专利名称：具有进气电控器以增高扬程的真空污水系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及利用进口真空阀的真空操作污水控制系统，更具体地说涉及这样一种系统，该系统使用了一种进气电控器(“EAAC”)用来打开所说的真空阀，而这种打开并不取决于在该阀门进口处收集在一个储存箱内的污水液面高度，这是为了向污水输送管道引入大气压力下的额外的空气以避免积水状态。
原来的污水系统是利用重力自流的，包括一个地下管道网，从各种污水源(例如，家庭，商店等等)引向一个污水处理站。可是，在污水入口和收集点之间的不规则的地形和距离极大地限制了挖掘深深的管沟的能力以形成一个连续的，下坡式的污水流。这样，机械泵就被安置在沿着管道网的关键地点以便在污水流进一个浅埋的管道网的后面提供一种可靠的力量。虽然如此，对于这样一种系统，实际上，压力泵在每一个污水进口点都是需要的。
作为可供选择的方案，真空操作系统被推荐出来，例如在授予S.A.J.利连达尔(S.A.J.Liljendahl)的美国专利号3，115，148中提出的。利连达尔的专利描述了一种真空系统，该系统使用了两个独立的管道网来输送不同的污水流。从溶缸，洗涤盆，落水管等来的废水(灰色水)由一种传统的重力自流系统来运送;而从抽水马桶，小便池和类似的卫生设备来的污水(黑色水)由一个独立的真空系统来输送。在后一系统中的管线中配备了“阱坑”，在其中污水被收集起来，为的是形成一种管栓，该管栓完全填满了管道的截面积并使得管道封闭起来。在累积的情况下，污水中的管栓被一个沿着管道的压差力移走。这种由利连达尔专利所教导的真空操作系统被称为“塞状流动”。
授予B.C.伯恩斯(B.C.Burns)等人的美国专利号3，730，884中描述了一种污水系统，该系统使用了“真空诱导塞状流”，在其中黑色水和灰色水两者由单一的管道系统来处理。污水的“连续的管栓”被真空压力差输送通过管道一个短距离。该管栓将分散开，可是，当它通过管道移动时，由于磨擦力和其他的力量，导致了移动该管栓的压力差的递减。因此，一系列重新形成的管栓，它们最简单的形式可能是在管道中的一个泡状物或囊状物，起到污水聚集器的作用，并帮助重新形式连续的管栓。所说的阱坑是这样设计的，以致污水可完全填满管道内孔。这种系统的操作需使污水的管栓封住管道内孔。这种管栓的分散和重新形成的交替过程一直继续到污水终于完全通过了管道。每个这样的管栓的压力差小于总的可用的系统压力差，这是由于在管道中的管栓囊状物是串连排列的。
授予B.F.富尔曼(B.E.Foreman)等人的美国专利号4，179，371描述了一种设备和方法，用于运送污水从一个污水源到一个收集装置。在污水源和收集装置之间的管道中保持着压力差。污水一般以空心圆柱体的形状被运送通过管道。当没有污水被运送时，残留于管道中的污水一般不会封死管道，从而允许管道各处都保持着同一压力。喷射装置被配备起来，该装置可以是一个按照预先规定时条件而作出反应的间歇启动的阀门。该管道被布置成具有上升部，下坡部以及低点部的一个系统(总起来称为一个“扬程”)，在其中没有从系统中排出的残留污水可以加以收集。残留的污水一般来说不足以封闭该管道，从而允许管道各处相同压力的传递。这样，由福尔曼公开的这种设备可以包括一个在大气压力下的重力喂给式污水收集箱，它里面的东西被间断地喷射进入一个真空施压的布置成锯齿形式的管道，在典型的操作条件下，这将允许管道各处的充分的真空得以连通。
由真空运送污水的系统碰到的一个问题是“积水”。如前已论及的，在正常操作条件下，在管道低点部中的残留污水的收集是不足以在低点处封住该管道的，并被设计成在管道各处保持一个空气间隙以允许压力的传递。在一个污水运送周期中，总的管道容积一般地将含有少于三分之一的液体。可是，如果引入管道中的空气的量不足，则在污水运送周期中，将没有足够的能量施加上去以有效地移动全部污水质量。这将导致残留污水物质的增长性的积累，从而引起积水情况，这种情况可能将三分之二的管道和提升容积填满了。
积水的潜在原因是多样的。例如，所述阀门部件可能失调以致在污水物质已经进入管道后阀门过快关闭，从而发生不希望的削减了拉着废液物质向前的进入管道的空气量。而且，系统中某处的泄漏将损害在管道中的真空或者负压状况的保持，以致过一些时候，这个真空或者负压状况将削弱到这样的程度，使得在运送周期中的压力差将不足以移动污水物质，从而造成了积水。再者，当阀门关闭后，管网中达到一个均衡的真空或者负压状态时，终止了污水运送周期，但由于系统的低效率或者由于真空或负压的源头的不适当操作，管网将处于一个略低的真空压力下。这又同样成为真空度或负压度不够的原因，从而使压力差也不再足够。
尽管在理论上不管在管线中的扬程为多少英尺(米)，积水都可发生，但当“总扬程”增加时，这种可能性也将增加，因为对于重力降来说，以及在管线中的每个接连的形状变化处使得用真空来提升污水都将更为困难。假定每个锯齿状的扬程由一个低处的下坡部，一个上升部和一个高处的下坡部组成，恰当的距离测量方法应是，在高处下坡连接上升部的地方的底部处表面的一点和在低处下坡部连接同一上升部的地方的顶部外表面的一点之间垂直地加以测量。合计这些流体通路穿过的提升距离得出了“总扬程”。
有代表性的是，真空系统在16英寸(406毫米)水银柱到20英寸(508毫米)水银柱真空度的范围内操作。另一方面，因为大气压力在这个真空表中标定为0英寸(0毫米)水银柱，这也就表示了“压力差”为16英寸(406毫米)水银柱到20英寸(508毫米)水银柱。取其最小的可用真空度为16英寸(406毫米)水银柱，并减去5英寸(127毫米)水银柱，这是用于操作真空阀及其控制装置时始终必需的，余下的11英寸(279毫米)的水银柱的真空度就可用在管线中的真空提升。11英寸(279毫米)的水银柱相当于12.5英尺(3.825米)水柱，也可将其化整为13英尺作为代表性的数字。这样，13英尺的扬程可以代表性地作为用于任何污水项目的真空管线设计的最大数值。
