申请日1991.11.19
公开(公告)日2000.06.07
IPC分类号E03F1/00
摘要
一种真空污水排放系统，包括进气控制器、污水收集箱、真空控制阀、管道装置、定时器单元、真空源、大气压力源和壳体。当真空控制阀在预定压力下打开时，污水被间断射进真空压力下的管道。进气电控制器自动启闭一个连接到具有污水控制阀的上述管道的空气控制阀，以将空气射入所述管道来施加额外的压力到管道中以输送其中的污水并避免积水状况。该系统可使真空管道敷设成多个具有上坡、下坡和低点的锯齿状，总扬程可超过约4米。
権利要求書
1.一种真空污水排放系统，该系统具有进气电控器以增 高扬程，是一种用于从一个给定空气压力的源头运送废液的改 进的真空系统，其特征在于，
它具有一个用于自动地调节一个控制阀启闭的进气控制 器，该控制阀被连接到一个真空运送管道以让大气进入该管 道，包括：
a.真空收集装置用于接收废液并具有一个低于所述源头 的压力;
b.一个控制阀用于射出所述废液，该控制阀具有一个与 废液源头偶联的进口以及具有一个用于射出所述废液和空气的 出口;
c.管道装置与所述真空收集装置相偶联，以及与所述控 制阀的出口相偶联，所说的管道装置至少有一个上升部，一个 低点，以及一个下坡部，并被敷设为锯齿形状，位于所述收集 装置和射出装置出口之间，以致当没有流体流动时，废液可以 汇集在低点，并在一段时间内所说的管道装置内有一个最小的 间断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的 真空或负压降，这样就使得那里有着足够的真空度或负压度可 用来操作所说的控制阀;
d.一个进气控制器，包括：
i.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状 态;
ii.一个真空或负压源;
iii.一个大气压力源;
iv.与所说的定时器单元在操作时相连通的装置，用于将 所述那些压力状态之一与所述控制阀建立起连通关系，对之作 出的反应是，开启或者关闭该阀以开始或者终止一个在所说的 运送管道内的空气运送周期，当所说的定时器单元是在一种状 态时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元是在另 一种状态时，大气压力被传递过去;
v.一个壳体用于容纳该进气控制器的组成部分。
2.根据权利要求1的真空污水排放系统，其特征是，所 说的用于建立压力连通关系的装置是一个电磁阀。
3.根据权利要求1的真空污水排放系统，其特征是，当 在所说的控制阀的下游处的所说的运送管中的压力差达到或低 于一个预先选择的水平时，真空或负压被输送到所说的控制阀 中去。
4.根据权利要求3的真空污水排放系统，其特征是，预 先选择的压力差水平为30.48厘米水银柱。
5.根据权利要求1的真空污水排放系统，其特征是，所 说的定时器具有用于调整所说的空气运送周期持续时间的控制 装置。
6.根据权利要求1的真空污水排放系统，其特征是，所 说的废液源包括一个依靠重力喂给的储存箱。
7.根据权利要求6的真空污水排放系统，其特征是，在 所说的储存箱中的废液是暴露于大气压的，而所说的真空收集 装置则保持在真空或低于大气压的压力的。
8.根据权利要求1的真空系统，其特征是，所说的废液 是污水。
9.一种真空污水排放系统，该系统具有进气电控器以增 高扬程，是一种用于从一个给定空气压力的源头运送废液的改 进的真空系统，其特征在于，
它具有一个用于自动地调节一个控制阀启闭的进气控制 器，该控制阀被连接到一个真空运送管道以让大气进入该管 道，包括：
a.真空收集装置用于接收废液并具有一个低于所述源头 的压力;
b.一个控制阀用于射出所述废液，该控制阀具有一个与 废液源头偶联的进口以及具有一个用于射出所述废液和空气的 出口;
