一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统的制作方法

本发明涉及应用于真空污水连续收集、临时储存和周期性输送系统的气动控制器技术领域，其中气动控制器用于与真空排污阀连接并控制真空排污阀工作，其具有通气、集水、排水及真空源稳压等功能，本发明则特别涉及一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统。

背景技术：

在真空生活污水收集、输送和处理技术领域中，真空污水连续收集、临时储存和周期性输送系统，即真空井，起着至关重要的作用，它具有的特点是：

(1)具有采用真空排污阀进行周期性排污的临时污水收集罐(或污水收集腔、污水收集区)，而且能够将其污水收集罐中的污水输送到下游的真空收集管路网中；

(2)应用于压差驱动控制方法的控制装置，即气动控制器；

(3)它重要组成部分有真空排污阀、污水罐、设备罐、井盖、手动球阀、重力污水入口管路、连接下游真空收集管路网的排污管路、污水吸入管路，其中相关控制设备包括输入输出接口、能源单元、动力单元、执行单元和控制单元，其中输入输出接口具有待由使用者手动操作的操作元件，以及装置与其它外围设备或装置连接的输入管路和输出管路；能源单元具有将来自外部输入或输出接口与内部输入输出管路联通的各种单元及其单元内部能量流；动力单元具有将能源单元中的能量流变换为动力流的元器件；执行单元用于将来自能源单元的不同输入能量流与输入输出接口中的输出接口之间的切换；控制单元用于间接调节动力单元来实现调节执行单元的元器件和方法，或者是直接调节执行单元的元器件和方法。

由于真空污水收集是最前端的技术，实现其应用场景的典型技术方案是采用一个临时污水储液罐，该污水罐具有与建筑物污水口相连的入口，以及与真空污水输送管路相连的排污吸入口，以及将排污吸入口和真空污水输送管路相连的真空排污阀，该真空排污阀具有一个控制系统或装置，它的基本操作流程是当储液罐中是污水水位达到第一预设值时，气动控制器对真空排污阀施加真空力而将污水吸走排空，直到污水罐中的污水水位降到另一个预设值时，气动控制器关闭真空排污阀，从而我们把这个技术方案定义为真空污水连续收集、临时储存和周期性输送系统。

而在真空污水连续收集、临时储存和周期性输送系统中，气动控制器用于与真空排污阀进行连接，从而控制真空排污阀的启闭，为保证其工作的稳定性、高效性及可靠性，研发人员不断从真空排污阀的通气、除尘、集水、排水及真空源稳压等功能进行入手，已公知的实现通气、除尘、集水、排水功能的技术方案是分体式过滤和集水排水装置，即该装置是和气动控制器独立开来的两个装置，并采用气管进行连接；主要有两种结构形式：其一，采用与真空排污阀下壳体合并的负压排水技术方案，工作原理及结构设计可参考专利号为us4171853的美国专利；其二，采用与真空排污阀下壳体独立的负压排水技术方案，工作原理及结构设计可参考专利号为us4171853的美国专利，实际应用可参考专利号为us5570715的美国专利，综合现有技术，其存在的弊端在于：

(1)钣金件易腐蚀、密封不良而漏气：

参考专利号为us5570715的美国专利，气控控制器和真空排污阀由打开转变为关闭状态时，真空排污阀中下壳体14所在的排气腔室45中的积水会受到阀芯30的复位冲击力作用下迅速进入50积水收集器，其高速气流会将50积水收集器中的积水喷涌至76和53管口，而这些管口连接气控控制器空气入口和真空排污阀气控输入口，造成积水的进入阀体内容，造成装置的提前失效，特别是金属翻转组件和波纹膜片组件；

(2)空气过滤效果差：

参考专利号为us5570715的美国专利，设备在工作使用过程中，翻腾的积水会打湿56过滤滤芯，影响了过滤效果，而且也增加了空气进入的阻力，当空气中的灰尘进入设备内后，会粘接在密封处，从而影响装置的密封性。

