专利名称：真空站及其运行方法
技术领域：
本发明涉及用于存放来自真空污水管的污水并随后将污水输送到污水处理厂或类似地方的真空站，以及运行这种真空站的方法。
背景技术：
迄今为止，已知一种真空污水处理系统，它包括具有收集箱的真空站，并且通过真空站内的泵将存放在收集箱中的污水输送到污水处理厂或类似地方。真空站是这样一种设备，其中，形成用作收集污水的驱动力的真空，并且暂时存放所收集的污水并随后输送到污水处理厂、污水中间泵站或重力污水总管。真空站包括用于产生真空的真空产生装置、用于暂时存放所收集的污水的收集箱、用于从收集箱输送污水的污水泵、和控制这些装置的控制器。
做为真空站的一种形式，具有这样一种真空站，其中，包括收集箱、污水泵、真空泵和类似物的装置设置在独立的钢筋混凝土结构(第一层和第一底座)的第一底座上，包括控制器、给水箱、除臭装置和类似物的装置设置在独立的钢筋混凝土结构的第一层上。但是，这种类型的真空站导致污水泵被外来物堵塞的问题和高的设备成本问题。
另一方面，在一个小型真空污水处理系统(例如，预期用于大约300个居民)中，已知一种单元式真空站，它包括喷射器以代替真空泵、和安装在检修孔中的污水循环泵，因为这种设备结构简单，而且不需要用于真空站的位置。喷射器型真空站的优点是消除了对真空泵的需要、并且省略了污水泵，因为没有封闭结构的收集箱允许所收集的污水依靠重力从其排出，因此简化了设备结构。但是，喷射器可能被外来物堵塞，因为喷射器喷嘴只允许小直径的外来物从其通过，并且喷射器具有从-60kPa到-50kPa的低的极限压力和低的运行效率。
因此，在小型真空站中，需要这样一种真空站，它几乎不会在吸入和排出污水时被外来物堵塞、需要降低的设备成本、以及具有好的运行效率。
例如，在日本专利公开物No.2684526公开的真空污水处理系统中，使用了一个单一的罗茨型多级真空泵，并且自动控制这种真空泵的正常旋转和反向旋转，从而交替地将污水吸入收集箱和从收集箱中排出污水。在这种真空污水处理系统中，由于不使用污水泵就可以收集或者排出污水，几乎不会发生系统被外来物堵塞的情况，极限压力较高，并且运行效率也较高，因为采用了真空泵。
但是，在日本专利公开物No.2684526公开的真空污水处理系统中，由于只设置了单一的收集箱和单一的罗茨型多级真空泵，如果真空泵出现故障，就不能进行污水的收集和排出。由于真空污水处理系统服务于公众，确保安全以防止由于真空泵的故障而导致的整个系统失灵等是十分重要的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种真空站，其中，在吸入和排出污水时由外来物导致的堵塞不可能发生，设备成本降低，并且系统运行时的运行效率和稳定性提高。
本发明的另一目的是提供一种运行上述真空站的方法。
根据本发明第一方面，提供一种真空站，包括用于收集污水的收集箱；用于降低和增大所述收集箱内部的压力的多个真空泵；与所述收集箱连接的污水输入管；与所述收集箱连接的污水排出管；以及用于控制所述多个真空泵的控制器；其中，所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中，并且所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出。
根据本发明，通过运行真空泵以便沿着反向方向旋转，收集箱的内部压力增大，以将污水从收集箱排出，因而，可省略污水泵并且可避免由外来物导致的堵塞。而且，通过使用多个真空泵，可提高该装置运行的安全性。此外，由于在该系统中采用真空泵，极限压力较高并且运行效率也较高。
在本发明的优选方面，真空泵包括罗茨型真空泵。
罗茨型真空泵包括壳体和一对罗茨型转子，每个罗茨型转子具有多个叶片。当罗茨型转子旋转时，从入口抽吸到壳体中的气体被限制在罗茨型转子与壳体之间并向着出口输送。
在本发明的优选方面，其中具有控制器的配电盘和多个真空泵单元化(unitized)以形成整体式单元结构，并且收集箱安装在检修孔中以形成整体式单元结构。
根据本发明，由于配电盘和多个真空泵单元化以形成整体式单元结构，并且收集箱包括在检修孔中以形成整体式单元结构，设备结构被简化，并且与现有真空泵型真空站不同，不需要用于建筑的地方。
在本发明的优选方面，控制器具有运行速度控制装置，用于增大多个真空泵中的每个的运行速度。
根据本发明，由于诸如反向器的用于增大真空泵的运行速度的运行速度控制装置设置在控制器中，可以通过运行速度控制装置进行真空泵的速度增大操作。而且，通过使用PLC，可以建造小型控制板，并且可以改变真空泵的运行范围的设定，因此，该系统可以适合更宽范围的设计条件，并且该系统可以有效地运行。