有两个理由使得总扬程大约为13英尺成为重要的。第一，任何少于13英尺扬程的系统，积水在理论上可通过正常的阀门启闭周期来冲走，从管线中积累起来的残留污水因而能够有时间来自行纠正。相反，以13英尺或更高的总扬程设计的真空运送系统如发生积水时，按惯例需要人工辅助来排除残留的污水。因为阀门的开启是压力差的反应，而压力差又基于在管线中紧靠阀门下游处的真空压力状况，如果由于管线中的积水堵塞而使真空度太小，阀门将不会启闭来向管线中引入大气压力，从而阻止了管线能有时间来自动地排除积水。替代的办法是，修理工将有必要恢复在系统中的真空源头，并向上游处找到一个具有足够的真空压力能被驱动起来的阀门并将此阀门启动，然后在更为上游处逐一启动每个阀门，直到真空管线中的积聚的污水清除干净。
13英尺高度的第二个重要方面是它表达了污水运送管线总长度的限度。预先规定的管线的坡度和一个最高总扬程为13英尺的联合作用决定了真空管线可以运转的最大距离以保证在没有机械泵的帮助下适当的污水流动。实际上，穿越流体通道的总的允许扬程还额外地被摩擦损失因素所限制，该摩擦损失可根据已知的流体动力学中的各种公式计算得出。
为了有效地操作一个超过13英尺压力损失的真空污水系统，要用一个较高的气-液比值，这可简单地由允许更多的空气进入管线来完成。操作于13英尺或小于此高度的有代表性的系统可设计为3比1的气-液比值。这个数字可按比例增加以在该系统中增加扬程。
于是，本发明的主要目的是提供一种设备和方法用于无管栓真空污水运送系统。
本发明的另一目的是提供一个污水运送系统，该系统不需要广泛地利用泵站以协助污水的重力自流。
本发明另一目的是提供一个污水运送系统，在该系统中不需要在每个污水源头处配备机械泵用于将污水注射进收集管道。
本发明的另一目的是提供一个用于运送污水的系统和方法，其中只使用一个单独的相对来说小直径的管道用于污水的运送，而毋须管栓的重新形成，并在其中污水是由一个压力差来注射进入该系统的。
本发明的另一目的是提供一个用于运送污水的系统和设备，其中污水是由一个压力差注射进入该系统时，该系统并不需要使用污水管栓和管栓的重新形成。
本发明还有另一个目的是提供一个用于运送污水的系统和设备，由一个真空压力差向注射进入这样一个系统的污水提供全部压差。
本发明更有另一个目的是提供一个真空污水运送系统，该系统能够在系统部件不正常工作或失调的情况下自动地避免积水。
本发明的另一目的是提供一种设备，该设备将能驱使真空阀启闭以允许额外的空气进入真空管线以避免该真空管线内出现积水现象，这种作用是独立于允许积聚的污水物质从一个储存箱进入该真空管线的真空阀的正常启动的。
本发明还有另一目的是允许真空污水管网的构造用于总扬程超过13英尺。
简而言之，本发明旨在提供一种改进了的设备和方法用于运送大量的污水从污水源到达收集装置。在污水源和收集装置之间保持着压力差。污水通过一个污水控制阀被注射进入管道，该阀按照一个预先规定的条件作出反应而开启，污水流动的形状为一中空的圆柱体。当没有污水要运送时，管道内部具有基本上同样的压力。管道敷设成锯齿形，具有一个上升部，一个下坡部和一个低点部，在此低点部处，在运送周期中没有排出去的残留污水聚集于此并处于静止状态，在一段时间内便具有了短暂的管道间歇性封闭状态，从而使管道中的真空或负压降达到最小程度，以保证有足够的真空或负压可用来操作该控制阀。根据本发明的另一方面，该设备包括一个在大气压力下的重力-喂给污水收集箱，其中收集的东西通过所述污水控制阀间歇地注射进入一个敷设成锯齿形的真空加压管道，该设备允许所述管道的全部内部达到足够的真空度并被连通在一起。
与上述真空污水运送系统相偶联的是一个EAAC(进气电控器)装置用来自动地启闭一个空气控制阀，该空气控制阀连接在装有污水控制阀的真空污水运送管道中，而且并不依靠于污水控制阀上游处的污水积聚的液面高度，这是为了将处于大气压力下的额外的空气注射进入该真空运送管线以施加额外的压力到那里的大量污水上去，以辅助其运送来避免积水情况。该装置的最简单的形式包括一个电磁阀和一个定时器。当定时器动作时，它驱动电磁阀，该电磁阀的动作使来自外部源的真空或负压作用于空气控制阀，并通过压力差而将空气控制阀加以开启。当定时器的周期按时完成时，大气压力再次被导入空气控制阀中以关闭该阀。定时器动作的预先规定的频率和持续时间是计算出来的，以允许足够的大气压力下的空气将被引入到运送管道的污水上以防止积水。
在一个最佳实施例中，一个压力开关和定时-延迟部件被加入到EAAC系统中。压力开关监视着位于控制阀下游的运送管道中的真空压力差。当真空度降落到或低于预先规定的水平，例如，12英寸(305毫米)水银柱，该压力开关就驱动该定时-延迟部件。当定时-延迟周期完成时，如果在管线中的真空压力差的强度还是不足，则定时部件被驱动。该部件接着驱动所述的电磁阀。
此外，该定时-延迟部件再次被驱动，而压力开关则监视着在运送管道中的真空度，直到定时-延迟周期完成为止。在另一个最佳实施例中，定时和定时-延迟部件或模件具有控制旋钮用于调节它们的相应的动作周期的持续时间。
在另一个最佳实施例中，该EAAC装置与一个传感-控制组件串联起来，当某个预先规定的污水液位在污水控制阀上游处的储存箱中积聚起来的时候，该传感-控制组件通常将循环地启动该污水真空控制阀。在这个具体的实施例中，当电磁阀被驱动时，就将一个外部源的大气压力传送到传感-控制组件，接着由于压力差的作用驱动开启了污水控制阀。当该定时器的周期完成时，真空压力被再次输送到该传感-控制组件，该组件将压力差作用颠倒过来，并接着对关闭该污水控制阀作出反应。在这个具体的实施例中，专门的空气控制阀将不再需要。
当EAAC装置与真空污水运送系统结合起来时，真空管线中可以具有多个锯齿状的管段以致所有那些上升部的压力损失的合计值相等于或超过最小的可用于真空收集站的真空或负压条件的合计值减去需用来操作控制阀的压力头。这样做了以后，总扬程大于13英尺可被设计进该管线中去了。
附图简要说明
图1A，1B，1C是本发明的管线示意图，分别示出了污水流动的管道通常具有上坡，平坡和下坡的情况;
图2是根据本发明的一个真空污水运送系统的部分侧视图，在其中一个重力-喂给箱和一个注射阀装在主真空管道的下面;