(3)控制器内部的集水无法有效排出：

气动控制器内部波纹膜片组件是很容易受到潮湿的灰尘影响密封效果的，进而影响控制器的功能；尽管也增加了一个外置式集水和排水装置，即采用了独立的主动集尘、集水和排水结构和技术，但存在水流冲击进入控制腔室的问题，特别是真空排污阀通断的瞬间；由于控制器内部腔室没有做到有效的主动集水和排水结构设计，造成了腔室内部的空气在受到冲击、碰撞等剧烈状态变化产生了冷凝水，这些冷凝水影响了控制器的动作效率，也影响了控制器的功能实现；

由于冷凝水的来源有两种，其一是来自于地面的干热空气进入阴暗湿冷的真空井设备腔室后在控制器空气入口冷凝的冷凝水；其二是控制器内部的腔室中空气的冲击、碰撞等剧烈状态变化产生的冷凝水；后者，我们在控制器的结构设计层面进行处理，实现主动集水和排水，这个是第一个疏水功能；而对于前者，我们只能采用主动技术及时去除空气中的冷凝水，这个是另一个疏水功能，两者相互配合，相辅相成，缺一不可，后者是确保空气进入控制器中时，尽可能是干燥的；

(4)气动控制器内集水排水效果差：

现有技术中集水和排水采用单腔室结构，采用气流冲击冷凝原理进行设计的，但单一腔室的集水效果欠佳；

(5)排水管路易受到真空压力波动的影响：

排水管路易受到真空压力波动的影响，从而存在水流冲击进入控制腔室的问题，特别是真空排污阀通断的瞬间，当污水进入气动控制器的控制腔室内之后，会严重影响气动控制器的工作灵敏度，大大降低其使用寿命；

(6)排水管路排水途径单一：

排水管路只能从真空排污阀的下腔室排水，不能灵活地与其它结构进行集成，比如排出到真空井设备腔室，然后设备腔室中的冷凝水经通气和泄压装置排出到污水槽中；

因此针对上述弊端的存在，本发明研制了一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统，以解决现有技术中通入空气时，空气无法得到过滤净化而使杂质大量堆积粘结，影响使用高效性及可靠性的问题，同时解决装置内集水、排水效果差的问题。

本发明的技术方案是：一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统，包括壳体、沿壳体内部周向设置的侧腔机构、设置在侧腔机构内的通气除尘系统及集水排水系统；所述侧腔机构连通有大气管路接口、空气入口及排水接口；所述通气除尘系统设置在大气管路接口与空气入口连通路径之间，所述集水排水系统设置在大气管路接口与排水接口连通路径之间。

优选的，所述壳体包括上壳体、中壳体及下壳体，所述中壳体包括由上至下依次设置的第一中壳体、第二中壳体、第三中壳体、第四中壳体及第五中壳体；所述侧腔机构包括对应设置在第一中壳体、第二中壳体、第三中壳体、第四中壳体及第五中壳体内，且依次相连通的第一侧腔、第二侧腔、第三侧腔、第四侧腔及第五侧腔；所述大气管路接口设置在壳体侧壁处，并与第四侧腔相连通；所述空气入口与第一侧腔相连通，并延伸至壳体内部；所述排水接口设置在下壳体上，并与第五侧腔相连通。

优选的，所述第一侧腔、第二侧腔、第三侧腔、第四侧腔及第五侧腔分别沿壳体周向对齐设置三组，三个所述第一侧腔设置在第一中壳体下端部，且侧壁处依次相连通，一侧所述第一侧腔与空气入口相连通；三个所述第二侧腔设置在第二中壳体下端部，远离空气入口的第二侧腔与上方的第一侧腔相连通，靠近空气入口的两个第二侧腔侧壁处相连通；三个所述第三侧腔设置在第三中壳体下端部，上端面对应设置有第一通气孔及若干第一导流孔，若干所述第一导流孔呈环形分布在第一通气孔侧边；三个所述第四侧腔设置在第四中壳体下端部，上端面对应设置有第二通气孔及若干第二导流孔，一侧所述第四侧腔与大气管路接口相连通；三个所述第五侧腔设置在第五中壳体下端部，上端面分别开设有同轴设置的内孔，下端部侧边依次相连通；所述排水接口设置在下壳体下端，且与处在中间的第五侧腔下端相连通。

