专利名称：用于检测建筑物排水和通风系统中密封缺陷的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测建筑物排水和通风系统内的密封缺陷，诸如 有缺陷的脱水器和其他密封失效缺陷的方法和设备。
背景技术：
安装在建筑物中的排水系统的目的是将废水从卫生设施诸如厕 所、洗脸盆、浴盆等引入通常位于建筑物地面以下的排水道中。在多 层建筑物中，排水系统具有至少一条贯穿每一楼层地板延伸的竖直竖 管和借助连接件从每一层的每个卫生设施将废水引入该竖直竖管的分 支管道。竖管和/或分支管道或者甚至每个具体的卫生设施可以设置有 空气准入阀或者其他适当的通风布置，和/或正气压衰减设备。
脱水器或者水密封件一般用在大多数卫生设施中。它们的目的是 避免排水道的恶臭空气释放到环境空间或居住空间。脱水器通常包括
u形或瓶子形的壳体， 一般连接到每个卫生设施，并且一定量的水可
以存在里面，从而将竖管和排水道密封隔开。冲水马桶在其基座内设 置有脱水器。
在特定的情况下，诸如负气压或正气压条件下，脱水器可能损坏， 这意味着没有足够的水保留在里面来确保排出管的密封性，并且允许 排水道的恶臭空气进入居住空间。这种失效可能形成病原体传播路径， 或者因过压而导致系统失效，导致污染居住环境。
因此，排水系统通风非常重要，以便防止系统中产生气压差，并
且在大多数系统中使用空气准入阀(AAV)。
空气准入岡(AAV)允许在操作卫生设施且水流过管道时，空气 通过单向空气阀进入排水系统。当一定体积的废水沿着竖直竖管下落 时，其夹杂气流，气流的必然存在产生了局部吸引压力或负压。该负压通过网络传播并且可能导致设施的脱水器密封件发生虹吸现象。为
了补偿这种负压，AAV的隔板暂时抬起并且允许环境空气进入排水系 统。压力波动的程度由废水排出流体量来确定。如果没有AAV的话， 过大的负气压可能从卫生设施的脱水器中虹吸水。
另一方面，如果排水道中的气压突然变得高于环境气压，则这种 正的暂态可能导致废水(和废气)被推入设施中，破快存水密封件， 导致可怕的卫生和健康事故。因此研制了正气压衰减设备，并且用来 降低这种污染威胁，特别是在高卑的多层建筑物中。
发明内容
本发明所要解决的问题在于定位或识别建筑物排水和通风系统中 可能存在的缺陷，特别是通常认为损失其水密封件的缺陷脱水器，或 者建筑物排水系统中的其他缺陷，诸如泄漏的接头或者配件或者阻碍 水和夹杂的空气自由通过的缺陷。
本发明的目的是提出 一种借助这些缺陷的暂态反射系数来检测和 识别建筑物排水和通风系统中的这种失效的方法和适当设备。实际上， 在与施加到精确系统布局上的反射比较时，这种失效或缺陷对于任何 到来的低幅值气压暂态具有不同的反射系数。
实际上，如果存在对于施加的暂态的"无缺陷，，系统响应数据库以 及精确的系统布局，则可以根据任何暂态的传播速度将恒定保持为空 气中的声速，因此利用在监控位置检测到的反射波之间产生时间差， 从而可以识别任何缺陷的位置。
根据本发明，所述设备包括连接到竖直竖管一部分的暂态发生器 和同样连接在竖管上的低压传感器，该低压传感器能检测周期性正/ 负低气压波反射并将其转化为电信号，发送给网络数据库。用来检测 建筑物排水和通风系统中的缺陷诸如泄漏的所述方法和设备配置有或 设置有如本发明实施方式所述的装置。
参照附图，以下将说明设置有本发明设备的装置的实施方式，仅
仅作为示例，其中
图l是多层建筑物中简单竖管排水系统的示意图2是多层建筑物中双竖管排水系统的示意图3是设置有能接收暂态发生器的内建配件的竖管部分的详细视
图4是与图3相同的视图，暂态发生器连接到配件； 图5是设置有三端口可旋转阀的配件的分解视图； 图6和7是暂态发生器的替代实施方式。
具体实施例方式
