真空排污系统及其控制装置的分析与研究-本科毕业论文.docx

2015上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 正文本科毕业设计（论文 ）题 目： 真空排污系统及其控制装 置 置的分析与研究 学 号：20114813619姓 名：邓捷 班 级：11机自A3 专 业：机械工程及自动化 （机械制造） 学 院：工学部 入学时间：2011级 指导教师：沈歆迪 日 期：2015 年 5月12日毕业设计（论文）独创性声明本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。除文中已经注明的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日 期：真空排污系统及其控制装置的分析与研究摘要在制造工业高速发展的当代，以重力为传输原理的管道系统已经无法适应现今的生活所需，更不用说供应航运和航空这种对重力式产品有严格要求的工业链。本篇论文分析和研究的主要内容是，以真空动力源在管道系统中产生负压，从而使污水在管道系统内不受重力影响沿着既定的管道线路流至指定处理装置。因工作原理不同，所以重力式系统的装置与真空式系统的装置也不甚相同。而本篇论文则会着重介绍真空式系统。关键词：真空系统；排污装置；控制装置；排污系统；重力系统。Analysis and research of vacuum sewerage systems and control devicesABSTRACTIn contemporary manufacturing industry high-speed development, with gravity as the transmission principle of the pipeline system has been unable to adapt to todays life need, not to mention the shipping and air supply this product has strict requirements for gravity type of industrial chain.Analysis and research the main content of this paper is, with negative pressure is formed in vacuum power supply in the pipeline system, so that the sewage in the pipe system is not affected by gravity flow along the pipeline route set to specify the processing device.Due to the working principle is different, so the gravity system device and vacuum system of the device is not very the same.While this paper will focus on the vacuum system.Key words：The vacuum system;Discharge device;Control device;Drainage system;Gravity system.