专利名称：真空排水系统集水界面单元装置的制作方法
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 统集水界面单元装置。
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，集水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，将集水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) 切断与真空管道的连接，实现常压下利用重力收集污水；2)收集污水达到一定容积，自动 打开与真空管道的连接接口，排尽集水容器内所收集的污水；3)在排尽集水容器内收集的 污水后，自动切断集水容器与真空管道的连接，继续收集排放的污水。该界面单元要在这三 种情况下实现交替往复地连续自动运行。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世纪中叶设计了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Johnson Service 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，美国的Bland Calvin Burns设计了一种利用电动执行的隔膜阀，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[m]。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 ]。直到21世纪初，德国的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来实现真空管路的启、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，lnc.提出了用浮动塞
4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集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 要外部供电设施等缺陷。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 ；[ν] Reinhold Betz. Martens Peter. Vacuum Sewage System :Germany, 99119677[P], 1999-10-1 ；[vi]Reinhold Betz. Interface Valve for Vacuum Sewer Systems :United States,6575425B1[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. Featheringi 11, John M. Grooms. Sump-ventedControlIer 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在仅提供真空动力源，完全不供电的条件下实现集 污水收集、自动抽吸的一体化设备，装置仅基于双限位的浮球式活塞装置及其阀门自动控 制实现排水时间、流量的精确控制，并能够实现保证装置稳定运行的辅助预处理措施。(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了真空排水系统集水界面单元装置，包括外部箱体；位于所述外部箱体内的蓄能装置和浮球式液位控制装置，所述浮球式液位控制装 置用于对真空排水系统的集水界面单元进行液面控制；位于所述浮球式液位控制装置内的浮球式气动真空阀启闭控制装置，用于对真空 排水系统的抽吸过程进行启、闭控制；位于所述外部箱体上部的气动真空阀门抽吸装置，所述蓄能装置用于为所述气动 真空阀门抽吸装置提供动力，所述气动真空阀门抽吸装置用于执行真空排水系统的抽吸过 程；其中，所述蓄能装置分别与浮球式气动真空阀启闭控制装置以及气动真空阀门抽 吸装置通过管路连接。所述外部箱体包括第一隔间、第二隔间以及箱体隔间，安装在所述第一隔间内的 进水管路，所述第一隔间和第二隔间之间通过第一隔板相隔，所述箱体隔间与第一隔间、第 二隔间之间分别通过第二隔板相隔；第一隔间的空间小于第二隔间的空间，所述第二隔板 高于第一隔板；所述箱体隔间上部装有支架，第二隔间侧壁开有气孔。所述蓄能装置通过连接板与机架连接，包括蓄能体，所述蓄能体上方的上盖上开 有3个气孔，其中一个气孔与浮球式气动真空阀启闭控制装置的控制气路连通，其它两个 气孔分别与气动真空阀门抽吸装置的出水管路上的两个气孔连通。