图3是本发明的真空污水运送系统的部分图示，示出了控制阀和一个电动进气控制器(“EAAC”);
图4是本发明的EAAC装置被连接到一个剖开的空气控制阀上的示意图;
图5与图4相同，除了有一个压力开关和定时-延迟模件已被加入到该EAAC的示意图中去;
图6示出了图5所示的各种部件以时间为函数的功能;
图7示出了图5的EAAC实施例被连接到一个传感-控制组件以及污水真空控制阀的上部壳体上去;
图8示出了图7所示的各种部件以时间为函数的功能;
图9是按照本发明的一个真空收集箱和一个真空源的图解。
现参阅图1A，1B和1C，为了便于污水如箭头所示的方向流动，分别示出了上坡，平坡和下坡的管道剖面。
当流体如图1A所示的上坡向前流动时，真空管道20如图示有一个略向下倾斜段22，一个低点部24，和一个上升部26。没有通过管道20被清除出去的以及在一个污水运送周期中未被排出去的残余污水流到和积聚在低点部24处。如图1A和1B所示的管道一般地敷设成如所示的锯齿形状。这样一个锯齿形状要适应地形的需要(例如，别的管线干扰以及岩石层情况)，同样也要适应从个别的真空阀或分支干线流进来的流体。以这样的锯齿状布置，当污水的运动已经在一个运送周期的末尾有所减弱时，残余污水往往不足以封住所述管道20的内孔。这就基本上保持住了遍及全部管道，包括管道低点部24的残存物质上面那一部分管道的同样的真空压力。
图1B示出了一个基本上是水平地带的形状的系统，并具有较短的上升部26。图1C示出了用于下坡地带的管道系统，并不具有提升或上升部分。可以将如图中所示的各种管道段组合起来形成所需的敷设在不规则地形下面的多段管道系统。
图2按照本发明示出了系统34的一部分，包括了如图1A中所示的上坡流动的管道上升部，其中相似的系统零件用同样的编号来表示。从源头处(未示出)来的污水由重力自流通过管道10进入一个重力自流收集箱12，在该箱12中污水被暂时储存起来。从该重力收集箱12处的出口管道15被连接到一个压差控制阀40的进口侧。在重力收集箱12内的污水是处于大气压力下。对一个被预先规定的系统参数所作出的反应是，例如，箱12内的液位升到某一点时，该压差控制阀40将允许一定量的污水流入管道18。
当污水从重力收集箱12被注射向一根真空主管道30时，一个具有低点部24，上升部26，和下坡部22的喂给真空管道28形成了扬程，所述管道30位于所示的重力收集箱12的高处。该真空主管道30由一个适当的真空源(未示出)来提供负压。真空污水主干线30，分支线以及喂给管道28为由例如聚氯乙烯(PVC)或丙烯腈丁(ABS)制成的塑料管。接头处可用溶剂粘合或配以具有适当真空密封的压缩环的附件，这些是本行业中已知的。用于具有高温污水的设施，要用玻璃纤维管道。管子的直径大小一般在3至6英寸(76至152毫米)之间。当污水需要提升时，在扬程之间的管道下倾度一般相当于管道直径的至少40%(如果直径小于6英寸，则为80%)，或者相当于扬程之间的距离的0.2%，取其较大者。分支连接件32被接到主管道30上，它是做成所示的垂直三通或90度L形的接头。当污水被注射进一个管道接合处，有一些污水开始时会以对正常的流动方向相反的方向流动。上述在下坡管道中的最小的0.2%的坡度使得污水可返流并汇集在一个低点处。
总之，该运送管网持续地保持在真空或负压，因为污水并不形成管栓来封住管道的内孔，从而允许全部真空压力差用来施加到污水上，该污水从储存箱12通过压力差控制阀40进入真空系统34。而通常在大气压力下的污水和空气则通过一个打开着的真空阀40引入该管道用于运送污水。空气沿着管道的长度移动到处于真空或负压的区域，在那里空气的体积膨胀了。由于空气对管道中的压力差状况所作出的反应而产生的快速移动的能量接着促使污水实际上成为空心圆柱体的形状并产生遍及于管道系统的快速污水运送。这个力量将所有那些汇集在低点部24的污水通过上升部提升上去。当10到15加仑(约38到57公升)的污水进入这样一个系统中的时候，将导致污水以例如每秒15英尺(4.6米)到18英尺(5.5米)的速度流动。
可是，在一个预先规定的时间点上，该真空阀将关闭，从而结束污水运送周期。膨胀的空气使得管内的负压和速度都减少了，而任何还没有在污水运送周期中通过管网运走的残留污水则静止下来。真空阀门下游处的管道由真空源头加以均衡而达到一个遍及该管道的基本上恒定的负压或真空度。任何没有在污水运送周期中通过管道运走的残留污水一般地将汇集在低点部，借助于在一段时间内有着最小的管道间断性的封闭，使得遍及管道的穿过每个锯齿形的压差的跌落有可能减至最小，以致那里还有充裕的真空或者负压可用于操作所述的控制阀。
在这个系统中的运送周期是通过真空阀密闭和开启该真空系统的两部分之间的通道来限定的。这种型式的真空阀的操作的结构和方法如在D.D克利弗(D.D.Cleaver)等人的美国专利号4，171，853中所描述者，同样也见于本申请人的同时申请的美国专利申请号366，585中所描述者。
连接件32处下游的管道段30是直线的，它不具有袋状段。这样，污水可毫无阻碍地快速通过管道。所述压差控制阀40配置了定时装置以使该阀门在一段时间内保持着开启位置，这段时间较长于所需的使重力收集箱12中所装有的污水排空的时间。这就使得有可能允许一定量的大气中的空气，例如，两倍于污水的体积，将之跟着污水物质被注射进入真空管道20。如前所述的现有技术中所教导的，当管道20的内孔被一个污水的管栓封住时，沿着所说的管道将产生压力差，并对污水流动将有较大的阻力，这将限制运送距离在较短的范围内。
图3对图2所示的真空污水运送系统34的上游部份提供了详细的说明，同样的零部件用同样的编号来标志。一个探测管13被支承在储存箱12的顶部并向下延伸到箱内的某点上。该探测管13从它的顶部支承部向上延伸进入阀井16，在其中该探测管13是开着的。
储存箱排出管道15具有一个进口开口14，也向下悬挂在储存箱12内。该管道15向上延伸穿过阀井16并最终进入一个污水收集站36，该收集站是远离该阀井16的。在阀井16内插在排出管道15中的是污水污制阀40。在真空污水系统的操作中，阀40通常是关闭的。在排出管道15中的控制阀40的下游处，管线中保持负压或真空压力，正如污水收集站36那样。