目录1绪论11.1真空与重力的区别简述11.2分析与研究应用真空排水系统21.2.1重力排水系统的不足的分析21.2.2真空排水系统与重力排水系统的对比分析22真空排污系统32.1真空排污系统的组成及工作原理32.2真空收集系统32.2.1真空收集系统的组成及工作原理32.2.2真空罐收集装置32.2.3真空马桶42.2.4电气监控系统42.2.5真空收集系统各组成的主要参数52.3真空泵站72.4连接设备的各级管路82.5真空排污系统的在市场中的应用实例82.5.1室外真空排污系统82.5.2室内真空排水系统122.6真空排污系统的优化方案243真空排污系统的控制装置263.1真空排污系统控制装置按钮263.1.1按钮的现有技术263.2按钮的优化设计284真空排污系统的动力装置294.1真空排污系统装置的计算过程及数据294.1.1真空罐污水收集系统方案计算294.1.2真空动力装置294.2使用Auto Inventor软件制图364.2.1 Auto Inventor软件简介364.2.2 Auto Inventor软件使用过程及附图375结论40致谢41参考文献42附录4311绪论1.1真空与重力的区别简述真空排污的使用在市场上的需求日益增多，并有逐渐取代使用重力排污的趋势，本篇论文所要表达的正是有关真空排污系统及其控制装置的分析与研究的相关内容。相较于真空系统，重力系统在上世纪的工业革命中发挥着不可替代的作用。重力系统可应用于各领域的多种行业，比如在航天航空和航运行业中，可用于制造动力推动系统，机械保护装置等；在建筑行业及生产工业领域，可用于制造各种机械设备，数控自动化机床等。之所以说，重力系统不可替代，是因为所有生产活动的生产环境都是在有重力的前提下进行的。在我们生活的环境中，重力是不能忽视的存在，更不用说，在生产活动中，重力有的时候或是阻力，或是动力。随着工业链的高速发展，重力已然不能再成为大生产活动中不可抗力的条件了，因为现在的生产环境较之过去改变的就是，目前已经可以创造零重力的生产环境。也就是说，有关重力的所有阻碍工业发展的因素皆可被一一排除。重力系统的作用也就大大降低了。而且，在很多情况下，重力系统无法使用，例如航天行业中必须要面对的失重情况；航空航运行业中，飞机在飞行时，受压改变及船舶会随水流不断晃动；建筑和工业行业中，上升管路动力不足等情况。真空系统则可以在上述的所有环境及受重力影响的任何环境下正常使用，而真空，是相对于大气压产生负压的环境的总称。1.2分析与研究应用真空排水系统1.2.1重力排水系统的不足的分析目前，重力流排水系统是依靠废污水的重力来输送的，在应用过程中存在以下不足：1. 重力流厕具耗水量大，一般每次冲厕耗水6-12升；2. 将大量相对清洁的生活用水与粪尿混合收集，加大了污水处理厂的污水处理量；3. 每幢建筑物必须建化粪池并且必须与市政管网相连，增加了建筑上的费用；4. 输送管道须具有倾斜度，当管道达到一定距离时须建立提升泵站将污水提升一定高度再向下倾斜输送，使能耗和建造成本加大；5. 重力流输送压力有限，因此为了避免堵塞，输送管道的管径必须足够大，增加了建造成本；6. 对山地、海滨、地下室以及地势低的区域为了实现重力流必须增加大量的投资。1.2.2真空排水系统与重力排水系统的对比分析真空排水系统与重力流排水系统相比具有以下优势，这些优势可以弥补重力流排水系统在应用中的不足：1. 真空便器耗水量极少，一般每次冲厕耗水约0.8升左右；2. 真空排水系统将相对清洁的生活用水与粪尿分开收集处理，减小了污水处理厂的污水处理量；3. 应用真空排水系统可以不建化粪池并且不必与市政管网相连，减少了建筑上的费用；4. 管道是压力输送，可任意上行下行，无需提升泵站，这样可以降低输送能耗，节约建造费用；5. 输送方式为真空抽吸，管径适当的小更有利于输送，降低了堵塞概率；6. 山地、海滨、地下室以及地势低的区域应用真空排水系统可节约大量建造费用。对于真空系统在市场及生活中的应用实例将会在下文中详细描述。2真空排污系统2.1真空排污系统的组成及工作原理一般情况下，真空排污系统的组成单元有：真空收集系统，真空泵站，连接设备的各级管路。2.2真空收集系统真空收集系统的主要功能是由电气控制面板控制的收集单元和监控系统。真空收集系统的收集单位有以下功能:真空式的收集装置（马桶、水槽、地漏等）；将污水排放至水箱的操作；连接管路和泵站。市场上实用型的真空收集系统，通过真空泵产生真空，污水被吸到到真空罐内。真空泵的启动和关闭由真空压力开关（压力可调）控制。工作液（淡水）可以实现自动补充水。2.2.1真空收集系统的组成及工作原理真空收集系统是利用真空罐收集原理产生真空将真空马桶和小便斗的污水收集到污水收集罐，并排放到舷外或污水处理装置。