所述浮球式液位控制装置通过支架固定在外部箱体内，包括内部箱体、浮球及其 支杆，所述支杆固定在内部箱体下部，在所述支杆上装有一堵塞；在内部箱体下部有一漏 孔，在内部箱体侧壁开有能让液体进出的单向开口。所述浮球式气动真空阀启闭控制装置通过所述支架固定在内部箱体上部，包括 浮球及其连带的支杆，支杆上具有与固定的支点连杆相连接的支点孔，该支杆与可上下移 动的活塞杆相连，活塞杆装在活塞套内，活塞套开有孔洞，该孔洞与蓄能装置及气动真空阀 门抽吸装置上的孔洞连通。对活塞杆的控制通过浮球的液位感应来实现。所述气动真空阀门抽吸装置固定在内部箱体的上方，包括吸水管路，与吸水管路 相连接、用于控制真空管路启闭的真空隔膜阀体，所述出水管路与真空隔膜阀体相连，在真 空隔膜阀体上开有两个气孔，分别与控制气路的任意两个气孔相连通。所述气动真空阀门抽吸装置还包括安装在所述真空隔膜阀体内腔的隔膜和位于 所述真空隔膜阀体上的进水管口。(三)有益效果本发明的整个装置只需要提供真空排水系统的负压管路，就能够实现对污水中可 能存在的、对真空排水系统影响较大杂物的预处理，双限位的浮球式活塞杆控制系统能精 确控制排水的时间、流量；蓄能装置能保证隔膜阀体的开启的动力，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；气动的真空隔膜阀具有结构简单，生产便宜，可保证 长期稳定运行等优点。
图1是本发明实施例的真空排水系统集水界面单元装置的俯视结构示意图，其上标出了装置的主要组成部分；图2是本发明实施例的真空排水系统集水界面单元装置的另一俯视结构示意图， 其上标出了装置的细节；图3是本发明实施例的真空排水系统集水界面单元装置的侧剖面结构示意图；图4是本发明实施例的真空排水系统集水界面单元装置的正剖面结构示意图。
具体实施例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 4所示，为本发明的真空排水系统集水界面单元装置，该装置可根据液位 变化对真空排水系统集水界面单元实现完全气动控制。该装置包括外部箱体1，位于外部 箱体ι内一角的蓄能装置2，位于外部箱体1中间的浮球式液位控制装置3，位于浮球式液 位控制装置3箱体内的浮球式气动真空阀启闭控制装置4，位于外部箱体1上部的气动真空 阀门抽吸装置5，其中蓄能装置2与浮球式气动真空阀启闭控制装置4以及气动真空阀门抽 吸装置5通过管路相互连接，实现根据外部箱体1内的液位变化实现真空系统的抽吸过程 的启、闭控制。其中进水管路1-3与重力自流管路连接，真空抽吸过程出水管路5-3与真空 排水负压系统的负压管路连接。其中所述外部箱体1包括安装在第一隔间1-1内的进水管路1-3，第一隔间1-1 和第二隔间1-2之间通过第一隔板相隔，第一隔间1-1的空间小于第二隔间1-2的空间，箱 体隔间1-6与第一隔间1-1、第二隔间1-2之间通过第二隔板相隔，第一隔板高于第二隔板， 箱体隔间1-6中间上部装有支架1-5，第二隔间1-2侧壁开有气孔1-4。其中所述蓄能装置2通过第二连接板与机架3-2连接，包括蓄能体2-4，蓄能体 上方的上盖上开有3个气孔2-1，2-2，2-3，气孔2-1与去浮球式气动真空阀启闭控制装置4 的控制气路相连通，气孔2-2、2-3分别与气动真空阀门抽吸装置5的出水管路5-3上的气 孔5-7，5-8连通。其中所述浮球式液位控制装置3为一箱体结构，通过支架1-5固定在外部箱体1 内，包括浮球3-1及其支杆3-6，支杆3-6固定在内部箱体3-2下部，在内部箱体3_2下部 有一漏孔3-5，在浮球3-1的支杆上装有一堵塞3-4，在内部箱体3-2的中部开有一个只能 够让液体自由进出内部箱体3-2的单向开口 3-3。其中所述浮球式气动真空阀启闭控制装置4为一由浮球带动的活塞杆结构，通过 支架1-5固定在内部箱体3-2上部，包括浮球4-1及其连带的支杆结构，支杆上具有可以 与固定的支点连杆相连接的支点孔4-2，支杆与可自由上下移动的活塞杆4-3相连，活塞杆 4-3装在活塞套4-4内，活塞套开有孔洞可以与蓄能装置2及完全气动真空阀门抽吸装置5 上的孔洞相连。其中所述完全气动真空阀门抽吸装置5固定在内部箱体3-2的上方，包括吸水管 路5-1，与吸水管路5-1相连接的直接控制真空管路启闭的真空隔膜阀体5-2，出水管路5-3 与真空隔膜阀体5-2相连，在隔膜阀体5-2开有两个气孔5-4，5-5，可以与控制气路的气孔 相连通，在出水管路5-3上开有气孔5-6，5-7，5-8，可以分别与蓄能装置2以及控制气路的 两个气孔相连通。
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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。
权利要求