c.管道装置与所述真空收集装置相偶联，以及与所述控 制阀的出口相偶联，所说的管道装置至少有一个上升部，一个 低点，以及一个下坡部，并被敷设为锯齿形状，位于所述收集 装置和射出装置出口之间，以致当没有流体流动时，废液可以 汇集在低点，并在一段时间内所说的管道装置内有一个最小的 间断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的 真空或负压降，这样就使得那里有着足够的真空度或负压度可 用来操作所说的控制阀;
d.一个进气控制器，包括：
i.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状 态;
ii.一个延迟-定时器模件，与所说的定时器单元在操作 时连通在一起，该延迟-定时器动作和停止动作来使一个延迟 周期开始或终止，所说的定时器单元的动作用于开始所说的控 制阀的空气运送周期，而这仅仅是在如果所说的延迟周期终 止后，在所说的真空运送管道中的压力差达到或低于一个预先 选择的水平时是这样，而在所说的空气运送周期终止后，另一 个延迟周期则由所说的延迟-定时器模件所促成;
iii.用于测定所说的控制阀下游的所说的真空废液运送 管道中的压力差的装置，当其时所说的压力差达到或低于所说 的预先选择的水平时，该压力测定装置就动作所说的延迟-定 时器模件;
iv.一个真空或负压的源头;
v.一个大气压力源头;
vi.与所说的定时器单元在操作时相连通的装置，用于将 所述那些压力状态之一与所述控制阀建立起连通关系，对此作 出的反应是，开启或者关闭该阀以开始或终止一个在所说的运 送管道内的空气运送周期，当所说的定时器单元是在一种状态 时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元是在另一 种状态时，大气压力被传递过去;
vii.一个壳体用于容纳该进气控制器的组成部分。
10.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的压力测定装置是一个压力开关。
11.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的用于建立压力连通关系的装置是一个电磁阀。
12.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的延迟-定时器模件具有控制装置用于调整延迟周期的持续 时间。
13.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的定时器具有控制装置用于调整所说的空气运送周期的持续 时间。
14.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的预先选择的压力差水平是30.48厘米水银柱。
15.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的压力传送装置被连接到一个压力差操作设备上，后者转而 连接到所说的控制阀上，依靠这样的装置当所说的定时器单元 被动作时，大气压力被传送到所述操作设备上，该操作设备输 送真空或负压到所述控制阀上以开始一空气运送周期;而当所 说的定时器单元停止其动作时，真空或负压被传送到所述操作 设备上，该操作设备则输送大气压到所述控制阀以终止所述空 气运送周期。
16.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的废液源包括一个依靠重力喂给的储存箱。
17.根据权利要求16的真空污水排放系统，其特征是， 在所说的储存箱中的废液是暴露于大气压下的，而所说的真空 收集装置则保持在真空或低于大气压的压力下。
18.根据权利要求9的真空污水排放系统，其特征是，所 说的废液是污水。