如图1所示， 一种多层建筑物的排水系统以简化方式示出，包括 竖直竖管排出管1，来自每一楼层的一系列排水管2连接在排出管上， 并且来自各楼层的排出源3可以泄流到其中。所述排出源可以是任何 卫生设备诸如抽水马桶、地面排水管、污水槽、淋浴器、浴盆等。
在每个排出源3和排水管2之间，管道一般包括U形脱水器4 (water trap )等。
来自排出源3的液体和/或液体/固体排出物通过其各自的脱水器4 输送到排水管2，然后通过竖直竖管1最终输送到排水道5中。
完整的系统借助空气准入阀9向周围大气通风，该阀一般设置在 竖管1的最上端，但是也可以包含在水密封件的壳体中。已经解释过， 排水系统应该优选还装备有正气压衰减设备(未示出)。
根据本发明，在适当位置给竖直竖管l设置至少一个配件6，该 配件设计成沿着排水竖管1插入的机械设备。配件6设置有连接件 21，位于竖管1内部空间和暂态发生器20输出区段之间，暂态发生器 如图4、 6和7所示，后面会详细说明。在每个配件6的附近，竖管1 还设置有低压传感器7，该传感器可以记录空气压力变化，诸如排水 网络的暂态响应，并连接到集成于建筑物内的中央数据获取系统。
图2表示更为复杂的排水系统，带有主竖管1和辅助竖管11。类似的排水管12从排出源13将废水/固体物排泄到竖管1和11内。辅 助竖管11借助连接管8连接到主竖管1。
在适当的位置，安装类似的配件6，用来连接暂态低压发生器20 和低压传感器7。
暂态低压发生器20 —般为机械设备，包括贴靠外容器或缸体密封 的移动表面，例如活塞23或风箱(bellow )，其移动表面借助能受控 往复动作的机电设备来操作。
如图4所示，发生器20借助配件6连接到竖管1,配件设置有连 接到发生器20的螺紋连接部21。发生器20 —般为包含内腔28和活 塞23的柱状主体，活塞能以足够高的速度和/或频率将包含在腔28内 的空气移动到竖管1的内部空间。
配件6在图3、 4、 6、 7中表示，在图5中表示地更为详细，包括 设计成沿着排水竖管1插入的机械设备，用来将连接装置21连接到发 生器20的输出。
如图5所示，这种配件才几构由能在配件6内旋转的三端口阀22 来实现。阀22设置有两个径向对置的孔24，与竖直竖管l的直径对 应，并且设置有一个横向开口 26，其位于连接装置21与发生器20连 接的位置。
阀22的旋转由任何外部机械或机电促动器来实现，该促动器抵抗 机械包含机构例如弹簧或配重来工作，而该机械包含机构在发生电力 故障的情况下将阀22返回如图3和5所示的防故障状态。促动器20 的行程限制了阀22的旋转，并且防止旋转角度大于约90°。
配件6能将发生器20的输出向上或向下导入排水竖管1。在完成 测试和检测过程之后，配件6必须返回到不中断排水竖管1垂直输送 的防故障状态。
阀22提供两种"闭合"配置，第一种是该阀逆时针旋转(图5中的 箭头A)，图4示出了这种情况，而第二种是阀22顺时针旋转(箭头 B，未示出)，闭合竖管的下侧。
在不安装发生器20的情况下或者检测过程完成的时候，使用锁止插头25(图3)，并将其适配发生器20的连接装置21，插入后将阀22 锁止到防故障状态。借助适当的插头25/阀22连接装置的适当螺紋直 径，锁止插头25可以仅在阀22处于防故障状态时才能插入，这意味 着孔24与竖管1的内径对准。
三端口配件6的总体尺度类似于目前的竖管尺寸。该配件截面为 柱状，具有对应于竖管直径的全通直径。如果竖管直径为150mm，则 配件的最可能总体尺寸介于225到250mm之间。该设备可以加衬套， 以允许与直径较小的竖管一起使用，这样做的优势在与只需要生产一 种尺寸的设备并且与内嵌衬套一起出售。