在系统的操作期间，污水从居民区排入到重力污水管道10，接着排入储存箱12。当储存箱中的污水容量达到这样的程度以致需要一个排放周期时，(由储存箱中预先选择的压力条件来起动的)，控制阀40由传感控制装置45来加以打开，这将在下面更详细地加以叙述，从而触发一个规定的污水运送周期。控制阀40的打开产生了一个压力差，这个压力差存在于相对来说是低压或真空部和较高或大气压力部之间的，低压部分是在阀40的下游处的排出管道15中，而高压部分是在阀40的上游处的排出管道15中。这个压力差导致储存箱12中的污水通过排出管道15的进口处14，穿越控制阀40很快地排放出去，进入和通过排出管道15的真空部分而最终到达收集站36等待随后的工序或处理。从储存箱12通过排出管道15的污水运送周期完成后，控制阀40自动关闭，真空系统34恢复到它的正常的备用状况。
在控制阀40的顶端41的上面装上一个整体的传感-控制组件45。该控制组件用托架42和螺钉43固定住(最好参阅图7)。压力探测管48的端头之一与探测管13以压力连通的方式配置在一起，而它的另一端则与压力探测口51相偶联，该压力探测口51位于传感-控制组件45的最低点处。真空通过一根真空管线54经由缓冲器57施加到该传感-控制器上。该缓冲器在本申请人的美国专利号4，171，853中有更充分的描述。缓冲器与排出管15的真空部分相连通，从而可通过真空管线54和真空口50提供一个恒定的负压或真空压力的源头到该传感-控制器。
另一方面，大气压从该设施的高出于地表面的一个通气管53穿过并被导向该传感-控制器45，该通气管53与一个大气压力管56相连通，从而通过大气入口59(见图7所示)提供大气压力到该传感-控制器中。在这同时，大气压力从大气压力管道56通过大气压力管52被传递到压力差启动的阀门40的下部壳体的腔室中，该大气压力管52与56在连接点55处相接上。
该传感-控制器45通过一个阀间连接部62与压力差启动阀门40相连通，该连接部62被配置在与阀40的上端41和组件45(见图7)的连接部口65处并压力连通。
EAAC模件17是设计来打开控制阀40的，以便在预先规定时间长度的一个空气运送周期内让大气进入，用来阻止在污水运送管道15内的积水状况的突然发生或纠正已经存在的这种积水状况。要达到这个目的的最简单的方式是在关键地点的管线15中用一个连接管47(如图4所示)，将一个或更多个空气阀46与一个EAAC模件17相偶联。这些空气阀46是独立于那些污水控制阀40的，后者位于每个储存箱12(如图3所示)的紧接的下游处，而前者都有着同样的机械结构和在同样的方式下操作。
该压差启动的空气阀46的结构及其与污水控制阀40和阀间连接件62的相互作用的功能的详细说明可见于本申请人的美国专利号4，171，853和美国专利申请号366，585中。最基本的是，空气阀46有一个Y形体管道70，还有一个阀壳71和一个内阀座73(见图4)。阀壳71由一个下部壳腔75和一个上部壳腔77构成，并用膜片80加以分隔开。柱塞部件82的一端与内阀座73相匹配以提供一个空气和防水密封。柱塞部件82装在活塞杆85上并能在阀壳71内作纵向移动。活塞杆85的另一端装到活塞帽87上。弹簧90被定位于活塞帽87与上部壳腔77的顶侧之间以向柱塞部件82施加助力使之与内阀座73紧密接触。
在备用位置时，以其柱塞部件82密封住内阀座73(即“关闭”位置)，其时该上部壳腔77处于大气压力下。同时，处于大气压力下的空气在所有时候都进入管道70以充填阀壳71和下面壳腔75。可是，当真空或低于大气压的压力通过阀间连接件62进入上部壳腔77时，在下部壳腔75中的大气压力使得膜片80对着上部壳腔77的顶侧41折移向上。这个动作随之将活塞帽87带着活塞杆85克服弹簧90的弹力而移动导致了柱塞部件82从内阀座73处移开。这样，该阀门就“打开了”。一旦大气压力回到上部壳腔77中，上述程序颠倒过来而阀门就关闭了。这样，打开空气控制阀46的关键是将真空或负压引到上部壳腔77中。
图4还以最简单的方式示出了一个EAAC模件17的示意图。一个三通，二位，弹簧回原的电操纵阀(“电磁阀”)100被用来输送空气到空气阀46的阀间连接件62和上部壳腔77中，这是利用压力输送管线102来进行的。在此同时，电磁阀100利用大气压力源104接受在大气压力下的空气，并利用真空管线106接受真空或者负压。真空或者负压的源头107可以是一个真空泵或在管线15内的真空或者负压本身，两者之一均可。
尽管不同型式和牌子的电磁阀都可用于本发明，但申请人使用了一个特殊的电磁阀，型号为B15DK1040，由霍尼韦尔的斯金纳阀门分部(SKinner Valve Division of Honeywell)制造。接通电源112后，在电磁阀100中的磁力线圈通电并作出反应，利用它与机械零件的相互作用，使得真空或者负压被引入到上部壳腔77，从而空气阀46被打开。相反地，对电磁阀100终止通入电流，将使得大气压力被输送到上部壳腔77中，从而关闭空气阀46。
可是，如果没有一个装置来中断电流通向电磁阀100，则空气阀46将总是处于“打开”的位置，不断地向管线15供入大气压力下的空气。这将使管线15中压力差的形成受到阻碍，并阻止在一个污水运送周期中(见图3所示)从储存箱12来的通过控制阀40的污水的快速运送。因此，一个定时器120被插入到电路中的电源112和电磁阀100之间。所用的有代表性的定时器包括由伊利诺伊州西芝加哥的国家控制器公司(National Controls Corporation of West Chicago，Illinois)出售的那些。这样一个定时器提供了在一个预先规定的时间内中断电流的电路。该定时器可以具有用于调节这个不起作用的时间的装置。所以，只有当定时器120起了作用以接通电路时，电磁阀100才能通电。由此可见，空气阀46将周期性地将在大气压力下的空气间断地引进管线15以防止积水。