一种真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，包括外部箱体(1)；位于所述外部箱体(1)内的蓄能装置(2)和浮球式液位控制装置(3)，所述浮球式液位控制装置(3)用于对真空排水系统的集水界面单元进行液面控制；位于所述浮球式液位控制装置(3)内的浮球式气动真空阀启闭控制装置(4)，用于对真空排水系统的抽吸过程进行启、闭控制；位于所述外部箱体(1)上部的气动真空阀门抽吸装置(5)，所述蓄能装置(2)用于为所述气动真空阀门抽吸装置(5)提供动力，所述气动真空阀门抽吸装置(5)用于执行真空排水系统的抽吸过程；其中，所述蓄能装置(2)分别与浮球式气动真空阀启闭控制装置(4)以及气动真空阀门抽吸装置(5)通过管路连接。
2.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述外部箱 体(1)包括第一隔间(1-1)、第二隔间(1-2)以及箱体隔间(1-6)，安装在所述第一隔间 (1-1)内的进水管路(1-3)，所述第一隔间(1-1)和第二隔间(1-2)之间通过第一隔板相 隔，所述箱体隔间(1-6)与第一隔间(1-1)、第二隔间(1-2)之间分别通过第二隔板相隔； 第一隔间(1-1)的空间小于第二隔间(1-2)的空间，所述第二隔板高于第一隔板；所述箱体 隔间(1-6)上部装有支架(1-5)，第二隔间(1-2)侧壁开有气孔(1-4)。
3.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述蓄能装置 (2)通过连接板与机架(3-2)连接，包括蓄能体(2-4)，所述蓄能体(2-4)上方的上盖上开 有3个气孔(2-1，2-2，2-3)，其中一个气孔(2-1)与浮球式气动真空阀启闭控制装置(4)的 控制气路连通，其它两个气孔(2-2，2-3)分别与气动真空阀门抽吸装置5的出水管路(5-3) 上的两个气孔(5-7，5-8)连通。
4.如权利要求1所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述浮球式液 位控制装置(3)通过支架(1-5)固定在外部箱体(1)内，包括内部箱体(3-2)、浮球(3-1) 及其支杆(3-6)，所述支杆(3-6)固定在内部箱体(3-2)下部，在所述支杆(3-6)上装有一 堵塞(3-4)；在内部箱体(3-2)下部有一漏孔(3-5)，在内部箱体(3-2)侧壁开有能让液体 进出的单向开口(3-3)。
5.如权利要求2所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述浮球式气 动真空阀启闭控制装置(4)通过所述支架(1-5)固定在内部箱体(3-2)上部，包括浮球 (4-1)及其连带的支杆，支杆上具有与固定的支点连杆相连接的支点孔(4-2)，该支杆与可 上下移动的活塞杆(4-3)相连，活塞杆(4-3)装在活塞套(4-4)内，活塞套(4-4)开有孔洞， 该孔洞与蓄能装置(2)及气动真空阀门抽吸装置(5)上的孔洞连通。
6.如权利要求3所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述气动真空 阀门抽吸装置(5)固定在内部箱体(3-2)的上方，包括吸水管路(5-1)，与吸水管路(5-1) 相连接、用于控制真空管路启闭的真空隔膜阀体(5-2)，所述出水管路(5-3)与真空隔膜阀 体(5-2)相连，在真空隔膜阀体(5-2)上开有两个气孔(5-4，5-5)，分别与控制气路的任意 两个气孔相连通。
7.如权利要求6所述的真空排水系统集水界面单元装置，其特征在于，所述气动真空 阀门抽吸装置(5)还包括安装在所述真空隔膜阀体(5-2)内腔的隔膜和位于所述真空隔膜阀体(5-2)上的进水管口.
全文摘要
本发明公开了一种真空排水系统集水界面单元装置，包括外部箱体(1)，位于外部箱体(1)一角的蓄能装置(2)，位于外部箱体(1)中间的浮球式液位控制装置(3)，位于浮球式液位控制装置(3)的箱体内的浮球式气动真空阀启闭控制装置(4)，位于外部箱体(1)上部的气动真空阀门抽吸装置(5)，其中控制蓄能装置(2)与浮球式气动真空阀启闭控制装置(4)以及气动真空阀门抽吸装置(5)通过管路相互连接。本发明的装置的动力源只需要负压罐提供真空负压；通过浮球式气动真空阀液位控制装置以及气动真空阀门上的调节阀可以精确控制排水的时间、流量和速度等；在实现很空排水过程中具有安装操作便利、运行稳定、维护简单等优点。
文档编号E03F3/02GK101962970SQ20101050503
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者刘艳臣, 汪诚文, 王欣, 钱志伟, 钱晨 申请人:清华大学