19.一种真空污水排放系统，该系统具有进气控制器以增 高扬程，是一种用于运送一个间断射出的污水物质的系统，包 括一个进气控制器用于自动地调节一个控制阀的启闭，该控制 阀被连接到一个真空运送管道中以让大气进入该管道，包括：
a.至少一依靠重力喂给的污水管;
b.一个收集箱用于储存污水，由依靠重力喂给的污水管 喂给污水，所说的污水是暴露于大气压力的;
c.一个间断操作的污水射出阀具有一个进口和一个出 口，所说的出口与所述收集箱相偶联;
d.一个真空压力源;
e.一个具有进口的真空收集箱，从真空压力源来的真空 压力施加于该真空收集箱内;
f.一个管道部偶联在所述污水射出阀出口和所述收集箱 之间用于以空心圆柱体的形式运送污水，所说的管道装置被敷 设成锯齿形状，具有至少一个上升部，一个低点，和一个下坡 部以致当没有射出的污水物质要在其中运送时，所说的低点汇 集着污水，并在一段时间的所说的管道装置内有一个最小的间 断封闭时间以使遍及所说的管道装置有可能允许一个最小的真 空或负压降，这样就使得那里有着超过足够的真空度或负压度 可用来操作所说的控制阀。
g.一个进气控制器，包括：
i.一个定时器单元具有第一动作状态和第二停止动作状 态，还有控制装置用于调整一个空气运送周期的持续时间;
ii.一个延迟-定时器模件，与所说的定时器单元在操作 时连通在一起，该延迟-定时器动作或停止动作来使一个延迟 周期开始或终止，所说的定时器单元动作来开始所说的控制阀 的空气运送周期，而这仅仅是在如果所说的延迟周期终止后， 在所说的真空运送管道中的压力差达到或低于一个预先选择的 水平时是这样，而在所说的空气运送周期终止后，另一个延迟 周期则由所说的延迟-定时器模件所促成;而所说的延迟-定时 器模件具有控制装置用于调整所述延迟周期的持续时间;
iii.一个压力开关用于测定所述控制阀下游处真空污水 运送管道中存在的压力差，当此压力差达到或低于一个预先规 定的水平时，所说的压力开关动作所说的延迟-定时器模件;
iv.一个真空或低于大气压力的压力源;
v.一个大气压力源;
vi.一个电磁阀与所说的定时器单元在操作期间相连通， 用于将所述那些压力状态之一与所述射出阀建立连通关系，对 此作出的反应是，开启或者关闭所述的阀以开始或终止一个在 所说的运送管道内的空气运送周期，当所说的定时器单元是在 一种状态时，真空或负压被传递过去，而当所说的定时器单元 是在另一种状态时，大气压力被传递过去;
vii.一个壳体用于容纳所说的进气控制器的组成部分。
20.根据权利要求19的真空污水排放系统，其特征是， 所说的预先选择的压力差水平为30.48厘米水银柱。
21.根据权利要求1，9或19的真空污水排放系统，其特 征是，位于所说的进气控制器的至少两个组成部分之间的相连 通的操作装置是流体性的。
22.根据权利要求1，9或19的真空污水排放系统，其特 征是，位于所述的进气控制器的至少两个组成部分之间的相连 通的操作装置是电气性的。
23.根据权利要求19的真空污水排放系统，其特征是， 所说的电磁阀被连接到一个压力差操作设备上，后者转而连接 到所说的射出阀上，依靠这样的装置当所说的定时器单元被动 作时，大气压力被传送到所述操作设备上，该操作设备输送真 空或负压到所述的射出阀上以开始一个空气运送周期;而当所 说的定时器单元停止动作时，真空或负压被传送到所述操作设 备上，该操作设备则输送大气压到所述射出阀以终止所述空气 运送周期。
24.根据权利要求1，9或19的真空污水排放系统，其特 征是，多个锯齿形的管道可用到所说的管道中去，这样就使得 跨越所有上升部的压力损失的合计值相等于或超过可用于真空 收集箱的最小的真空或负压值减去用来操作控制阀所需的压力 头的合计值，跨越所有所述管道的上升部的总扬程相等于或超 过4米。
说明书
一种真空污水排放系统
本发明一般地涉及利用进口真空阀的真空操作污水控制系 统，更具体地说涉及这样一种系统，该系统使用了一种进气电 控器(″EAAC″)用来打开所说的真空阀，而这种打开并不取决于 在该阀门进口处收集在一个储存箱内的污水液面高度，这是为 了向污水输送管道引入大气压力下的额外的空气以避免积水状 态。