本发明另一最佳实施例示于图5中。它不是通过调节定时器的作用时间来对空气阀46产生一个足够长的空气运送周期以防止在管线中的压力差降落到或低于一个预先规定的水平，例如12英寸水银柱，而是将一个压力启动，双向移动，单掷式的电气开关(“压力开关”)130放进EAAC模件17的电路中位于电源112和即时-定时器120之间。所用的有代表性的压力开关是开关单元PB30A和传感器单元RV34A32的联合体，两者均由新译西州的弗洛哈姆花园的自动开关公司(Automatic Switch Co.of Florham Park，New Jersey)出售的。真空管线132从管道47中的一个点上向压力开关130提供真空或负压的稳定的空气流，所述管道47是连接着空气阀46和管线15的。一个缓冲器134可被插入真空管线132中以防止可能已流进管道47中的任何污水转移进压力开关130中去。当传送到压力开关130的真空压力状况跌落到或低于12英寸水银柱的时候，它就被启动，从而允许电流从电源112处流到定时器。
可是，每次空气阀46周期性地运转时，在大气压力下的空气(标定为0英寸水银柱)破坏了紧靠该阀门下游处已经存在于管道47中的真空压力状况。这样，在这一点的压力差暂时降低到0英寸银柱，直到柱塞部件82密封住空气阀46以终止空气运送周期，而在污水运送系统34中的真空压力源能够将管道47中的压力恢复到真空状态(因而也恢复了压力差)。由于这个压力差的突然丧失，压力开关130将在每次空气阀46的周期运转中动作，接着，将使得EAAC模件17再次将空气阀投入运转周期以允许更多的大气进入管线15，即使该管线并没有积水，或者甚至还未接近于要积水。由此可以领会，这样一种设施的安排将使得空气阀46产生长期的周期性运转，这将不仅在阀门和EAAC模件17的零件上形成过分的磨损，而且也将阻止在管线15中的真空度的恢复，以致当污水控制阀40对在储存箱22中的积聚的污水作出反应而作周期性运转时，那里将缺乏是足够的压力差来运送污水到污水收集站36。这本身又将助长在管线15中的积水，这种结果恰恰是本发明寻求防止的。
因此，一个延迟-定时器125被插入到EAAC模件17的电路中，位于压力开关130和即时-定时器120之间。延迟-定时器125和即时-定时器120联合成为时间延迟继电器，例如型号CKK，由伊利诺伊州，西芝加哥的国家控制器公司出售的。延迟-定时器125改善了空气阀46作长期的周期性运转的问题，当它被接上电压时，就被转换到“关闭”位置，从而开始了一个延迟周期。在预先选择好的延迟时间的末期，该延迟-定时器125变成“接通”位置，而将电压输送到即时-定时器120上。如果此时压力开关130仍旧判断为在管道47中的压力差是不足的，则即时-定时器120将转换到“接通”位置(开始了一个定时周期)，并将电流输到电磁阀100，从而使得真空或负压被传递到空气阀46的上部壳腔77中，而空气阀46则打开以让大气压力进入到管线15中。
在即时-定时器120的预先规定的定时周期的末期，它将转换到“关闭”位置，不再去令电磁阀100动作，而程序将颠倒过来以关闭空气阀46。同时，延迟-定时器125再次动作以提供一个延迟时期，以允许紧靠空气阀46下游处的管道47中的真空或负压得以恢复。延迟-定时器125和即时-定时器120两者都有控制旋钮以使每个单元的动作时间得以独立地加以调节。
尽管用于已说明的目的这样一种用途中已选择好一个预先规定的压力差压力值为12英寸水银柱，人们将会理解压力开关130可以调整到监测别的预先选择好的压力差水平。再者，如图4和5所指出的，电源112在110伏下输送电流。可是，这将要求阀井中的电源线的设置要能提供这种电压值以用于撑作该EAAC单元。因此，在EAAC单元中的零件可更换成可被12伏的电压所操作而具有同样功能，这样可用一个放在阀井中的简单的12伏电池来操作该EAAC单元。
图6说明了EAAC模件17的各种部件的内部关系以及空气阀46以时间为函数的动作。在t1时，在管线15中的压力差是足够的，大气压力被输送到空气阀46中以使之保持关闭状态，而压力开关130，延迟-定时器125和即时-定时器120都是不起作用的(“关闭”)。在t2时，压力差状况变得不足，压力开关130动作，而延迟-定时器125也动作起来以开始延迟周期。在t3时，延迟-定时器125不再起作用，但压力状况仍旧不足，而即时-定时器120启动以动作电磁阀100。其时，真空或负压被输送到空气阀46并将之打开。在t4时，即时-定时器120和电磁阀100不再起作用，而大气压再一次被输送进空气阀46并将之关闭。在此同时，延迟-定时器125再一次动作。延迟周期结束于t5，在这一点上，在管线15内的压力状况是足以避免积水的。在t6时，压力差不足，上述程序重新开始。
图7示出了本发明还有的另一个最佳实施例。如在图3中已揭示的，一个控制组件45调节着污水控制阀40的操作周期。本申请人的美国专利号4，373，838详细公开了该控制组件的结构和操作情况。主要的是，该组件具有气密腔室140，142，144，146，148和150。真空管线54，缓冲器57，以及真空进口50确保腔室148始终维持在紧靠控制阀40下游的在管线15中的真空或负压状况。空气吸入口53，大气压管道56，大气进口59，以及管道152确保腔室150和142始终处在大气压力下。其时，连接管154使得腔室144和146达到存在于腔室148中的同样的真空或负压状况。而最后，探测管13，压力传感管48，以及压力传感进口51传递在储存箱12中的压力状况(当污水液位增高时压力随之增加)到腔室140中去。
在备用位置时，阀间连接件进口65和阀间连接件62输送大气压力到污水控制阀40的上部壳腔77中去。可是，当在腔室140中的压力升高达到某个水平时，在各个腔室之间连通的压力将从大气进口59输送到阀间连接件62的大气压力关掉，并代之以从腔室148处输送真空或负压到腔室150、阀间连接件62，以及上部壳腔77中去以使污水控制阀40被打开。这个程序的相反作用将使得该阀门关闭起来。这样，如在本发明的图4和5中的那些实施例那样，控制组件45分别输入真空或负压和大气压力的空气而开启或关闭该阀门。