系统需满足船级社CCS的相关规范和要求。该系统包括三个部分，真空罐收集装置，真空马桶，电气监控系统。2.2.2真空罐收集装置真空罐收集装置包含：水环真空泵，排污泵，真空压力开关，真空压力表，PLC控制箱，真空收集罐，吊装底座。而水环真空泵和排污泵统称为一套独立的真空收集罐单元。2.2.3真空马桶真空马桶包含：挂壁式真空马桶343 套（P/N:8000964）。手动按钮，利用真空管路内的负压启动。真空马桶为陶瓷本体，手动按钮，气动操作。操作时，用手按动按钮，排污阀开启，冲水阀也同时开启，污水被抽吸干净后，排污阀将关闭，冲水阀将延时关闭，保证马桶有一定存水，并且可以上排水或下排水。2.2.4电气监控系统监控系统的操作是包含基本功能控制面板的真空系统控制装置。1.流量计的结构与原理：玻璃转子流量计是带有透明锥形 管，直接观察浑子(转子高度的指示式仪表，它在恒压差条件下利用流通截面的变化来测量非混浊的液体或气体的流量。它的特点是结构简单、使用可靠，易于安装，维修方便，压力损失小。流量计的主要测量元件为一根小端向下，大端向上的垂直安装的锥形玻璃管(简称锥管及其在内可以上下移动的浮子。当流体自下而上流经锥管时，在浑子上、下之间产生差压，浮子在此差压作用下上升，当使浮子上升的力与浮子所受的重力、浮力及粘性力三者的合力相等时，浮子处平衡位置。因此，流经流量计的流体流量与浮子的上升高度，即与流量计的流通面积之间存在着一定的比例关系，浮子的位置高度可作力流量量度。如图2-1所示。图2-1 流量计示意图1、 流出嘴2、上基座3、推压杆4、锥形玻璃管5、有机罩壳6、支承板7、浮子8、下底座9、下基座10、流入嘴11、针形阀2.真空系统的PLC控制箱：PLC控制箱能保证整套系统自动运行，而且具有以下关键的功能：1. PLC控制箱具有远程应急停止功能。舷外排放应急停止，污水处理装置排放应急停止，污水收集舱排放应急停止，本地或其它遥控应急停止。当污水处理装置停止运行，或出现故障时，PLC 控制箱将给出报警，并且停止真空收集罐的排放泵继续往污水处理装置内排放污水，避免污水从污水处理装置内溢出。2. PLC控制箱具有全面的自动报警功能。包括：高液位报警和停真空泵，低液位延时报警和停排放泵。真空泵和排放泵的故障报警。管路真空过低报警。水环泵工作液短缺报警。3. PLC控制箱具有全面的正常运行显示功能。各种泵正常运行显示。4. PLC控制箱具有全面的手动操作功能。各种泵都有手动操作功能。5. PLC控制箱具有全面的泵组自动启动和交替运行功能。低谷时，只有一台泵（真空泵或排放泵）运行，若没有在30秒内（时间可调）未达到要求的真空或液位，第二台泵（真空泵或排放泵）会自动运行。真空泵站内的泵能交替运行，有利于延长泵的使用寿命。6. PLC控制箱具有控制真空泵工作液自动补给功能。7. PLC控制箱具有远程报警功能。报警信号为无源常闭触点。2.2.5真空收集系统各组成的主要参数整个真空收集装置只有一个主电源连接，3x380VAC/50Hz。控制电源由控制箱内部的变压器提供电源。真空罐收集装置还有污水排放口，臭气排放口，冲洗口，补充工作液口，各外部法兰接口带配对法兰。管路安装接口设置，见表1，2。表1 真空罐收集装置污水进口位置入口管道通径DN80GB2506-89管道标准PN10数量8(可调整)/真空收集罐表2 真空马桶排放口位置真空马桶后部管道通径DN40GB2506-89管道标准PN10数量 8(可调整)/真空马桶真空收集罐的罐体为不锈钢316，体积为一立方米。底座材料为Q235。电器元件为施耐德产品。压力开关为 DANSS产品。该装置的所有污水罐和管件材料都为316L（对应的国外标准为EN1.4404）,底座支架材料为 Q235，喷涂环氧油漆。所提供的污水泵为粉碎泵，荣成壮发水泵厂（或国内同等品牌船用泵厂）生产，电机轴承为 SKF轴承。所提供的水环真空泵，为国际品牌（Gardner Denver或 Busch）电机轴承为 SKF 轴承。排放泵（带CCS要求的粉碎功能）电源为3380 VAC/50Hz；4KW；IP54。