[发明专利]一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备

说明书

技术领域

本发明涉及以负压作为传输动力的排水系统技术领域，特别涉及一种真空排水系统集水界面单元的气动执行设备。

背景技术

市政排水系统包括重力排水系统和非重力排水系统，真空排水系统作为非重力排水系统中的一种，其与重力排水系统相比，对于解决室内源分离收集、户外边远地区排水问题及丘陵地带的排水问题具有其独特的优势。真空排水系统主要通过管道系统内的负压作用，实现将管道终端的污水，通过管道内的负压驱动，从收集界面单元传输到真空收集泵站。通常情况下，在室内室外的排水系统中，往往首先通过重力作用，将建筑内排放的污水收集到特定的集水容器中，该收集容器往往维持在常压状态，然后再通过真空排水特定的界面单元，将收集容器中的污水抽吸入真空管道系统，最终传输到真空收集泵站，如此过程实现污水的收集传输和排放，将污水收集容器中的污水排尽。所以，在真空排水系统的前端，在通过重力排水的终端收集单元内，需要设置一个界面单元，要求可以实现如下三种功能：1)切断与真空管道连接，实现常压下重力收集污水；2)收集污水达到一定容积，自动打开与真空管道连接，排尽收集容器内所收集的污水；3)排尽收集容器内收集的污水，自动切断收集容器与真空管道的连接，继续收集重力排放污水。该界面单元要在这三种情况下实现交替往复的连续自动运行。

这种特殊的界面单元是真空排水系统的核心设备和主要技术壁垒，是限制真空排水系统在国内推广应用的重要障碍。目前与真空排水系统界面单元相关的关键设备研发主要来自于德国、美国、瑞典、日本等发达国家。

瑞典工程师S.A.Joel Liljendahl于20世纪中叶发明一种全新的真空界面阀，用隔膜阀的形式解决了泄漏、堵塞、抗污等问题，解决了真空排水系统应用的核心问题^[i]。这种真空隔膜阀被美国的JohnsonService Company于1970年加以改进，首次采用了弹簧复位的结构，成为了沿用至今的阀门单体形式^[ii]。除了气动执行以外，美国BlandCalvin Burns发明了电动执行的隔膜阀，但它要求随着真空管路铺设相应电缆设备来提供电力支持^[iii]。此后经过对橡胶材料的研究，研制出了满足过水、密闭、防堵的隔膜衬垫材料^[iv]。直到21世纪初，德国Roediger Vacuum GmbH.才研发出截然不同的真空界面阀类型，其主要利用阀体内周侧的一圈弹性材料的箍紧和放开来控制真空管路的接通和封闭^[v，vi]。此外，日本也研究开发出了挡板式的阀体结构形式实现真空管路的启闭。

真空界面阀的触发控制装置是与阀体本身同等重要的关键器件。美国的Johnson Service Company提出了上升液位压迫密封气体而触发控制装置开启阀门的原理^[vii]；而阀门的关闭方法则以日本Ebara Corporation提出的感应吸入管是否开始抽吸大气的方法为代表^[viii]。在界面阀前置的气路切换阀门的研究上，Johnson Service Company和Burton Mechanical Contractors，Inc.先后提出了静态压强暂存器的结构和双限位的活塞阀，后者还引入了避免湿气凝结堵塞负压管道的装置^[ix]；此后美国Airvac，Inc.提出了用浮动塞体避免气路控制装置被液体浸没堵塞的方法^[x]。这些措施大大提高了系统的稳定性和使用寿命。美国Burton Mechanical Contractors，Inc.采用电子执行机构控制真空界面阀，用电子元件对于延时控制和流量控制的精确性来实现阀门开闭的准确操作^[xi]。

而国内目前对于真空水界面单元相关关键设备的研发，主要采用隔膜阀或截止阀的结构形式，阀体结构形式相对较为简单，控制单元多以电动开关控制形式为主，缺乏配套的完全气动的控制系统，工程实际应用效果的检验也不足，采用电动控制的方式，其存在1)设备施工成本较高；2)防腐防潮等问题对系统运行稳定性的威胁较大；3)各集水点均需要外部供电设施；4)不能够实现完全同时进气进液及其气液比例调节功能。

以下是上述提到的国外的参考文献：

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