优选的，所述第四侧腔内被分隔为通气腔及集水腔，所述通气腔与第二通气孔相连通，所述集水腔与第二导流孔相连通，在水平方向上偏向空气入口所在一侧的第四侧腔内的通气腔与大气管路接口相连通，另外两个第四侧腔内的通气腔相连通且下端面嵌套设置有密封板。

优选的，所述通气除尘系统包括第一连通流道及若干过滤块；所述第一连通流道由大气管路接口、呈s型连通的过滤流道、第一侧腔及空气入口构成，所述过滤流道包括与大气管路接口连通的通气腔、同侧的第三侧腔及第二侧腔、中间位的第二侧腔及第三侧腔、通气腔、远离大气管路接口一侧的第三侧腔及第二侧腔；若干所述过滤块分别对应设置在第三侧腔内部。

优选的，所述过滤块选用海绵或钢丝球中的一种。

优选的，所述集水排水系统包括第二连通流道及若干浮球组件；所述第二连通流道包括第一导流孔、第三侧腔、第二导流孔、集水腔、第五侧腔及排水接口；若干所述浮球组件分别对应设置在第五侧腔及内孔中。

优选的，所述浮球组件包括同轴设置的密封座及浮球阀，所述密封座嵌套配合在内孔中，中部设置有第一引流孔；所述浮球阀设置在第五侧腔内，包括固定在第五侧腔下端部的阀座及设置在阀座上方的浮球本体，所述阀座中部设置有第二引流孔，所述浮球本体下端面设置有插接配合在第二引流孔内的限流柱，上端面设置有上浮后用于与密封座之间形成密封的密封堵头。

优选的，所述浮球本体侧壁上均布设置有若干限位块，若干所述限位块侧壁贴合第五侧腔内壁设置。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明将除尘、集水和排水系统与全自动气动控制装置集成于一体，合理利用全自动气动控制装置周围有限的空间和体积，使得整体结构更加紧凑，降低了零件的种类和使用数量，可靠性更高，该内嵌式的设置方式无需采用独立的管路进行连通，后期的安装和维护效率高。

(2)基于主动除尘和集水排水技术，以及壳体内部各个侧腔的结构设计，采用两者结合的双工作模式在最大程度上提高过滤、集水排水的效果及效率，有效将空气中的粉尘和冷凝水汽排除，避免整个真空排污系统的瘫痪。

(3)关于除尘，采用三级除尘技术，通过第一连通流道的设计，增大了空气的流通路径，并在空气流通过程中，经过过滤块实现三级过滤，此时空气中的粉尘及水汽均会大量粘附或凝结在过滤块上，大大提高空气净化效率；关于集水排水，凝结在过滤块上的水汽会受自身重力作用，沿着过滤块侧边向下不断流动，并采用浮球组件进行自动排水，从而将装置内部凝结的水汽有效排出，系统效率高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统的结构示意图；

图2为本发明所述壳体的剖视爆炸图；

图3为本发明所述第一中壳体、第二中壳体及第三中壳体的结构剖视爆炸图；

图4为本发明所述第四中壳体的结构剖视爆炸图；

图5为本发明所述第五中壳体及下壳体的结构剖视爆炸图；

图6为本发明所述通气除尘系统的结构图以及空气流通线路图；

图7为本发明所述集水排水系统的结构图以及排水流通线路图；

图8为本发明所述浮球组件的剖视结构图；

图9为本发明涉及的全自动气动控制装置的结构简图。

其中：1、壳体；

11、上壳体，12、中壳体，13、下壳体，14、大气管路接口，15、空气入口，16、排水接口，17、真空排污阀空气接口；

121、第一中壳体，122、第二中壳体，123、第三中壳体，124、第四中壳体，125、第五中壳体；

2、侧腔机构；

21、第一侧腔，22、第二侧腔，23、第三侧腔，24、第四侧腔，25、第五侧腔；

231、第一通气孔，231、第一导流孔；

241、通气腔，242、集水腔，243、密封板，244、第二通气孔，245、第二导流孔；

251、内孔；

3、通气除尘系统；

31、过滤块；

4、集水排水系统；

41、浮球组件；

411、密封座，412、第一引流孔，413、阀座，414、第二引流孔，415、浮球本体，416、限流柱，417、密封堵头，418、限位块。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