根据本发明的第二方面，提供一种运行真空站的方法，所述真空站包括用于收集污水的收集箱；用于降低和增大所述收集箱内部的压力的多个真空泵；与所述收集箱连接的污水输入管；与所述收集箱连接的污水排出管；所述方法包括运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中；以及运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出。
根据本发明，可省略污水泵并且可避免由外来物导致的堵塞。而且，通过使用多个真空泵，可提高该装置运行的安全性。此外，由于在该系统中采用真空泵，极限压力较高并且运行效率也较高。
在本发明的优选方面，运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中的污水收集运行模式，和运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出的污水排出运行模式交替地进行。
在本发明的优选方面，真空泵包括罗茨型真空泵。
在本发明的优选方面，多个真空泵在污水收集运行模式中交替地运行。
根据本发明，由于将在污水收集运行模式中运行的真空泵可以交替转换，提高了设备运行的安全性。
在本发明的优选方面，在多个真空泵中的一个真空泵运行预定时间之后，当收集箱中的真空度没有达到预定值时，另一真空泵开始与多个真空泵中的所述一个真空泵同时运行。
根据本发明，多个真空泵中没有一个真空泵被过度使用，所有真空泵被均匀地使用，因而提高了设备运行的安全性。
在本发明的优选方面，当在污水收集运行模式与污水排出运行模式之间进行转换时，正在运行的真空泵运行，以便沿着与转换之前所述真空泵旋转的方向相反的方向旋转。
根据本发明，在模式转换时压力波动所需时间可被缩短。
本发明的上述和其它目的、特征和优点通过以下结合附图的描述将变得更加明显，附图通过示例显示了本发明的优选实施例。
图1是显示根据本发明一个实施例的真空站的整个结构的示意图；图2是显示真空站运行方式的示意图；图3是显示真空泵的运行范围、允许的压力损失、和可收集的人口的示例的图表；以及图4A和4B是显示采用设置在系统终端的真空阀单元100控制真空泵40-1和40-2的运行的方式的示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图详细描述根据本发明实施例的真空站。
图1是显示根据本发明一个实施例的真空站的整个结构的示意图。如图1所示，真空站包括安装在检修孔10中的收集箱20、安装在地面上的两个真空泵40-1和40-2、与真空泵40-1和40-2成套的配电盘50、以及用于对来自真空泵40-1和40-2的排气进行除臭的除臭装置60。
接着，将详细描述真空站的组成。
检修孔10是布置在地下的一个垂直建造的检修孔。收集箱20包括一个单一收集箱，污水输入管(真空污水管)23通过止回阀21连接到收集箱20，污水排出管27通过止回阀25连接到收集箱20。而且，用于检测检修孔10中的污水液面的液面传感器29安装到收集箱20上。包括单一收集箱的收集箱20被安装在检修孔10中，从而使收集箱20被单元化。另一方面，收集箱20与两个真空泵40-1和40-2通过供给和排出管31相互连接，两个真空泵40-1和40-2与除臭装置60通过供给和排出管33相互连接。两个真空泵40-1和40-2与这些供给和排出管31和33并联连接。一个闸阀(电机驱动的闸阀)34和一个压力传感器35在靠近真空泵40-1的位置安装到供给和排出管31上，一个闸阀(电机驱动的闸阀)34和一个压力传感器35在靠近真空泵40-2的位置安装到供给和排出管31上。而且，一个消音器41安装到与真空泵40-1连接的供给和排出管33上，并且一个消音器41安装到与真空泵40-2连接的供给和排出管33上。真空泵40-1和40-2包括罗茨型真空泵(罗茨型多级真空泵)，使得真空泵40-1和40-2可以正常旋转和反向旋转运行。
配电盘50包括具有用于控制真空站运行的控制器55的控制板，并且设置在机柜51的上部。两个真空泵40-1和40-2装在机柜51的下部，从而使配电盘50与真空泵40-1和40-2单元化以节省空间。为了使配电盘50与两个真空泵40-1和40-2成单元化结构，该结构不限定于使用机柜51的结构，而是可以进行不同的变换。例如，两个真空泵40-1和40-2可以安装在限定在配电盘(自支撑的配电盘)50下部的空间中，从而获得这种单元化的结构。
