[發明專利]一種真空排水系統集水界面單元的氣動執行設備

有效

• 申請號: 201010244406.6
• 申請日: 2010-08-03
• 公開（公告）號: CN101915230A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 汪誠文;錢晨;劉艷臣;錢志偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F04B49/00
• 分類號: F04B49/00;F04B49/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及以負壓作為傳輸動力的排水系統技術領域，特別涉及一種真空排水系統集水界面單元的氣動執行設備。

背景技術

市政排水系統包括重力排水系統和非重力排水系統，真空排水系統作為非重力排水系統中的一種，其與重力排水系統相比，對于解決室內源分離收集、戶外邊遠地區排水問題及丘陵地帶的排水問題具有其獨特的優勢。真空排水系統主要通過管道系統內的負壓作用，實現將管道終端的污水，通過管道內的負壓驅動，從收集界面單元傳輸到真空收集泵站。通常情況下，在室內室外的排水系統中，往往首先通過重力作用，將建筑內排放的污水收集到特定的集水容器中，該收集容器往往維持在常壓狀態，然后再通過真空排水特定的界面單元，將收集容器中的污水抽吸入真空管道系統，最終傳輸到真空收集泵站，如此過程實現污水的收集傳輸和排放，將污水收集容器中的污水排盡。所以，在真空排水系統的前端，在通過重力排水的終端收集單元內，需要設置一個界面單元，要求可以實現如下三種功能：1)切斷與真空管道連接，實現常壓下重力收集污水；2)收集污水達到一定容積，自動打開與真空管道連接，排盡收集容器內所收集的污水；3)排盡收集容器內收集的污水，自動切斷收集容器與真空管道的連接，繼續收集重力排放污水。該界面單元要在這三種情況下實現交替往復的連續自動運行。

這種特殊的界面單元是真空排水系統的核心設備和主要技術壁壘，是限制真空排水系統在國內推廣應用的重要障礙。目前與真空排水系統界面單元相關的關鍵設備研發主要來自于德國、美國、瑞典、日本等發達國家。

瑞典工程師S.A.Joel?Liljendahl于20世紀中葉發明一種全新的真空界面閥，用隔膜閥的形式解決了泄漏、堵塞、抗污等問題，解決了真空排水系統應用的核心問題^[i]。這種真空隔膜閥被美國的JohnsonService?Company于1970年加以改進，首次采用了彈簧復位的結構，成為了沿用至今的閥門單體形式^[ii]。除了氣動執行以外，美國BlandCalvin?Burns發明了電動執行的隔膜閥，但它要求隨著真空管路鋪設相應電纜設備來提供電力支持^[iii]。此后經過對橡膠材料的研究，研制出了滿足過水、密閉、防堵的隔膜襯墊材料^[iv]。直到21世紀初，德國Roediger?Vacuum?GmbH.才研發出截然不同的真空界面閥類型，其主要利用閥體內周側的一圈彈性材料的箍緊和放開來控制真空管路的接通和封閉^[v，vi]。此外，日本也研究開發出了擋板式的閥體結構形式實現真空管路的啟閉。

真空界面閥的觸發控制裝置是與閥體本身同等重要的關鍵器件。美國的Johnson?Service?Company提出了上升液位壓迫密封氣體而觸發控制裝置開啟閥門的原理^[vii]；而閥門的關閉方法則以日本Ebara?Corporation提出的感應吸入管是否開始抽吸大氣的方法為代表^[viii]。在界面閥前置的氣路切換閥門的研究上，Johnson?Service?Company和Burton?Mechanical?Contractors，Inc.先后提出了靜態壓強暫存器的結構和雙限位的活塞閥，后者還引入了避免濕氣凝結堵塞負壓管道的裝置^[ix]；此后美國Airvac，Inc.提出了用浮動塞體避免氣路控制裝置被液體浸沒堵塞的方法^[x]。這些措施大大提高了系統的穩定性和使用壽命。美國Burton?Mechanical?Contractors，Inc.采用電子執行機構控制真空界面閥，用電子元件對于延時控制和流量控制的精確性來實現閥門開閉的準確操作^[xi]。

而國內目前對于真空水界面單元相關關鍵設備的研發，主要采用隔膜閥或截止閥的結構形式，閥體結構形式相對較為簡單，控制單元多以電動開關控制形式為主，缺乏配套的完全氣動的控制系統，工程實際應用效果的檢驗也不足，采用電動控制的方式，其存在1)設備施工成本較高；2)防腐防潮等問題對系統運行穩定性的威脅較大；3)各集水點均需要外部供電設施；4)不能夠實現完全同時進氣進液及其氣液比例調節功能。

以下是上述提到的國外的參考文獻：

[i]S.A.Joel?Liljendahl.Discharge?Valve，Particularly?for?Water?Closets：Sweden，439310[P].1964-8