图6和7表示了发生器20的替代实施方式。根据图6，连接装置 21形状呈90。肘节形，而发生器20平行于竖管l定位，从而根据需要 节省空间。图7示出了发生器20的一种实施方式，其中活塞23作为 包含腔28的褶皱柱状膜27的一部分，在该腔中产生空气暂态 (transient),并将其通过连接装置21和配件6的三端口阀22向竖管 l下部引导，经过压力传感器7附近。
利用正压或负压暂态识别排水网络缺陷，要求常见于建筑物排水 和通风系统中的额外设备。引入这种暂态主要要求两个额外部件
_专用系统接头，诸如配件6和
_暂态低压发生器20。
两个部件可以包含在单一设备中，或者可以作为单独的设备存在。 如果它们包含在单一设备中，则该设备将安装在排水网络中的固定位 置。如果它们作为单独的设备存在，则该系统接头或配件6将安装在 固定位置，而暂态发生器将从复杂网络内的一个位置向另一个位置移 动，以1更于测试。
在任何情况下，压力暂态发生器20将通过允许系统/空气相互作 用的设备内的活塞、风扇、风箱、膜或其他移动表面的动作，或者通 过与存储的压力源相连接，而引入正的、负的或循环的正/负压力波。 空气暂态的产生在任何情况下都可重复和/或由正弦波振荡产生。
永久配件6和发生器20的设计将确保在设备的连接、操作或断开过程中，排水系统空气不会交叉污染居住空间或者向其中泄漏。存储 的压力源的设计，根据需要，将排除用完之后向其容器回流的可能性。
缺陷识别方法因此包括以下过程和设备
一需要具体的系统布局，根据建筑物设计图和具体调查结果来绘
制；
一将低幅值空气压力暂态引入建筑物排水和通风系统的装置，用 于将压力波传播到网络内。由策略性地布置在网络周围各个节点上的
大量压力传感器7记录无缺陷系统对于该暂态的响应。该响应将限定
该系统，并且作为基础，同一网络使用并出现缺陷后的响应将与之比 较。无缺陷数据库将存储起来用作将来的参照，作为识别方法的一部 分。
一暂态发生器20将小于脱水器密封深度的压力暂态传播到网络 内，该限制能确保所做测试并不损坏网络脱水器密封的完整性。这种 压力暂态发生器20将建立在能向本系统产生或能与本系统连接的能 力之上，以给出定时的压力脉冲。该压力发生器需要专用的系统配件 6，并且完全密封，以便不会因应用暂态而发生交叉污染。在正常使用 中，暂态识别存水密封件变千以及其他缺陷将在静止系统操作期间以 常规间隔激活，或者针对网络完整性的操作担忧而激活，可能因使用 者的不满而触发。
一对于施加的暂态的压力响应将与存储的系统响应的数据库比 较，并且压力响应偏差结果，由压力传感器7网络记录，用来识别缺 陷密封件的位置。
有关本发明方法的更为实际的信息在下面给出。
配件6内的三端口阀22顺时针或逆时针;旋转，在每一种情况下提 供了从发生器20内腔28，经过三端口阀22，进入分别位于配件6以 上或以下的排水网络的空气路径。
活塞23的迅速移动或者发生器20内腔28的体积变化产生压力暂 态，压力暂态从发生器20传遍选定的排水网络。其通行由位于连接件 6附近或连接件6部件附近的压力传感器7记录。压力暂态以空气中的声速，即大约320m/s的速度传遍该网络。该 压力暂态在每个管道终端处被反射。这些反射波又传回发生器20处的 暂态源，并为压力传感器7在配件6处记录压力对时间的信号做出贡 献。
每个管道终端具有特征反射系数。例如，封死端的反射系数为+1， 而向大气开口端的反射系数为一1。部分堵塞或泄漏的终端的反射系数 介于这两个极限之间。
如果发生器20在没有干枯脱水器缺陷或泄漏的完好网络中操作， 则压力传感器7记录一定时间期间内无缺陷的基线信号，该时间期间 较短且由网络总体长度和声速确定。该时间期间可能最大只有几秒钟。