图7中的本发明的实施例将EAAC模件17连接到该控制器45上，以代替本发明的示于图4和5的实施例中直接连接到该阀门上。这就提高了效率和降低了费用，因为它消除了需要由专门的空气控制阀46来允许大气进入管线15。污水控制阀40是必定要使用的以让污水进入管道输送线，所以当需要在管线15中避免积水时，这个阀可以起到允许大气进入的第二个作用。
该EAAC模件17以直接连接到该阀门去时同样的方式来构成和操作，只有一个重要的例外该大气和真空或负压输送管线104和106与电磁阀100的连接方式被颠倒过来。在这个方式下，与图4和5中的双通位置电磁阀100的每个相应的位置相比较，从电磁阀出来的并输送到图7中的控制组件45的腔室144中空气的压力特性正好相反。所以，当真空或负压通过输送管线102和连接管154被运送到控制器组件45的腔室144中时，该控制器是处于它的备用状态，它转而输送大气压到污水控制阀40中以将之关闭。但是当大气压力通过压力输送管线102和连接管154运送到腔室144中时，在控制器组件45的各个腔室之间的压力连通状况将使之传送真空或负压到污水控制阀40的上部壳腔77中以使之打开。如同在图4和5中的本发明实施例的情况，当即时-定时器单元120被EAAC模件17所动作时，它的定时周期将决定污水控制阀40的空气运送周期，因此也就决定了有多少在大气压力下的空气能够进入管线15以阻止或解决任何积水。也如同图4和5中本发明的实施例那样，延迟-定时器125和即时-定时器120可以装上控制旋钮以改变它们的动作周期的持续时间。这将不仅决定污水控制阀40的空气运送周期的持续时间，而且也将决定由延迟-定时器125所导致的延迟的持续时间，这种延迟是在污水控制阀40动作周期之前和之后发生的以证实置于压力开关130监视之下的管线15中的不足的压力差并不是一种暂时的现象。
请注意本发明的这个实施例中将EAAC单元17连接到控制器组件45上，以代替直接连接到控制阀上，这样就能用一个没有压力开关130和延迟-定时器125的EAAC模件(如图4所示的)，只是该即时-定时器120动作时每次使得该控制阀作周期性操作，以在一般情况下来确保积水不会发生或在其发生后加以消除。
图8示出了如图7的本发明实施例中，以时间为函数的各种部件的功能。将图8和图6相比较将显示出图7和图5的发明之间的不同功能。
现在让我们从进气电控制器和与之配合的真空阀的说明回复到本发明的真空污水运送系统来。图9说明了一个污水收集站160(在图3中只简单地示为“框框”36)用于接收从若干个真空管道162来的污水。用于接收从那些真空管道162来的污水的真空收集箱164可由例如钢制焊接件或玻璃纤维来制造。真空储存器166用作收集箱164和主要的真空管道162的真空或负压的来源，该真空储存器166与收集箱164用一个真空连接管168来连通。在该污水真空收集箱164中装有污水高度探头170用于提供在该收集箱164中的污水深度的信息到控制和报警线路172中去，并由适当的连接装置(未示出)来加以连接。控制和报警线路172输出信号(未示出)以在所需时对各种系统部件提供适当的控制信号。真空泵174由适当地控制着的电动机176来驱动，并在真空开关178和逆止阀179的帮助下在真空储存器166中维持着16至20英寸(约406至508毫米)水银柱之间的真空状态。真空泵174可为例如已知的水环式或滑片式。排出泵180与高度控制控头170以及控制和报警线路172相连接，并被启动起来以排空真空收集箱164内装的东西进入到一个加压的污水管线182中，该管线182将污水喂入一个适当的净化站。在收集箱164中的污水液位经常维持在真空管道162的端头163的高度之下。这就提供了从储存器166到管道162的在所有时间内的无阻碍的真空或负压的连通。排出泵180可以是例如立式的，外露叶片转子的，无堵塞的型式，该泵具有机械的轴封和增压油润滑装置。逆止阀184被安置在排出泵的出口和加压的污水管线182处。适当的隔离阀被配置在如示意图中所示的收集站160处。报警线路和指示器包括在线路172内作为其构成部分。真空记录器186和真空表187被配置来监视真空度。一个玻璃观察188也被配置来判断在真空收集箱内的污水液位。
尽管本发明的具体的实施例已如上述，但这不能理解为本发明已被局限于此，因为可以作出许多变型。例如，可以不用电来作为在系统中的各种部件之间的操作连通的手段，而用流体来操纵进气控制而得到同样理想的结果。此外，尽管本申请只限于讨论本发明的最佳实施例，即，在压力差下的污水运送，“污水”这个词从其广义上说可被解释为包括任何废液。例如，该真空运送系统和EAAC模件联合起来可用来运送用过的收集在一个储存器内的切削油。因此，本发明被预期由本申请来覆盖任何和所有的诸如此类的变型，只要这些变型是可以归入这里已经公开的和权利要求中的基本原则的真正的精神和范围之中。
权利要求
1.一种具有进气电控器以增高扬程的真空污水系统，是一种用于从一个给定空气压力的源头运送废液的改进的真空系统，其特征在于，它具有一个用于自动地调节一个控制阀启闭的进气控制器，该控制阀被连接到一个真空运送管道以让大气进入该管道，包括a.真空收集装置用于接收废液并具有一个低于所述源头的压力；b.一个控制阀用于射出所述废液，该控制阀具有一个与废液源头偶联的进口以及具有一个用于射出所述废液和空气的出口；c.管道装置与所述真空收集装置相偶联，以及与所述控制阀的出口相偶联，所说的管道装置至少有一个上升部，一个低点，以及一个下坡部，并被敷设为锯齿形状，位于所述收集装置和射出装置出口之间，以致当没有流体流动时，废液可以汇集在低点，并在一段时间内所说的管道装置内有一个最小的间断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的真空或负压降，这样就使得那里有着超出足够的真空度或负压度可用来操作所说的控制阀；d.一个进气控制器，包括i.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状态；ii.一个真空或负压源；iii.一个大气压力源；iv.与所说的定时器单元在操作时相连通的装置，用于将所述那些压力状态之一与所述控制阀建立起连通关系，对之作出的反应是，要末开启，要末关闭该阀以开始或者终止一个在所说的运送管道内的空气运送周期，当所说的时器单元是在一种状态时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元是在另一种状态时，大气压力被传递过去；v.一个壳体用于容纳该进气控制器的组成部份。