功率16kW。真空收集系统总体积为L2100mmW2050mmH1960mm;重量为1350kg。真空收集系统的总电气图，见图2-2。图2-2 真空收集系统总PLC电气图2.3真空泵站真空泵站通过电机提供动力，在所既定的管道路线内能形成负压，从而促使对污水的排放和收集操作的进行。真空泵站也可设置于排水点下方，使得泵房的选择可以更加的便利。真空泵的平衡回路可以保证泵的平稳启动。真空泵如图2-3所示。图2-3 15泵功能简介实体图2.4连接设备的各级管路连接设备的各级管路则是为了保证泵站有可产生的负压的环境，一般连接的有排放阀，止回阀，溢流阀等端口控制装置，电机泵等动力装置，和真空收集系统的收集单元等。真空管道，真空排污系统和污水收集槽本身是在大气压力下进行工作的。1.连接设备的排水管路：如果污水处理设备的排放水平内部高于外部,就需在排放管内安装水阀,在清水池内水阀的最高点应该高于报警电平开关的最高点。对于安装有两个排放泵的泵站，则建议在所有与泵连接的排放管路内安装止回阀。2.连接设备的通风管道：以确保通风管道的正当功能,空气能最大限度地直接沿着管路不断上升是非常重要的。因此可以不使用负仰角和水阀，而900管弯曲的使用应该控制到最低水平。排水阀必须安装在各个关键的位置。3.紧急溢流管道：以防专用溢流线安装,这不是也不相似于一个封闭槽内的安装管路或一个封闭的管道系统,水阀必须确保安装后能消除污气。水阀必须配备一个合适的供水装置。2.5真空排污系统的在市场中的应用实例2.5.1室外真空排污系统1 系统简介：室外真空排水系统是利用室外真废污水提升器和真空废污水泵站将分散排放点的废污水集中收集进入一个真空废污水罐内，然后输送至处理站。2 具体方法：在各排放点安装室外真空废污水提升器，断续的废污水利用短距离的重力流进入提升器，当液位达到设定值时，真空废污水提升器自动启动，将废污水抽吸进入真空管路系统，最后将输送至真空废污水泵站。一个三千米以内的区域仅需一个真空废污水泵站。3 应用场合：室外真空排水系统可应用于各种建筑区域的排水系统以及一些特殊场合需要将分散的间断的废水集中收集处理的设施。在以下场合更具有节约建造成本和运营成本的优势。a. 很难实现重力流的海滨山地和建筑排水系统；b. 较远地区与市政管网很难对接的独立排水单元；c. 废污水需要达标排放的风景区、工厂、医院。4 室外真空排水的经济性和优点：采用室外真空排水系统打破了山地、海滨与城市管路网络衔接困难而无法修建用水点的难题，还可将废污水高浓度收集，制作肥料和沼气。也可为中水回用提供最佳排水解决方案。室外真空排水最大服务面积可达到三公里，真空管路铺设不同于常规排水，管路覆土厚度仅需一米左右，且管路埋设不需要设重力流坡度，可任意上行下走，还可绕开障碍物。具体可参考示意图2-4，图2-5。图2-4 室外真空排水示意图图2-5 室外真空排水三维图5 真空废污水泵站设计要求：真空废污水泵站位置的选择十分的便利，真空管路为压力管路，可在任何位置和真空罐实现对接，真空废污水泵站可设置于地面也可设置于地下。具体可参考图2-6，图2-7。图2-6 真空泵站图2-7 真空废污水泵站构成示意图1.真空泵 2.真空罐 3.真空吸入口 4.排污泵 5.泵出排污口6 污水提升器安装数据及要求：室外真空废污水提升装置可根据流量服务于一户或者几户房屋的生活废污水的排放。真空废污水装置内设置有真空隔膜阀组，当收集装置内的污水液位达到一定高度的时候，真空隔膜阀启动，生活废污水被抽吸进入管路输送至真空泵站内的真空罐，由排污泵将水泵出至指定位置或城市管网。7 真空提升设备装修数据及要求：真空提升装置设置于夹墙之内，夹墙净空间为200mm，夹墙采用单层砖墙，设备放置于结构面上面即可，为检修设备方便，可在夹墙上面以真空隔膜阀组为中心开设400X600检修门。每个真空提升设备为方便检修均在夹墙上面设检修门，当设备出现故障，检修人员可轻松进行检修。具体安装示意图如图2-8所示。图2-8 真空提升设备装修示意图2.5.2室内真空排水系统1.系统简介：室内排水为普通常规排水，真空废污水提升闲置设置于室外地下合适的位置，方便收集室内的污水。