如图1所示，一种应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统，包括壳体1、沿壳体1内部周向设置的侧腔机构2、设置在侧腔机构2内的通气除尘系统3及集水排水系统4；其中，侧腔机构2连通有大气管路接口14、空气入口15及排水接口16；通气除尘系统3设置在大气管路接口14与空气入口15连通路径之间，所述集水排水系统4设置在大气管路接口14与排水接口16连通路径之间。

如图2所示，壳体1包括由上至下依次设置的上壳体11、中壳体12及下壳体13，上壳体11、中壳体12及下壳体13同轴设置且外径相同，中壳体12包括由上至下依次设置的第一中壳体121、第二中壳体122、第三中壳体123、第四中壳体124及第五中壳体125。

如图2所示，侧腔机构2包括对应设置在第一中壳体121、第二中壳体122、第三中壳体123、第四中壳体124及第五中壳体125内，且依次相连通的第一侧腔21、第二侧腔22、第三侧腔23、第四侧腔24及第五侧腔25；第一侧腔21、第二侧腔22、第三侧腔23、第四侧腔24及第五侧腔25分别沿壳体周向对齐设置三组，其设置方式分别如下：

如图3所示，三个第一侧腔21呈弧形分布在第一中壳体121下端部，且侧壁处依次相连通，一侧第一侧腔21与空气入口15相连通，该空气入口15用于延伸至壳体内部，为全自动气动控制装置的工作提供空气源，同侧的第一侧腔21还连通有设置在第一中壳体121侧壁上的真空排污阀空气接口17，该接口用于与真空排污阀连接，不使用时可通过堵头进行封堵。

如图3所示，三个第二侧腔22呈弧形分布在第二中壳体122下端部，并分别与三个第一侧腔21同轴设置，远离空气入口15的第二侧腔22与上方的第一侧腔21相连通，靠近空气入口15的两个第二侧腔22侧壁处相连通。

如图3所示，三个第三侧腔23呈弧形分布在第三中壳体123下端部，并分别与三个第二侧腔22同轴设置，上端面对应设置有第一通气孔231及若干第一导流孔232，第一通气孔231与对应的第三侧腔23同轴设置，若干第一导流孔232呈环形分布在第一通气孔231侧边，上端部呈漏斗状，便于液体能够顺利进入第一导流孔232内部。

如图4所示，三个第四侧腔24呈弧形分布在第四中壳体124下端部，并分别与三个第三侧腔23同轴设置，上端面对应设置有第二通气孔244及若干第二导流孔245，第二通气孔244与对应的第四侧腔24同轴设置，若干第二导流孔245呈环形分布在第二通气孔244侧边，上端部呈漏斗状；第四侧腔24内被分隔为通气腔241及集水腔242，通气腔241与第二通气孔244相连通，集水腔242与第二导流孔245相连通，在水平方向上偏向空气入口15所在一侧(即图示中最右侧)的第四侧腔24内的通气腔241与大气管路接口14相连通，另外两个第四侧腔24内的通气腔241相连通且下端面嵌套设置有密封板243。

如图5所示，三个第五侧腔25设置在第五中壳体125下端部，上端面分别开设有同轴设置的内孔251，下端部侧边依次相连通；排水接口16设置在下壳体13下端，且与处在中间的第五侧腔25下端相连通。