来自液面传感器29和压力传感器35的检测信号被输入到控制器55，并且根据检测信号来控制真空泵40-1和40-2以及各个阀的运行。而且，控制器55具有运行速度控制装置，例如，用于控制真空泵40-1和40-2的运行速度的反向器、PLC(可编程逻辑控制器)、和类似物。具体地，通过诸如反向器的运行速度控制装置控制两个真空泵40-1和40-2，以根据它们的运行条件获得相应的最佳旋转速度。例如，在施加到真空泵40-1或40-2上的负载较小的情况下，真空泵40-1或40-2的旋转速度增大(速度增大的运行)，并且在施加到真空泵40-1或40-2上的负载较大的情况下，真空泵40-1或40-2的旋转速度减小(速度减小的运行)。
除臭装置60连接到供给和排出管33的一端，在通过真空泵40-1和40-2抽真空时从收集箱20抽出的排气的臭味通过包括活性炭或类似物的除臭装置60被除去。除臭装置60允许气体在抽真空和吸气时从其通过。
接着，以下将详细描述控制真空站运行的方法。
图2是显示随着时间消逝真空站运行方式的示意图。在这种运行方法中，其中真空泵40-1和40-2沿着正常方向旋转以降低收集箱20内部的压力并将污水收集在收集箱20中的污水收集运行模式、与其中真空泵40-1和40-2沿着反向方向旋转以增大收集箱20内部的压力并将污水从收集箱20排出的污水排出运行模式交替地进行。以下将参照图1和2详细地描述这种运行方法。在这种运行控制中，真空泵40-1和40-2、以及闸阀34等根据如图1所示从不同传感器输入到控制器55中的检测信号来运行。
具体地，在污水收集运行模式中，当收集箱20中的真空度降低到预定值(例如，-60kPa)时，真空泵40-1和40-2中的一个开始运行。此后，当收集箱20中的真空度增大并达到预定值(例如，-70kPa)时，真空泵的运行停止。真空泵40-1的运行/停止以及真空泵40-2的运行和停止交替地进行。具体地，在图2中，首先，真空泵40-2运行(a部分)，然后真空泵40-1运行(b部分)，接着真空泵40-2运行(c部分)。这样，收集箱20中的真空度始终保持在-60kPa到-70kPa的范围内，污水从污水输入管23流入收集箱20并存放在收集箱20中。当真空泵40-1或真空泵40-2运行(包括正常旋转和反向旋转)时，与正在运行的真空泵对应的闸阀34打开。与没有运行的真空泵对应的闸阀34关闭。
在真空泵40-1或40-2开始运行后的一定时间周期(例如，30分钟)之后，如果收集箱20没有达到预定真空度(例如，-70kPa)，那么另一真空泵40-2或40-1同时运行，从而系统被控制以使收集箱达到预定真空度。
按照这种方式，污水收集运行模式继续进行，并且当收集箱20中的污水液面达到预定液面(H.W.L)，污水收集运行模式转换成其中真空泵40-1和40-2中的一个开始沿着反向方向旋转的污水排出运行模式。在图2所示的示例中，当收集箱20中的污水液面达到预定污水液面(H.W.L)时，一直沿着正常方向旋转的真空泵40-2开始沿着反向方向旋转。具体地，当真空泵40-2运行时，与真空泵40-2对应的闸阀34打开。因此，如果运行的真空泵40-2沿着反向方向旋转，真空泵40-2的反向旋转足以执行系统的功能，而不需要打开或关闭闸阀34。这样，由于可以节省打开或关闭闸阀34所需的时间，运行模式可以快速地转换。因此，当收集箱20中的污水液面达到预定污水液面(H.W.L)而处于真空泵40-1和40-2中的任何一个不运行的状态时，刚好在收集箱20中的污水液面达到预定污水液面(H.W.L)之前没有沿着正常方向旋转的真空泵40-1或40-2将运行，以便沿着反向旋转。
如上所述，当真空泵40-2运行以便沿着反向旋转时，收集箱20的内部迅速恢复到大气压力并随后被加压到正压力。当收集箱20内的正压力达到预定值时，收集箱20内的污水通过施加的正压力从污水排出管27排出。污水从收集箱20的排出在不使用污水泵的情况下进行，包括在污水中的外来物仅仅通过污水排出管27和止回阀25，因此不可能发生外来物的堵塞。
当由于排出污水而使收集箱20内的污水液面降低到预定污水液面(L.W.L)时，污水排出运行模式被转换到污水收集运行模式，并且一个真空泵开始沿着正常方向旋转。在图2的示例中，真空泵40-2开始沿着正常方向旋转。具体地，在这种情况下，如果已经沿着反向方向旋转的真空泵40-2转换到正常旋转(部分d)，闸阀34不需要以上述相同方式打开或关闭，因此，从正压力到负压力的转换可快速进行。因此，这种运行方法是合适的。此后，以上述相同方式，通过在污水收集运行模式和污水排出运行模式之间的转换可以使将污水收集在收集箱20中和将污水从收集箱20排出交替地进行。