室内真空排水系统是利用真空便器、室内真空废污水提升器和废污水泵站将生活污水集中收集进入一个废污水罐内，然后输送至处理站。有三种解决方案-重力流与真空结合式方案、纯真空式方案和在线式真空排水方案。这几种排水系统会在下文中详细说明。（1）重力流与真空结合式真空排水系统具体方案如图2-9所示：图2-9 纯真空式和重力流与真空结合式方案示意图纯真空式方案示意图 重力流与真空结合式方案示意图大便器和小便器（均为传统便器，不建议真空便器）采用真空污水提升器收集，地漏水采用真空地漏，洗手水采用真空废水提升器收集，如此废水和污水在进入真空系统前是严格分开的，避免了便器管路的臭气传入废水管路（比如地漏）。VAClift真空废污水提升器和真空地漏通过真空支管路和真空主管路与VACstation真空废污水泵站相连。断续的废污水利用短距离的重力流进入提升器或真空地漏内，当液位达到定值时，真空废污水提升器或真空地漏自动启动，将污水抽吸进入真空管路系统，最后被输送至真空废污水泵站。真空污水提升器设有隔栅和检查口，并有大物件报警提示，可将诸如手机钥匙等物件探测并取出，同时不影响厕所的使用。（2）纯真空式真空排水系统具体方案如图2-9所示：在所有排污点安装真空便器，真空污水提升器和真空地漏，真空便器用于高浓度收集粪尿进入真空污水泵站，真空污水提升器用于收集洗手台、小便器等其它排水设施的污水进入真空污水泵站，真空地漏用于收集地漏水进入真空污水泵站。（3）在线式真空排水系统在线式真空排水系统由真空机组、真空管路及真空卫生器具组成，利用真空机组在压力平衡罐及管道内形成真空，污水在室外大气压与管路真空压差的作用下被抽吸到真空管路并排至真空机组，再由真空机组排放至排污地点。系统使用实例如图2-10，图2-11所示。图2-10 在线式真空泵站集便器简图图2-11 在线式真空泵站集便器三维图2.三种真空排水系统的应用场合：（1）纯真空式方案应用场合纯真空式真空排水系统可应用于各种建筑的排水系统。在以下场合更具有节约建造成本和运营成本的优势。a. 水资源匮乏地区；b. 船舶、火车以及长途汽车等交通工具厕所系统和边远地区公共厕所系统；c. 人流量小的地下室的卫生间排水系统；d. 传染病医院，密闭收集避免了病菌的传播。（2）在线式真空排水方案应用场合在线式真空排水系统可应用于各种建筑的排水系统，在以下场合更具有节约建造成本和运营成本的优势。a. 人流量小的火车船舶厕所；b. 偏远的公厕。（3）重力流与真空结合式方案应用重力流与真空结合式真空排水系统可应用于各种建筑的排水系统。在以下场合更具有节约建造成本和运营成本的优势。安装图如图2-12所示。a. 火车站、地铁站人流量较大的地下室卫生间；b. 商用建筑大型多卫生间地下室可共用一个真空污水泵站实现联网。图2-12 地铁卫生间表3 三种真空排水系统的比较对比项目纯真空式在线式重力流与真空结合式评价真空泵启动次数由于有比较大的真空污水罐，帮真空泵启动次数较少由于是在线式产生真空，故真空泵启动频繁由于有比较大的真空污水罐，故真空泵启动次数较少在线式不适合人流量大的场合对大物件的过滤无过滤装置，真空便器的真空隔膜阀容易被卡，污水泵易堵塞无过滤装置，真空便器的真空隔膜阀易被卡，凸轮泵易堵塞有过滤装置，故障率低重力流与真空结合式故障率低系统维护量较大，真空便器故障率高，维护费用得重力流与真空结合式的1.5倍在，真空便器和凸轮泵故障率高维护费用是重力流与真空结合式的3倍真空污水罐小，系统故障率低重力流与真空结合式维护量最小投资30-40万80-100万30-40万在线式投资高3.室内真空排水：室内真空排水系统优点，示意图2-13，图2-14，图2-15如下：图2-13 室内真空排水系统三维示意图1图2-14 室内真空排水系统三维示意图2图2-15 室内真空排水系统示意简图a. 采用室内真空排水系统解决了传统建筑给排水领域地下排污难，建筑改造排污等问题。真空排水系统实现了同层排水，避免了地下室卫生间修建及水坑带来的臭气外溢、蚊蝇滋生等现象。b. 采用真空排水系统可将泵房与排水点设置在同层，实现了同层排水，在土建上省去了修建集水坑的费用。