如果系统出现缺陷，诸如存储器干枯，则压力传感器7将记录不 同的信号压力轨迹。偏差点就是反射波从发生变化的管道端部终端到 达传感器的时时间。将该缺陷轨迹与存储的无缺陷信号相比较，将得 出该时间，而且由于波速是已知的，则可以识别出现缺陷的脱水器的 距离。参照排水网络布局图，然后识别出发生缺陷的位置。
对于缺陷位置的额外测试将在建筑物使用期间为每一层楼的无缺 陷位置和受控缺陷位置产生一组综合信号轨迹。后续缺陷系统信号与 该数据集的数值比较，也能识别缺陷脱水器的位置。
除了识别干枯的脱水器，现在似乎还能识别局部闭合的管道终端， 这可能暗示识别出发生缺陷的AAV，如果该AAV存在的话。
根据本发明，接受测试的网络本身用作测试暂态的传播导体，所 以不需要其他网络管路或配件。该设备主要包括以下元件
—利用流体/结构相互作用产生暂态的暂态发生器20;
—三端口阀22，位于配件6内，允许发生器20产生的暂态在排 水系统竖直竖管1内向任一方向传播；
—三端口套管和竖管连接件或配件6，与现有的竖管部件相容；
和
—低压传感器7，位于配件6附近并连接到中央数据获取系统， 该中央数据系统获取系统尽可能集成到建筑物内。在空气暂态发生器20设置有活塞23,且活塞遵循正弦波振荡移 动而非脉冲时，应该可以提供一种非侵略性的设备，这意味着不需要 强制措施来隔离或关闭排水竖管的一部分以便检测缺陷脱水器。
本申请的说明书和附图仅仅作为该设备和方法如何工作的示例， 然而在不脱离附带的权利要求书所述的特征的情况下，其他任何同等 装置也是可行的。
权利要求
1.一种用于检测建筑物排水和通风系统内的密封缺陷的方法，该排水和通风系统包括至少一条主竖直竖管(1)，来自每一楼层用于排泄卫生设施排出口的一系列排水管(2)连接至该主竖直竖管，所述排出口大致设置有脱水器(4)，并且该排水系统最终设置有空气准入阀或者其他适当的通风装置以及正气压衰减设备，所述方法的特征在于以下步骤-将低幅值气压暂态引入所述建筑物的排水和通风系统，以便将压力波传播到排水系统的网络中；-借助位于该暂态引入区域附近的气压传感器记录所述暂态的通行；-记录来自排水系统网络的每条排水管(2)的所述暂态的连续压力反射；-建立通过压力传感器记录的压力对时间的信号，并将这些信号发送给中央数据获取系统。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述压力暂态以声速 传遍所述网络，并且被该网络中的每一条管道终端反射，从而建立每 条管道终端的特征反射系数。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，最初在没有干枯脱水 器缺陷或泄漏的完好网络中实施所述方法，以便压力传感器在给定的 时间期间内记录无基线缺陷的信号，该时间期间由网络总体长度和进 入排水系统的空气压力暂态的声速来确定。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在后续测试操作中， 将无基线缺陷的信号与实际情况比较，并且在记录了不同压力轨迹信 号的情况下，来自发生变化的管道端部终端的反射到达空气压力传感 器的时间将被确定为偏转点，以便该缺陷轨迹与所存储的无缺陷信号 的比较能产生该时间，并且由于波速已知，所以能够确定从压力传感 器到缺陷脱水器或密封件的距离。
5. —种用于在建筑物排水和通风系统中如执行权利要求1所述的 方法的设备，所述排水和通风系统包括至少一条竖直排出管道或竖管 (1)，来自每一楼层的排水管(2)网络连接到该竖管，且卫生设施或 排出源(3)可以向该竖管中排泄，所述设备包括至少一个连接到该竖 管(1)的空气暂态发生器(20)以及至少一个位于该发生器(20)附 近的压力传感器(7)，所述压力传感器能记录来自排水网络的暂态响 应。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述空气暂态发生器 (20)借助配件(6)连接到所述竖管(1)，所述配件设计成沿着该竖 管插入并在所述发生器(20)的输出端和所述竖管(10)的内部空间 之间提供连接装置(21)。