原来的污水系统是利用重力自流的，包括一个地下管道网， 从各种污水源(例如，家庭，商店等等)引向一个污水处理站。 可是，在污水入口和收集点之间的不规则的地形和距离极大地 限制了挖掘深深的管沟的能力以形成一个连续的，下坡式的污 水流。这样，机械泵就被安置在沿着管道网的关键地点以便在 污水流进一个浅埋的管道网的后面提供一种可靠的力量。虽然 如此，对于这样一种系统，实际上，压力泵在每一个污水进口 点都是需要的。
作为可供选择的方案，真空操作系统被推荐出来，例如在 授予S.A.J.利连达尔(S.A.J.Liljendahl)的美国专利号 3,115,148中提出的。利连达尔的专利描述了一种真空系统，该 系统使用了两个独立的管道网来输送不同的污水流。从浴缸， 洗涤盆，落水管等来的废水(灰色水)由一种传统的重力自流系 统来运送;而从抽水马桶，小便池和类似的卫生设备来的污水 (黑色水)由一个独立的真空系统来输送。在后一系统中的管线 中配备了″阱坑″，在其中污水被收集起来，为的是形成一种管 栓，该管栓完全填满了管道的截面积并使得管道封闭起来。在 累积的情况下，污水中的管栓被一个沿着管道的压差力移走。 这种由利连达尔专利所教导的真空操作系统被称为″塞状流动 ″
授予B.C.伯恩斯(B.C.Burns)等人的美国专利号 3,730,884中描述了一种污水系统，该系统使用了″真空诱导 塞状流″，在其中黑色水和灰色水两者由单一的管道系统来处 理。污水的″连续的管栓″被真空压力差输送通过管道一个短距 离。该管栓将分散开，可是，当它通过管道移动时，由于磨擦 力和其他的力量，导致了移动该管栓的压力差的递减。因此，一 系列重新形成的管栓，它们最简单的形式可能是在管道中的一 个泡状物或囊状物，起到污水聚集器的作用，并帮助重新形式 连续的管栓。所说的阱坑是这样设计的，以致污水可完全填满 管道内孔。这种系统的操作需使污水的管栓封住管道内孔。这 种管栓的分散和重新形成的交替过程一直继续到污水终于完全 通过了管道。每个这样的管栓的压力差小于总的可用的系统压 力差，这是由于在管道中的管栓囊状物是串连排列的。
授予B.F.富尔曼(B.E.Foreman)等人的美国专利号 4,179,371描述了一种设备和方法，用于运送污水从一个污水 源到一个收集装置。在污水源和收集装置之间的管道中保持着 压力差。污水一般以空心圆柱体的形状被运送通过管道。当没 有污水被运送时，残留于管道中的污水一般不会封死管道，从 而允许管道各处都保持着同一压力。喷射装置被配备起来，该 装置可以是一个按照预先规定时条件而作出反应的间歇启动的 阀门。该管道被布置成具有上升部，下坡部以及低点部的一个 系统(总起来称为一个″扬程″)，在其中没有从系统中排出的残 留污水可以加以收集。残留的污水一般来说不足以封闭该管道， 从而允许管道各处相同压力的传递。这样，由福尔曼公开的这 种设备可以包括一个在大气压力下的重力喂给式污水收集箱， 它里面的东西被间断地喷射进入一个真空施压的布置成锯齿形 式的管道，在典型的操作条件下，这将允许管道各处的充分的 真空得以连通。
由真空运送污水的系统碰到的一个问题是″积水″。如前已 论及的，在正常操作条件下，在管道低点部中的残留污水的收 集是不足以在低点处封住该管道的，并被设计成在管道各处保 持一个空气间隙以允许压力的传递。在一个污水运送周期中， 总的管道容积一般地将含有少于三分之一的液体。可是，如果 引入管道中的空气的量不足，则在污水运送周期中，将没有足 够的能量施加上去以有效地移动全部污水质量。这将导致残留 污水物质的增长性的积累，从而引起积水情况，这种情况可能 将三分之二的管道和提升容积填满了。
