控制。

可以设置负压（负压官网）监控站46，所述负压监控站设有大气连通管，所述大气连通管上设有大气连通控制阀，其外端连通大气，内端接入输送管道。当位于大气连通管接入位置出口侧的输送管道出现堵塞时，可以在适应情形下开启大气连通控制阀以接入大气，由此提高了输送管道在大气连通管接入位置的压力，也就是提高了接入位置与负压站或者上级输送管道之间的压差，以便依靠较大的压差消除管道堵塞现象。

可以依据大气连通管在输送管道上的接入位置设置负压监控站，大气连通管的接入位置可以为末端支路的末端，或者爬坡较高或管路较长的输送管路的进口侧（上游位置）。

依据实际需要，可以在输送管道上设置负压（负压管网）中继站45，对于其进口侧的输送管道，所述中继站相当于负压站，对于其出口侧的输送管道，所述中继站相当于用户端。

通常，可以将中继站设置在爬坡较高或管路较长的输送管路上，例如，爬坡较高或管路较长的输送管路的出口端（下游位置）。

所述负压中继站的中继负压罐依靠与负压站连接的负压气源管道35为其提供负压。所述负压气源管道一端连接相应的中继负压罐的负压空间，另一端通常可以接入位于负压中继站出口侧的输送管道，从该输送管道获得负压。当负压中继站的出口侧采用负压输送时，负压中继站可以通过位于负压中继站出口侧的输送管道连接负压站，也可以直接连接负压站。

所述负压中继站可以采用任意适宜的现有技术，主要用于在输送距离较长和提升高度较高的情形下克服负压传输系统所受负压提升能力的制约，对于负压提升能力不足以将污水送入负压站的负压收集设备，可以依靠负压将污水先收集到中继站的中继负压罐，然后以中继站作为污水源，依靠负压源或污水泵等提供的动力，将污水直接或者经多级传输送入负压站。当采用污水泵作为动力时，可以通过相应的正压管道实现由中继站（中继负压罐）至负压站的输送。当采用负压作为动力时，可以在中继负压罐的出口侧设置中继蓄水罐，采用污水泵将中继负压罐的污水送入中继蓄水罐，所述中继蓄水罐和中继负压罐可以是各自独立的罐体，通过设有相应污水泵的管道实现中继蓄水罐和中继负压罐之间连接和污水输送，也可以采用同一个壳体（罐体）内分隔出的相互独立的空间，通过壳体内或壳体外的污水泵（及所需的连接管道等）实现相应独立空间之间连接和污水输送，将中继蓄水罐视为用户端接入中继站出口侧的负压管道，可以依据中继负压罐和中继蓄水罐（如果设有的话）内的水位高度控制相应污水泵进行排水，相关污水排放和排放控制技术均可以采用相应的现有技术。通过负压中继站的设置，极大地拓展了负压传输系统的适应范围，且不改变用户端（负压收集设备端）负压传输方式，有利于保持或发挥负压传输的优势，有利于保持用户的良好体验。

可以依据实际需要设置负压检查井44，用于检测输送管道连接部位、阀门、控制装置等的状态。

分区监控站、负压监控站、负压检查井、负压站以及污水收集器的负压控制装置等均可以采用现有信息技术和设施进行各种相关信息的采集、分析和传输等，在目前技术背景下，可以接入物联网（或其他通信网络），通过物联网进行通信和信息传输。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.负压管道阀，设有管状的阀体，其特征在于所述阀体内设有内管，所述内管的轴向两端密封连接在所述阀体上，所述内管的轴向中部为横向两侧向内凹的启闭结构，所述启闭结构的横向两侧与所述阀体的内壁之间留有间隙，所述阀体的侧壁上设有第一控制接口和第二控制接口。

2.如权利要求1所述的负压管道阀，其特征在于所述启闭结构的中部的横截面呈扁圆状或跑道状。

3.如权利要求1所述的负压管道阀，其特征在于所述启闭结构的轴向两侧为与所述内管的相应端变径连接的变径过渡段，通过变径过渡段实现启闭结构的中部与内管的两端部位之间的变径。

4.如权利要求1所述的负压管道阀，其特征在于所述内管采用弹性/柔性材料。

5.如权利要求1所述的负压管道阀，其特征在于所述阀体的两端设有法兰结构，所述法兰结构上连接有环形法兰盘，所述内管的端部设有径向凸缘，所述径向凸缘紧密夹持在所述法兰结构和环形法兰盘之间，由此实现所述内管的轴向两端在所述阀体上的密封连接。

6.负压控制系统，其特征在于包括如权利要求1-5任一项所述的负压管道阀，所述负压管道阀的进口连接进口侧管道，出口连接出口侧管道，所述出口侧管道用于连接负压源，所述第一控制接口通过负压控制气路连接所述出口侧管道，所述第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源，所述负压控制气路上设有负压气路控制阀，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀。

7.如权利要求6所述的负压控制系统，其特征在于所述负压气路控制阀为电磁阀，所述正压气路控制阀为电磁阀。

8.负压输水管网，采用树状布置，其输送管道包括输送主管和输送支管，所述输送支管设置为单级或多级设置，所述单级设置的输送支管的出口侧连接所述输送主管，进口侧用于连接用户端的连接，所述多级设置的输送支管中的一级支管连接于所述输送主管，下级支管连接于其对应的上级支管，任一支路上的末级支管的进口侧用于连接用户端，所述输送主管的出口侧用于接入负压站，其特征在于还设有分区监控站，所述分区监控站至少设置在部分一级支管的出口侧，所述分区监控站设有如权利要求1-5中任一项所述的负压管道阀，所述负压管道阀设置于相应的输送管道上，将相应的输送管道分为其进口侧管道和出口侧管道，其中出口侧为负压站侧，进口侧为用户端侧，所述负压管道阀的第一控制接口通过负压控制气路连接其出口侧管道，所述负压管道阀的第二控制接口通过正压控制气路连接正压气源或无压气源，所述负压控制气路上设有负压气路控制阀，所述正压控制气路上设有正压气路控制阀。

9.如权利要求8所述的负压输水管网，其特征在于所述正压气源包括正压气罐，所述正压气罐设有压力气发生器，所述压力气发生器的输出接入所述正压气罐，所述正压气罐的出口连接所述正压控制气路的进口。

10.如权利要求9所述的负压输水管网，其特征在于设置有负压气路控制阀和正压气路控制阀的控制装置，控制装置的相应控制输出分别接入相应负压气路控制阀的控制端和相应正压气路控制阀的控制端，所述控制装置设有用于接入物联网的通信电路。

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