7. 如权利要求5和6所述的设备，其特征在于，所述配件(6) 包括三端口阀(22)，该三端口阀设置有两个径向相对的孔(24)， 这两个孔与所述竖直竖管(1)的直径对应；以及一个横向开口 (26), 所述横向开口位于连接装置(21)与所述空气暂态发生器(20)连接 的位置。
8. 如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述三端口阀(22) 在所述配件(6)内顺时针或逆时针转动，提供从所述发生器(20)的 内腔(28)经过所述三端口阀(22)进入所述竖管(1)内部空间的空 气路径，并且所述排水网络分别位于所述配件(6)上方或下方。
9. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述压力传感器(7) 是低气压传感器，该低气压传感器能够记录空气暂态在所述竖管(1) 中的通行和从该排水网络的每条排水管(2、 12)接收到的后续反射， 并且能借助电信号将这些信息传递到中央数据获取系统。
10. 如权利要求5和7所述的设备，其特征在于，所述配件(6) 设置有在测试或检测过程完成之后保证三端口阀(22)返回防故障位 置的装置，这意味着在完成测试过程之后，所述孔(24)自动返回到 与所述竖管(1)的内径对准。
11. 如权利要求5和6所述的设备，其特征在于，当取下所述暂态发生器(20)时，由锁止插头(25)闭合所述配件(6)的连接装置 (21)，所述锁止插头(25)确保所述三端口阀(22)处于所述防故障 位置。
12. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述空气暂态发生 器(20)包括带有内腔(28)的柱状主体，该内腔中的空气能够借助 产生空气暂态的活塞(23)发生位移，该空气暂态将经由所述连接装 置(21)被导向所述竖管(1)的内部空间以及选定的排水网络区段。
13. 如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述产生空气暂态 的活塞(23)根据正弦波振荡来移动。
全文摘要
一种用于检测建筑物排水和通风系统中的密封缺陷的方法，所述方法包括以下步骤将低幅值气压暂态引入所述建筑物的排水和通风系统，以便将压力波从配件(6)传播到竖管(1)以及排水系统的网络中；借助位于所述配件(6)附近或该暂态引入区域附近的气压传感器(7)记录所述暂态的通行；记录所述暂态从排水系统网络的每条排水管(2)来的连续压力反射；建立由压力传感器(7)记录的压力对时间的信号，并将这些信号发送给中央数据获取系统；所述压力暂态以声速传遍所述网络，并且被该网络中的每一条管道反射，从而建立每条管道终端的特征反射系数；所述特征反射系数与首先在无干枯脱水器缺陷或泄漏的完好网络中实施的测试结果比较，并且在记录了不同压力轨迹信号的情况下，来自发生变化的管道端部终端的反射到达空气压力传感器的时间将被确定为偏转点，以便该缺陷轨迹与存储的无缺陷信号的比较能产生该时间，并且由于波速已知，所以可以确定从压力传感器到缺陷脱水器或密封件的距离。
文档编号E03C1/122GK101553630SQ200780039149
公开日2009年10月7日 申请日期2007年9月12日 优先权日2006年9月15日
发明者D·坎普贝尔, J·斯沃菲尔德, L·杰克, M·戈姆利 申请人:赫瑞瓦特大学