2.根据权利要求1的真空系统，其特征是，所说的用于建立压力连通关系的装置是一个电磁阀。
3.根据权利要求1的真空系统，其特征是，当在所说的控制阀的下游处的所说的运送管中的压力差达到或低于一个预先选择的水平时，真空或负压被输送到所说的控制阀中去。
4.根据权利要求3的真空系统，其特征是，预先选择的压力差水平为12英寸(305毫米)水银柱。
5.根据权利要求1的真空系统，其特征是，所说的定时器具有用于调整所说的空气运送周期持续时间的控制装置。
6.根据权利要求1的真空系统，其特征是，所说的废液源包括一个重力自流喂给的储存箱。
7.根据权利要求6的真空系统，其特征是，在所说的储存箱中的废液是暴露于大气压的，而所说的真空收集装置则保持在真空或低于大气压的压力的。
8.根据权利要求1的真空系统，其特征是，所说的废液是污水。
9.一种具有进气电控器以增高扬程的真空污水系统，是一种用于从一个给定空气压力的源头运送废液的改进的真空系统，其特征在于，它具有一个用于自动地调节一个控制阀启闭的进气控制器，该控制阀被连接到一个真空运送管道以让大气进入该管道，包括a.真空收集装置用于接收废液并具有一个低于所述源头的压力;b.一个控制阀用于射出所述废液，该控制阀具有一个与废液源头偶联的进口以及具有一个用于射出所述废液和空气的出口;c.管道装置与所述真空收集装置相偶联，以及与所述控制阀的出口相偶联，所说的管道装置至少有一个上升部，一个低点，以及一个下坡部，并被敷设为锯齿形状，位于所述收集装置和射出装置出口之间，以致当没有流体流动时，废液可以汇集在低点，并在一段时间内所说的管道装置内有一个最小的间断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的真空或负压降，这样就使得那里有着超过足够的真空度或负压度可用来操作所说的控制阀;d.一个进气控制器，包括ⅰ.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状态;ⅱ.一个延迟-定时器模件，与所说的定时器单元在操作时连通在一起，该延迟一定时器动作和停止动作来使一个延迟周期开始或终止，所说的定时器单元的动作用于开始所说的控制阀的空气运送周期，而这仅仅是在如果所说的延迟周期终止后，在所说的真空运送管道中的压力差达到或低于一个预先选择的水平时是这样，而在所说的空气运送周期终止后，另一个延迟周期则由所说的延迟-定时器模件所促成;ⅲ.用于测定所说的控制阀下游的所说的真空废液运送管道中的压力差的装置，当其时所说的压力差达到或低于所说的预先选择的水平时，该压力测定装置就动作所说的延迟-定时器模件;ⅳ.一个真空或负压的源头;ⅴ.一个大气压力源头;ⅵ.与所说的定时器单元在操作时相连通的装置，用于将所述那些压力状态之一与所述控制阀建立起连通关系，对此作出的反应是，要末开启，要末关阀该阀以开始或终止一个在所说的运送管道内的空气运送周期，当所说的定时器单元是在一种状态时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元是在另一种状态时，大气压力被传递过去;ⅶ.一个壳体用于容纳该进气控制器的组成部份。
10.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的压力测定装置是一个压力开关。
11.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的用于建立压力连通关系的装置是一个电磁阀。
12.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的延迟-定时器模件具有控制装置用于调整延迟周期的持续时间。
13.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的定时器具有控制装置用于调整所说的空气运送周期的持续时间。
14.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的预先选择的压力差水平是12英寸(305毫米)水银柱。
15.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的压力传送装置被连接到一个压力差操作设备上，后者转而连接到所说的控制阀上，依靠这样的装置当所说的定时器单元被动作时，大气压力被传送到所述操作设备上，该操作设备输送真空或负压到所述控制阀上以开始一空气运送周期;而当所说的定时器单元停止其动作时，真空或负压被传送到所述操作设备上，该操作设备则输送大气压到所述控制阀以终止所述空气运送周期。
16.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的废液源包括一个重力自流喂给的储存箱。
17.根据权利要求16的真空系统，其特征是，在所说的储存箱中的废液是暴露于大气压下的，而所说的真空收集装置则保持在真空或低于大气压的压力下。
18.根据权利要求9的真空系统，其特征是，所说的废液是污水。