积水的潜在原因是多样的。例如，所述阀门部件可能失 调以致在污水物质已经进入管道后阀门过快关闭，从而发生不 希望的削减了拉着废液物质向前的进入管道的空气量。而且， 系统中某处的泄漏将损害在管道中的真空或者负压状况的保持， 以致过一些时候，这个真空或者负压状况将削弱到这样的程度， 使得在运送周期中的压力差将不足以移动污水物质，从而造成 了积水。再者，当阀门关闭后，管网中达到一个均衡的真空或 者负压状态时，终止了污水运送周期，但由于系统的低效率或 者由于真空或负压的源头的不适当操作，管网将处于一个略低 的真空压力下。这又同样成为真空度或负压度不够的原因，从 而使压力差也不再足够。
尽管在理论上不管在管线中的扬程为多少，积水都可发生， 但当″总扬程″增加时，这种可能性也将增加，因为对于重力降 来说，以及在管线中的每个接连的形状变化处使得用真空来提 升污水都将更为困难。假定每个锯齿状的扬程由一个低处的下 坡部，一个上升部和一个高处的下坡部组成，恰当的距离测量 方法应是，在高处下坡连接上升部的地方的底部处表面的一点 和在低处下坡部连接同一上升部的地方的顶部外表面的一点之 间垂直地加以测量。合计这些流体通路穿过的提升距离得出了 ″总扬程″。
有代表性的是，真空系统在40.64厘米水银柱到50.8厘 米水银柱真空度的范围内操作。另一方面，因为大气压力在这 个真空表中标定为0毫米水银柱，这也就表示了″压力差″为 40.64厘米水银柱到50.8厘米水银柱。取其最小的可用真空 度为40.64厘米水银柱，并减去12.7厘米水银柱，这是用于 操作真空阀及其控制装置时始终必需的，余下的27.94厘米水 银柱的真空度就可用在管线中的真空提升。27.94厘米的水银 柱相当于3.81米水柱，也可将其化整为4米作为代表性的数 字。这样，4米的扬程可以代表性地作为用于任何污水项目的 真空管线设计的最大数值。
有两个理由使得总扬程大约为4米成为重要的。第一，任 何少于4米扬程的系统，积水在理论上可通过正常的阀门启闭 周期来冲走，从管线中积累起来的残留污水因而能够有时间来 自行纠正。相反，以4米或更高的总扬程设计的真空运送系统 如发生积水时，按惯例需要人工辅助来排除残留的污水。因为 阀门的开启是压力差的反应，而压力差又基于在管线中紧靠阀 门下游处的真空压力状况，如果由于管线中的积水堵塞而使真 空度太小，阀门将不会启闭来向管线中引入大气压力，从而阻 止了管线能有时间来自动地排除积水。替代的办法是，修理工 将有必要恢复在系统中的真空源头，并向上游处找到一个具有 足够的真空压力能被驱动起来的阀门并将此阀门启动，然后在 更为上游处逐一启动每个阀门，直到真空管线中的积聚的污水 清除干净。
4米高度的第二个重要方面是它表达了污水运送管线总长 度的限度。预先规定的管线的坡度和一个最高总扬程为4米的 联合作用决定了真空管线可以运转的最大距离以保证在没有机 械泵的帮助下适当的污水流动。实际上，穿越流体通道的总的 允许扬程还额外地被摩擦损失因素所限制，该摩擦损失可根据 已知的流体动力学中的各种公式计算得出。
为了有效地操作一个超过4米压力损失的真空污水系统，要 用一个较高的气-液比值，这可简单地由允许更多的空气进入 管线来完成。操作于4米或小于此高度的有代表性的系统可设 计为3比1的气-液比值。这个数字可按比例增加以在该系统 中增加扬程。
于是，本发明的主要目的是提供一种设备和方法用于无管 栓真空污水运送系统。
本发明的另一目的是提供一个污水运送系统，该系统不需 要广泛地利用泵站以协助污水的重力自流。
本发明另一目的是提供一个污水运送系统，在该系统中不 需要在每个污水源头处配备机械泵用于将污水注射进收集管 道。
本发明的另一目的是提供一个用于运送污水的系统和方法， 其中只使用一个单独的相对来说小直径的管道用于污水的运送， 而毋须管栓的重新形成，并在其中污水是由一个压力差来注射 进入该系统的。
本发明的另一目的是提供一个用于运送污水的系统和设备， 其中污水是由一个压力差注射进入该系统时，该系统并不需要 使用污水管栓和管栓的重新形成。