如图6所示，通气除尘系统3包括第一连通流道及若干过滤块31；如图中的虚线所示，第一连通流道由大气管路接口14、呈s型连通的过滤流道、第一侧腔21及空气入口15构成，其中过滤流道包括与大气管路接口14连通的通气腔241、同侧的第三侧腔23及第二侧腔22、中间位的第二侧腔22及第三侧腔23、远离大气管路接口14一侧相连通的通气腔241、远离大气管路接口14一侧的第三侧腔23及第二侧腔22；若干过滤块31分别对应设置在第三侧腔23内部，该过滤块31选用海绵或钢丝球中的一种，可用于过滤空气中的杂质并凝结空气中的水汽。

如图7所示，集水排水系统4包括第二连通流道及若干浮球组件41；如图中的虚线所示，第二连通流道主要包括第一导流孔232、第三侧腔23、第二导流孔245、集水腔242、第五侧腔25及排水接口16；若干浮球组件41分别对应设置在第五侧腔25及内孔251中，包括同轴设置的密封座411及浮球阀，密封座411嵌套配合在内孔251中，中部设置有第一引流孔412；浮球阀设置在第五侧腔25内，包括固定在第五侧腔25下端部的阀座413及设置在阀座413上方的浮球本体415，如图8所示，阀座413中部设置有第二引流孔414，处在阀座413上方的三个第五侧腔25之间不相连通，处在阀座413下方的三个第五侧腔25之间相连通；浮球本体415下端面设置有插接配合在第二引流孔414内的限流柱416，上端面设置有上浮后用于与密封座411之间形成密封的密封堵头417；同时浮球本体415侧壁上均布设置有若干限位块418，若干限位块418侧壁贴合第五侧腔25内壁设置，使得浮球本体415上下浮动过程中能够沿着中轴线方向运动，不会出现位置偏离。

如图9所示，为本发明所涉及的全自动气动控制装置的结构简图，其中左半部分为全自动气动控制装置工作的主体部分，右半部分为本发明涉及的除尘、集水和排水系统，现结合全自动气动控制装置，简述相关接口的功能：

其中：g01为输入口，用于输入空气或者负压；g02为输出口，用于输出空气或者负压，且用于与真空排污阀的控制口进行连接；g03为真空管路接口，用于输入负压；g04为空气入口15，用于输入空气；g05为大气管路接口14，通入大气，经过过滤块31进行过滤之后，进入空气入口15；g06为真空排污阀空气接口，输入或输出空气，用于与真空排污阀的空气口进行连接；g07为排水接口16，用于将凝结的水排出。

由于含有粉尘及水汽的空气进入全自动气动控制装置内部后，粉尘与水汽混合后会粘接在装置内部的密封处，从而降低装置的密封性，进而影响工作的稳定性及可靠性，因此本发明设计了应用于全自动气动控制装置的除尘、集水和排水系统，其中关于空气的除尘原理具体如下：

结合图6所示，空气从大气管路接口14进入后，沿图中的虚线所示，呈s型流通，依次经过三个过滤块31进行过滤，并最终进入第一侧腔21，使过滤完成的空气进入空气入口15，此时空气中的粉尘和水汽会粘附凝结在过滤块31上；且该过程中，空气的流通主要是经过过滤块31的中部，对过滤块31的侧边影响较小，此时则是为了便于后续所涉及的凝结的水汽能够沿侧边向下排出。

关于集水和排水的原理具体如下：

结合图7所示，主要凝结在过滤块31上的水汽由于重力作用沿侧边向下流动，同时第二侧腔22内存在少量的凝结水也会顺着第一导流孔232进入过滤块31内，凝结水向下流动经过第二导流孔245后进入集水腔242中，然后再依次沿着对应的第一引流孔412进入阀座413上方的第五侧腔25内，并集中在第五侧腔25内，当第五侧腔25内部的凝结水逐渐增多后，会使浮球本体415上浮，从而使限流柱416上移并脱离第二引流孔414，此时密封堵头417会封堵在密封座411下端，同时集中在第五侧腔25内的凝结水将顺着阀座413下方的第五侧腔25汇流至排水接口16处，直至排出，实现了自动排水；当第五侧腔25内的凝结水排出后，浮球本体415在自身重力作用下又会下移，直至凝结水增多再次上浮。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。