表4 室内真空排水系统接口数据通气总管排污管供电（根据泵站型号）485总线信号通讯泵房给水管泵房面积提升器DN40泵站DN40汇总DN100污水泵DN50汇总DN100压力管道380ACV50Hz综合故障报警污水泵故障报警真空泵故障报警污水提升器有异物提示废水提升器有异物提示DN253m4m4.室内真空排水也可服务于多层的建筑排水：室内真空排水也可服务于多层的建筑排水，也可打破常规排水中较远排水点重力流走坡难以实现的困扰。在一些排水点分散，高层改造等项目中，常会出现重力流管线过长，重力流铺设难以实现等困难，利用真空排水可解决以上问题。5.室内真空排水通气管路设置：真空排水通气管路设置不同于常规排水，需要设置的通气管路有重力流通气管路和真空泵液位分离器通气管。室内真空排水通气管路设置方法为重力流通气管路和真空泵通气管路汇成一根，直接通气至屋面或屋顶。在多层建筑中可直接设一根主通气立管，通气至屋顶。管路安装示意如图2-16所示。图2-16 室内真空排水通气管道设置图6.真空便器：真空便器与传统便器相比节约水源，安装方便，可将生活污水高深度收集，可就地产生沼气并生成肥料。真空便器安装示意图如图2-17所示。图2-17 真空便器安装示意图（1）真空便器技术参数：真空便器负压值可达到0.2-0.6Kg，冲厕时相当于有2-6m水柱产生的压力将水从排出口推出，因此可真正达到节水的效果，真空便器每次冲厕耗水约0.8L。（2）真空便器安装数据及要求：真空便器排出口与真空隔膜阀相连，连接管径为DN50，真空隔膜阀组产生的负压直接将水提升进入真空管路。参数见表5。表5 真空坐便器参数材料本体: 白色陶瓷座圈: PP盖板: 标准PP或静音PP工作数据水压: 200 1000kpa工作真空: -20-60kpa水消耗: 1.5 litres/flush空气消耗: 60 litres/flush重量: 23kg连接供水接口: G1/2”M排放接口: 外径O.D. 50,带卡箍套管（3）两种形式的真空便器介绍：市面上有两种真空便器，一种是便器体加真空隔膜阀的真空便器。另外一种是便器体加凸轮泵的真空便器。前者需要真空污水泵站产生真空并收集污水，后者直接由凸轮泵产生真空并提升每次上厕所产生的粪尿至化粪池或市政管网。（4）两种相容便器的优缺点：便器体加真空隔膜阀的真空便器优点在于真空隔膜阀只是一个上下往复运动，产品寿命长；缺点在于由于依靠集中真空污水泵站提供真空，所以一旦有一个真空便器的真空隔膜阀被卡，真空系统就会崩溃，整个厕所不可用。便器体加凸轮泵的真空便器的优点在于它在每个便器后加了真空泵（凸轮泵具有很强的自吸能力，可谓真空泵），单个便器被卡不会影响其它便器的使用；他的缺点在于每次冲厕都伴随高速运转的泵的提升，尤其在此真空便器用于公厕时更频繁，因此产品寿命短。而且凸轮泵价格很高，此种真空便器价格太高，不易推广。7.人流量大的公共卫生间方案的选择：诸如地铁站、火车站公共卫生间人流量大，人口素质参差不齐，真空便器故障率和人为因素相关性较大。考虑到这一点不建议在诸如地铁站火车站公共卫生间使用真空便器，以降低故障率。与传统便器相比，真空便大价格较高，维护量大。基于以上两点，建议诸如地铁站、火车站公共卫生间选用重力流与真空结合式真空排水方案，而在线式真空排水系统和纯真空式排水系统更适合人流量小的场合。8.真空废污水提升器安装数据及要求：室内真空排水系统设置有提升器，分别为真空污水提升器（如图2-18，图2-19）、真空废水提升器（如图2-20）和真空地漏（如图2-21，图2-22），参数见表6所示。表6 提升器型号名称用途流量最大输入功率供电材质VAClift-WC-1真空污水提升器收集生活污水2-5L/s3W220V50HZ交流PVC材质VAClift-C-3真空废水提升器收集生活杂排放废水2-5L/s3W220V50HZ交流PVC材质VAClift-D真空地漏收集地漏废水2-5L/s3W220V50HZ交流PVC材质图2-18 真空污水提升器图2-19 真空污水提升器安装示意图图2-20 真空废水提升器应用示意图图2-21 真空地漏示意图图2-22 真空地漏安装示意图9.