本发明还有另一个目的是提供一个用于运送污水的系统和 设备，由一个真空压力差向注射进入这样一个系统的污水提供 全部压差。
本发明更有另一个目的是提供一个真空污水运送系统，该 系统能够在系统部件不正常工作或失调的情况下自动地避免积 水。
本发明的另一目的是提供一种设备，该设备将能驱使真空 阀启闭以允许额外的空气进入真空管线以避免该真空管线内出 现积水现象，这种作用是独立于允许积聚的污水物质从一个储 存箱进入该真空管线的真空阀的正常启动的。
本发明还有另一目的是允许真空污水管网的构造用于总扬 程超过4米。
简而言之，本发明旨在提供一种改进了的设备和方法用于 运送大量的污水从污水源到达收集装置。在污水源和收集装置 之间保持着压力差。污水通过一个污水控制阀被注射进入管道， 该阀按照一个预先规定的条件作出反应而开启，污水流动的形 状为一中空的圆柱体。当没有污水要运送时，管道内部具有基 本上同样的压力。管道敷设成锯齿形，具有一个上升部，一个 下坡部和一个低点部，在此低点部处，在运送周期中没有排出 去的残留污水聚集于此并处于静止状态，在一段时间内便具有 了短暂的管道间歇性封闭状态，从而使管道中的真空或负压降 达到最小程度，以保证有足够的真空或负压可用来操作该控制 阀。根据本发明的另一方面，该设备包括一个在大气压力下的 重力-喂给污水收集箱，其中收集的东西通过所述污水控制阀 间歇地注射进入一个敷设成锯齿形的真空加压管道，该设备允 许所述管道的全部内部达到足够的真空度并被连通在一起。
与上述真空污水运送系统相偶联的是一个EAAC(进气电控 器)装置用来自动地启闭一个空气控制阀，该空气控制阀连接 在装有污水控制阀的真空污水运送管道中，而且并不依靠于污 水控制阀上游处的污水积聚的液面高度，这是为了将处于大气 压力下的额外的空气注射进入该真空运送管线以施加额外的压 力到那里的大量污水上去，以辅助其运送来避免积水情况。该 装置的最简单的形式包括一个电磁阀和一个定时器。当定时器 动作时，它驱动电磁阀，该电磁阀的动作使来自外部源的真空 或负压作用于空气控制阀，并通过压力差而将空气控制阀加以 开启。当定时器的周期按时完成时，大气压力再次被导入空气 控制阀中以关闭该阀。定时器动作的预先规定的频率和持续时 间是计算出来的，以允许足够的大气压力下的空气将被引入到 运送管道的污水上以防止积水。
在一个最佳实施例中，一个压力开关和定时-延迟部件被 加入到EAAC系统中。压力开关监视着位于控制阀下游的运送 管道中的真空压力差。当真空度降落到或低于预先规定的水平， 例如，30.48厘米水银柱，该压力开关就驱动该定时-延迟部 件。当定时-延迟周期完成时，如果在管线中的真空压力差的 强度还是不足，则定时部件被驱动。该部件接着驱动所述的电 磁阀。
此外，该定时-延迟部件再次被驱动，而压力开关则监视 着在运送管道中的真空度，直到定时-延迟周期完成为止。在 另一个最佳实施例中，定时和定时-延迟部件或模件具有控制 旋钮用于调节它们的相应的动作周期的持续时间。
在另一个最佳实施例中，该EAAC装置与一个传感-控制组 件串联起来，当某个预先规定的污水液位在污水控制阀上游处 的储存箱中积聚起来的时候，该传感-控制组件通常将循环地 启动该污水真空控制阀。在这个具体的实施例中，当电磁阀被 驱动时，就将一个外部源的大气压力传送到传感-控制组件，接 着由于压力差的作用驱动开启了污水控制阀。当该定时器的周 期完成时，真空压力被再次输送到该传感-控制组件，该组件 将压力差作用颠倒过来，并接着对关闭该污水控制阀作出反 应。在这个具体的实施例中，专门的空气控制阀将不再需要。
当EAAC装置与真空污水运送系统结合起来时，真空管线 中可以具有多个锯齿状的管段以致所有那些上升部的压力损失 的合计值相等于或超过最小的可用于真空收集站的真空或负压 条件的合计值减去需用来操作控制阀的压力头。这样做了以后， 总扬程大于4米可被设计进该管线中去了。