19.一种具有进气控制器以增高扬程的真空污水系统，是一种用于运送一个间断射出的污水物质的系统，包括一个进气控制器用于自动地调节一个控制阀的启闭，该控制阀被连接到一个真空运送管道中以让大气进入该管道，包括a.至少一重力自流喂给污水管;b.一个收集箱用于储存污水，由重力自流喂给污水管喂给污水，所说的污水是暴露于大气压力的;c.一个间断操作的污水射出阀具有一个进口和一个出口，所说的出口与所述收集箱相偶联;d.一个真空压力源;e.一个具有进口的真空收集箱，从真空压力源来的真空压力施加于该真空收集箱内;f.一个管道部偶联在所述污水射出阀出口和所述收集箱之间用于以空心圆柱体的形式运送污水，所说的管道装置被敷设成锯齿形状，具有至少一个上升部，一个低点，和一个下坡部以致当没有射出的污水物质要在其中运送时，所说的低点汇集着污水，并在一段时间的所说的管道装置内有一个最小的间断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的真空或负压降，这样就使得那里有着超过足够的真空度或负压度可用来操作所说的控制阀。g.一个进气控制器，包括ⅰ.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状态，还有控制装置用于调整一个空气运送周期的持续时间;ⅱ.一个延迟-定时器模件，与所说的定时器单元在操作时连通在一起，该延迟-定时器动作或停止动作来使一个延迟周期开始或终止，所说的定时器单元动作来开始所说的控制阀的空气运送周期，而这仅仅是在如果所说的延迟周期终止后，在所说的真空运送管道中的压力差达到或低于一个预先选择的水平时是这样，而在所说的空气运送周期终止后，另一个延迟周期则由所说的延迟-定时器模件所促成;而所说的延迟-定时器模件具有控制装置用于调整所述延迟周期的持续时间;ⅲ.一个压力开关用于测定所述控制阀下游处真空污水运送管道中存在的压力差，当此压力差达到或低于一个预先规定的水平时，所说的压力开关动作所说的延迟-定时器模件;ⅳ.一个真空或低于大气压力的压力源;ⅴ.一个大气压力源;ⅵ.一个电磁阀与所说的定时器单元在操作期间相连通，用于将所述那些压力状态之一与所述射出阀建立连通关系，对此作出的反应是，要末开启，要末关闭所述的阀以开始或终止一个在所说的运送管道内的空气运送周期，当所说的定时器单元是在一种状态时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元是在另一种状态时，大气压力被传递过去;ⅶ.一个壳体用于容纳所说的进气控制器的组成部分。
20.根据权利要求19的真空污水系统，其特征是，所说的预先选择的压力差水平为12英寸(305毫米)水银柱。
21.根据权利要求1，9或19的真空污水系统，其特征是，位于所说的进气控制器的至少两个组成部分之间的相连通的操作装置是流体性的。
22.根据权利要求1，9或19的真空污水系统，其特征是，位于所述的进气控制器的至少两个组成部分之间的相连通的操作装置是电气性的。
23.根据权利要求19的真空污水系统，其特征是，所说的电磁阀被连接到一个压力差操作设备上，后者转而连接到所说的射出阀上，依靠这样的装置当所说的定时器单元被动作时，大气压力被传送到所述操作设备上，该操作设备输送真空或负压到所述的射出阀上以开始一个空气运送周期;而当所说的定时器单元停止动作时，真空或负压被传送到所述操作设备上，该操作设备则输送大气压到所述射出阀以终止所述空气运送周期。
24.根据权利要求1，9或19的真空污水系统，其特征是，多个锯齿形的管道可用到所说的管道中去，这样就使得跨越所有上升部的压力损失的合计值相等于或超过可用于真空收集箱的最小的真空或负压值减去用来操作控制阀所需的压力头的合计值，跨越所有所述管道的上升部的总扬程相等于或超过13英尺(约4米)。
25.一种利用上述真空系统运送空气和废液并自动地调节一个控制阀的启闭以在大气压下射出空气进入一个容纳有所说废液的真空运送管道的改进的方法，它不取决于所积聚的废液液位如何，以避免积水状况，包括a.以锯齿形状敷设真空管道，该管道具有一个内孔和具有至少一个上升部，一个低点，和一个下坡部，以致当没有流体流动时，所说的低点容纳了废液而所说的下坡部和上升部则充满了空气，并在所说的管道中在一段时间内有一个最小的间断封闭时间以使得遍及所说的管道中有可能允许最小的真空或负压降，这样就使得那里有一个超过足够的真空度或负压度的压力可用于操作所说的控制阀;b.在所述管道的一端配置一个阀，打开该阀可让废液从一个废液源进入所述管道，该废液从所说的管道一端的阀形成一个中空圆柱形物质通过管道向着收集装置冲流过去;c.在废液已被允许入管道后，使所说的阀在一个预先规定的时间内保持在开启状态，以使有可能允许一定量的空气得以进入;d.监视在所述阀门下游处的真空运送管中的压力差水平;e.当真空压力跌落到低于一个预先选择的水平时，用一个压力开关动作一个延迟-定时器模件;f.一旦所说的延迟-定时器模件停止动作时，如果真空压力达到或低于预先规定的水平时，它就动作一个定时器模件;g.动作一个电磁阀，用以将真空或负压传送到所述阀门;h.一旦所说的定时器模件停止动作，它就将所述电磁阀停止动作，据此大气压力被传送到所述控制阀中;i.令所述延迟-定时器模件动作以促成另一个延迟周期。
26.根据权利要求25的运送空气和废液的方法，其特征是，在废液源处废液被施加以大气压力，而在收集装置处则提供了部分真空。
27.根据权利要求25的运送空气和废液的方法，其特征是，还包括调整所说的延迟-定时器模件动作周期的持续时间的步骤。
28.根据权利要求25的运送空气和废液的方法，其特征是，还包括调整所说的定时器模件动作周期的持续时间的步骤。
29.根据权利要求25的运送空气和废液的方法，其特征是，当真空压力达到或低于12英寸(305毫米)水银柱时，所说的压力开关动作所说的延迟-定时器模件。
30.根据权利要求25的运送空气和废液的方法，其特征是，所说的废液是污水。
全文摘要
一种改进的真空污水系统，由进气控制器、污水收集箱、真空控制阀、管道装置、定时器单元、真空源、大气压力源和壳体等组成。当真空控制阀在预定压力下打开时，污水被间断射进处于真空压力下的管道，该管道连接到收集箱。进气电控制器(“EAAC”)自动启闭一个连接到具有污水控制阀的上述管道的空气控制阀，以射入空气进入所述管道来施加额外的压力到管道中以输送其中的污水并避免积水状况。
文档编号G05D16/16GK1062183SQ9111071
公开日1992年6月24日 申请日期1991年11月19日 优先权日1990年11月19日
发明者约翰·M·格鲁姆斯, 马克·A·琼斯 申请人:伯顿机械承包公司