另一方面，如图1所示，来自真空泵40-1或40-2的排气通过供给和排出管33通向除臭装置60并在除臭装置60中被除臭，然后排到大气中。在真空泵40-1和40-2包括罗茨型真空泵的情况下，在真空运行时排气具有高的温度，因而，供给和排出管33以及除臭装置60趋于具有高温。但是，如果除臭装置60包括活性炭，除臭装置60通常在大约40℃或更高温度时不具有除臭特性。因此，通常在真空泵40-1或40-2的排气侧设置冷却装置以降低排气温度，温度降低的排气流入到除臭装置中。但是，在这种真空站中，可沿着正常和反向方向旋转的真空泵用作真空泵40-1或40-2，并且气体在抽真空和吸气时流过除臭装置60。因此，在真空泵反向旋转(当污水从收集箱20排出)时，外部空气被允许通过除臭装置60以及供给和排出管33，以便产生冷却效应(获得环境温度)。因而，不需要冷却装置，从而降低了系统成本和减小了系统尺寸。
在这种真空站中，通过转换与包括单一收集箱的收集箱20连接的真空泵40-1或40-2的旋转方向，可以交替重复地进行“污水收集”和“污水排出”，因此，需要使用于污水排出的时间尽可能短并且准备污水收集。具体地，由于在污水排出时收集箱20中的压力变成大气压力，即，正压力，如果收集箱20中的压力尽快达到预定真空压力，用于污水排出的时间可缩短。因此，在该真空站中，如上所述，控制器55具有诸如反向器的运行速度控制装置，用于增大真空泵40-1和40-2的运行速度，从而可缩短用于污水排出的时间(具体地，图2中的时间t2，t3和t5)。在图2中，t1表示收集箱20中的压力从真空压力变化到大气压力的时间，t2表示收集箱20中的压力从大气压力变化到正压力的时间(正压力上升时间)，t3表示用于污水排出的时间。而且，t4表示收集箱20中的压力从正压力变化到大气压力的时间，t5表示收集箱20中的压力从大气压力变化到真空压力的时间(真空上升时间)，以及T表示真空泵的运行时间，即，t1、t2、t3、t4和t5的总和。
通常，真空泵的运行真空度在-60kPa到-70kPa之间。在这种真空站中，运行真空度的设定可以根据条件而变化。以下，将描述一些设定示例。
设定示例1(根据地形条件的设定示例)在预期用于三百个居民并且本发明可以适用的小型真空污水处理系统的结构图中，该系统安装在其中的区域内的房子位于不同的条件下。一些房子稀疏地位于宽广区域，另一些房子密集地位于小区域。为了适应位置灵活变化的条件，真空泵的运行真空度的设定可以变化并且可以根据该设定控制真空泵。真空泵的运行真空度的设定趋于如下地影响该系统的运行状态1.当真空泵的运行真空度较高时，空气流速较小。
2.当真空泵的运行真空度较高时，用于设计真空污水处理系统的管道的允许压力损失较大。
因此，按照本发明的控制，根据基于设计区域的可收集人口和真空污水管的损失的计算结果的位置条件设定将作为基础的运行范围。图3显示了可收集人口和允许压力损失根据真空泵的运行范围变化的方式。如该示例所示，如果运行范围内的真空度在房子稀疏的宽广区域设定为一个高的值，而在房子密集的小区域设定为一个低的值，该系统可以适合不同的地形条件。
设定示例2(根据污水量的设定示例)在一个小型计划中，由于产生的污水量的波动主要取决于时间区域，运行范围的设定根据时间区域而变化，从而获得该系统运行的经济性。具体地，控制真空泵的运行，使得真空泵的运行范围被改变以适合在早晨和傍晚污水量较大的时间区域以及在夜晚污水量较小的区域。例如，在污水量较大的时间区域(例如，6:00-10:00，18:00-22:00)，真空泵开始运行的真空度设定为一个高的值(例如，-60kPa)。在污水量较小的时间区域(例如，1:00-6:00，13:00-18:00)，真空泵开始运行的真空度设定为一个低的值(例如，-50kPa)。在其它时间区域(例如，10:00-13:00，22:00-1:00)，真空泵开始运行的真空度设定为一个中间值(例如，-55kPa)。
如上所述，用于真空泵40-1和40-2的开-关的运行控制通常通过收集箱20中的真空度进行。但是，在许多情况下，在一个小型真空污水处理系统中，到位于管线终端的真空阀单元的总的延伸管线较短。因此，如图4A和4B所示，根据本发明的小型真空站ST和位于管线终端的真空阀单元100通过空中信号线110(参见图4A)或地下信号线(参见图4B)相互连接，因此，可以通过设置在管线终端的真空阀单元100的压力(真空污水管23中的压力从压力传送器103传送)进行真空泵40-1和40-2的运行控制。根据本发明，采用控制器55的运行速度控制装置来控制真空泵的旋转速度，使得设置在管线终端的真空阀单元100的压力保持在真空阀101运行所需的真空度。在这种情况下，示例了下面两种控制方法。如果有包括真空污水管23的多个系统，设置在每个系统终端的真空阀单元100的压力将被检测并用于控制。