高效节水的生态真空排水系统：（1）节水：系统利用真空厕所系统将人类的大小便高浓度收集，每次冲厕耗水约0.8升。（2）生态环保：系统利用真空厕所系统将人类的大小便高浓度收集，可就地处理产生沼气并生成肥料；优质的生活杂用水利用真空排导系统分开收集，并就地经过简单的处理即可回用。这样不但实现了源头分类，而且更方便快捷地实现了中水回用。从这种意义上讲，系统节水300%。（3）便捷：废污水收集均采用真空技术，管道输送均为抽吸，降低了堵塞故障率；而且管道可以爬坡，解决了同地管道铺设难以及地下室建筑很难实现重力流的难题。在建筑上不用建化粪池，并且可不与市政管网相连，解决了郊远地区与市政管网接口难的问题。（4）应用场合：1)为中水回用或排污控制较严的地区提供最低成本的解决方案。a. 系统利用真空技术将人类的大小便高浓度收集，可就地处理产生沼气并生成肥料。b. 系统将优质的生活杂用水利用重力流分开收集，并就地经过简单的处理即可回用，大大降低了处理成本。2) 为山地、地下室以及郊远地区建筑排水系统提供最佳解决方案。a. 山地的地形铺设重力流管道耗资巨大，本系统利用真空技术抽吸，管道可以任意上行下行，大大降低了建造成本。b. 地下室通风不良，重力流管道臭气外溢，本系统采用真空技术封闭式收集，避免了臭气的外溢，无需污水泵站，克服了重力流管道不能上行的弊端。c. 郊远地区要与市政管网相连，大大增加了管道铺设成本，本系统不用建化粪池，并且可不与市政管网相连，解决了郊远地区与市政管网接口难的问题。（5）高效节水的生态真空排水系统的经济性：应用高效节水的生态排水系统可以让市政、开发商以及直接使用者三方同时获利。a. 直接使用者通过用更少的自来水，排更少的污水而节约费用；b. 市政减少了供水和处理污水的压力；c. 开发商通过出售低成本中水而获利。2.6真空排污系统的优化方案1.关于优化问题：因有机玻璃板的强度限制，螺栓的固定作用不稳定，为解决该问题并保证产品外观整体不变，固有以下改进。a. 在螺栓与有机玻璃板之间，和与螺母之间共同添加一定强度的弹簧垫片。但在后期试验中发现，该方法的效果不显著，工作中的震动仍易造成有机玻璃板产生裂纹及破碎。b. 在螺栓与有机玻璃板之间添加一片钢板，其形状与厚度在附录的图纸中会提供。该法效果较好，现已投入生产使用。2.优化方案示意图如图2-23所示，实际应用如图2-24，2-25所示。图2-23 15泵钢板设计图图2-24 15泵钢板三维图图2-25 15泵钢板在实际中应用示意图3真空排污系统的控制装置3.1真空排污系统控制装置按钮3.1.1按钮的现有技术1.背景：这种真空排污系统和控制装置是先前所已知的，控制装置的基本操作原理在于促动在室内的部分真空和大气压力的交替，以便实现排放阀及冲洗水阀的打开和闭合。已知的解决方案一般具有非常复杂的结构和非常大数量的部件，容易打乱部件的交互作用。这部分是由于它们具有较小的尺寸和易损坏的结构，这造成了控制装置的故障。另外，已知的控制系统装置对于制造和维修而言是昂贵的。2.工作原理：图3-1中所示的真空排污系统1包括污水源2(在这种情况下为以卫生器具形式的污水容器，诸如设有出口的马桶)、污水管路3、在污水源和污水管路之间的排放阀7和用于在污水管路内产生部分真空的装置10。排放阀7的操作由控制装置控制，控制装置包括设有控制机构9和触动机构8。真空排污系统另外包括冲洗水装置，冲洗水装置包括冲洗水供给源11、冲洗水阀12和冲洗水分配装置13，用于给马桶提供冲洗水。控制装置还设置为用以控制冲洗水装置的操作，通常也就是冲洗水阀的功能。图3-1 按钮示意图1、真空排污系统；2、污水源；3、污水管路；4、第一端口；5、第二端口；6、第三端口；7、排泄阀；10、真空装置；9、控制机构；8、触动机构；11、冲洗水供给源；12、冲洗水阀；13、冲洗水分配装置。图3-2更为直观的显示了此控制机构的工作原理。图3-2 按钮示意图图3-3更详细的显示了控制机构9。控制机构9具有包括多个室1，2，和3的主体部。