方法1根据终端真空阀单元100的压力的开始条件(例如，如果真空度是-25kPa或更小，真空泵40-1或40-2开始运行)基于收集箱20的压力被增加到控制模式。
方法2将终端真空阀单元100的压力设定在例如-25kPa到-35kPa的范围内，并且真空泵40-1或40-2运行或停止，使得压力保持在设定范围内。在运行过程中，终端真空阀单元100的压力与收集箱20的压力之间的压差用作一个参数，并且真空泵40-1或40-2运行，使得如果该压差增大，真空泵的旋转速度增大，如果该压差减小，真空泵的旋转速度减小。
在上述实施例中，对真空泵的数目没有限定，可以设置三个或更多个真空泵。
尽管已经详细描述了本发明的优选实施例，但应理解的是，在不脱离本发明权利要求范围的情况下，可对本发明进行不同的修改和变换。
权利要求
1.一种真空站，包括用于收集污水的收集箱；用于降低和增大所述收集箱内部的压力的多个真空泵；与所述收集箱连接的污水输入管；与所述收集箱连接的污水排出管；以及用于控制所述多个真空泵的控制器；其中，所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中，并且所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出。
2.如权利要求1所述的真空站，其特征在于，所述真空泵包括罗茨型真空泵。
3.如权利要求1所述的真空站，其特征在于，其中具有所述控制器的配电盘和所述多个真空泵单元化以形成整体式单元结构，并且所述收集箱安装在检修孔中以形成整体式单元结构。
4.如权利要求1所述的真空站，其特征在于，所述控制器具有运行速度控制装置，用于增大所述多个真空泵中的每个的运行速度。
5.一种运行真空站的方法所述真空站包括用于收集污水的收集箱；用于降低和增大所述收集箱内部的压力的多个真空泵；与所述收集箱连接的污水输入管；与所述收集箱连接的污水排出管；所述方法包括运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中；以及运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中的污水收集运行模式，和运行所述多个真空泵中的至少一个真空泵以在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出的污水排出运行模式交替地进行。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述真空泵包括罗茨型真空泵。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个真空泵在所述污水收集运行模式中交替地运行。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述多个真空泵中的一个真空泵运行预定时间之后，当所述收集箱中的真空度没有达到预定值时，另一真空泵开始与所述多个真空泵中的所述一个真空泵同时运行。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当在所述污水收集运行模式与所述污水排出运行模式之间进行转换时，正在运行的所述真空泵运行，以便沿着与所述转换之前所述真空泵旋转的方向相反的方向旋转。
全文摘要
一种真空站用于存放来自真空污水管的污水并随后将污水输送到污水处理厂等地方。真空站包括用于收集污水的收集箱；用于降低和增大所述收集箱内部的压力的多个真空泵；与所述收集箱连接的污水输入管；与所述收集箱连接的污水排出管；以及用于控制所述多个真空泵的控制器。所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵沿着正常方向旋转，使得所述收集箱的内部压力降低，以便通过所述污水输入管将污水收集到所述收集箱中，并且所述控制器控制所述多个真空泵中的至少一个真空泵在收集箱内的污水达到预定污水液面时沿着反向方向旋转，使得所述收集箱的内部压力增大，以便通过所述污水排出管将污水从所述收集箱排出。
文档编号E03F5/22GK1576474SQ20041005446
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月22日 优先权日2003年7月22日
发明者清水修, 池田圭介 申请人:株式会社荏原制作所