另外，主体部设有用于与真空源（也就是图3-3中所示的污水管路3）连通的第一端口4、用于与排泄阀7连通的第二端口5，以及用于与通气部分（一般而言是大气）连通的第三端口6。这就构成了一个优选的实施例。图3-3 按钮示意图3.技术领域：本次技术创新涉及一种真空排污系统，其中包括污水源、污水管路、在污水源和污水管路之间的排放阀、用于在污水管路内产生部分真空的装置和用于控制排放阀的操作的控制装置。更具体地说，是涉及一种用于真空排污系统的控制装置，控制装置包括具有主体部的控制机构，该主体部限定了三个室，其中第一室设有触动机构，并且主体部设有用于与真空源连通的第一端口。根据污水源，真空系统可能还包括冲洗水装置，冲洗水装置包括冲洗水供给源、冲洗水阀和冲洗水分配装置。优选的是，上述控制装置还控制冲洗水装置的操作。3.2按钮的优化设计在控制装置原理方面，市场上所使用的类型一直是施力方向与受力方向不共线，而这就直接导致了控制装置的外形过大，而不方便制造、安装和实际操作。为解决这一问题，首先要考虑的是在能保证使用性能的前提下，施力方向与受力方向共线。以下便是解决问题的方案，按钮受力示意图如图3-4所示。图3-4 按钮受力示意图按钮初始位置示意图 按钮按下位置示意图4真空排污系统的动力装置4.1真空排污系统装置的计算过程及数据4.1.1真空罐污水收集系统方案计算1.高峰时，船上真空的需要量：假如有10%的真空马桶在同一分钟内使用,空气泄漏30%,产生真空能力余量为 30%。343个马桶10%/min1.370L次1.3 = 4057 L/min= 243 m/h选用的单台水环真空泵的实际额定排量为729m/h。2.高峰时，污水泵排量计算：2.5 L次343个马桶10%/min= 85.75L/min= 5.145 m/h选用的单台污水泵的实际额定排量为15 m/h。4.1.2真空动力装置1.真空泵的电机选择：液压泵的电机的主要部分是电机转子，通电后由额定转速产生扭矩，从而向真空泵站（不管是排放泵还是吸水泵）及整个真空系统提供动力。而电机轴的选择是根据泵的功率决定转子的转速，再确定所选电机轴的型号。真空泵的电机示意图如图4-1，图4-2所示。图4-1 电机示意图图4-2 电机爆炸图（1）电机实际流量Q因为真空排污系统所使用的主要是污水泵，由上述计算结果可知，单台污水泵的实际额定排量q0为15 m/h，公式见表7。表7 液压泵和液压电机的排量和流量公式参数名称单位液 压 泵液压电机排量和流量排量q0m3/h每转一转，由其密封腔内几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积理论流量 Q0m3/s泵单位时间内由密封腔内几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积Q0=q0n/60在单位时间内为形成指定转速，液压电机封闭腔容积变化所需要的流量Q0=q0n/60实际流量Q泵工作时出口处流量Q=q0nv/60电机进口处流量Q=q0nv/60由表中计算公式可得，泵的实际流量为Q=q0nv/60=0.075m/s电机的实际流量就是泵的实际流量，为Q=q0nv/60=0.075m/s（2）电机的工作压力P0实际应用中，液压泵的电机的实际工作压力是不断变化的，而最高压力一般不得超过1.5MPa，假设额定压力为0.6MPa。压力参数见下表8。表8 液压泵和液压电机的压力公式压力额定压力pMPa在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力最高压力Pmx按试验标准规定允许短暂运行的最高压力工作压力P0泵工作时的压力（3） 电机的转速电机的转速是由电机转子来决定，电机转子的转速一般由功率所决定，而本篇论文所研究的是实际使用中的泵，所以转速由泵的型号决定。转速参数见表9。表9 液压泵和液压电机的转速公式转速额定转速nr/min在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速最高转速在额定压力下，超过额定转速而允许短暂运行的最大转速最低转速正常运转所允许的最低转速同左（电机不出现爬行现象）（4） 电