一种无动力自动虹吸给排水系统的制作方法

本发明涉及给排水管道传输及其控制技术领域，具体是指一种无动力自动虹吸给排水系统。

背景技术：

虹吸系统多用于清洁液体介质的给水系统，传统的虹吸系统产生虹吸的方法有多种，常见的形式有：其一是在虹吸管道的进出水口均设水封井，然后对虹吸管道抽真空，通过大气压力将虹吸管道灌满，然后关闭真空压缩机(或自吸泵)及排气阀门，自然形成连续的虹吸过程；另一种方法类似水泵的真空引水过程，是在虹吸管道进出水口均设常闭的阀门或动力阀门，当需要启动虹吸系统时，一般先通过水泵往虹吸管内灌水，水灌满后关闭进水阀门，再先后开启虹吸管进出水口的阀门或动力阀门，实现虹吸现象产生的目的。根据现有技术可知，要实现以上两个方法形成虹吸的电气自动化过程已经不是难事，但已实现自动化控制的成熟产品很少，能用于洼地排水的虹吸系统成熟产品也几乎没有。由于动力消耗成本和管理维护成本的产生，往往使得虹吸给排水系统运用的综合成本较高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种无动力自动虹吸给排水系统，包括低区水源，虹吸管，虹吸水流控制设备，排气单向阀和注水设备五部分，其中，所述低区水源包括进水管，低区水池和带滤网吸水井，所述虹吸水流控制设备为自动泄压阀，所述注水设备包括注水管，液压控制阀，虹吸先导阀，水封弯管，高区水源，液压管及气压管，所述自动泄压阀位于虹吸管的出水口，所述虹吸管的入水口接入低区水池底部的带滤网吸水井，所述水封弯管位于虹吸管的最高处且靠近入水口；

所述排气单向阀和注水管位于水封弯管的管段上，所述注水管连接高区水源，所述注水管的注水过程由设于其上的液压控制阀控制；

所述液压控制阀由虹吸先导阀控制，所述液压控制阀和虹吸先导阀通过所述液压管连接，所述液压管上设有延时自闭阀，所述虹吸先导阀设于低区水池液面之上；所述虹吸先导阀通过气压管和虹吸管的顶部管段连接。

进一步地，所述虹吸先导阀分为液压增压机构和液压卸压机构两个独立部分，且二者均设置在底板上，其中，所述液压增压机构用于驱动液压控制阀开启，所述液压卸压机构用于驱动液压控制阀关闭。

进一步地，所述液压增压机构包括浮球、杠杆、活塞杆、和活塞部一，所述液压增压机构利用浮球提供的外力通过杠杆驱动活塞形成足够的位移，从而通过液压介质传递动力驱动液压控制阀开启，其中，

所述杠杆一端连接浮球，另一端连接在支架上，其靠近支架一端设有滑槽；

所述活塞杆一端连接在杠杆上的滑槽内，所述活塞杆另一端连接在活塞部一内；

所述活塞部一包括活塞筒一、位于活塞筒一内的活塞，所述活塞下端与活塞杆连接，所述活塞在活塞杆的推动下经导向孔上下运动；在所述活塞筒一的上端盖设有液压管接口，所述液压管接口连接液压管，在所述活塞筒一的下端盖设有导向孔及阻尼通气孔。

进一步地，所述液压卸压机构包括液压介质箱、延时自闭阀、液压管支架、隔膜、阀体和活塞部二，所述液压卸压机构通过虹吸管的压力变化，并利用大气压力提供推力，进而开启液压管上的延时自闭阀，使液压管内的部分液压介质流向液压介质箱并卸压，进而驱动液压控制阀关闭，其中，

所述液压介质箱固定在底板上，所述液压介质箱上设有盖板和通气孔，所述液压介质箱通过液压管连接至液压增压机构的液压管接口处，所述延时自闭阀为按钮型，位于液压介质箱的下部，且所述延时自闭阀通过液压管支架固定；

所述液压管支架的另一端通过法兰螺栓设于阀体上，且所述液压管固接在液压管支架上；

所述阀体设为边缘带有法兰的帽型结构，所述阀体螺接在底板上，所述隔膜位于阀体和底板大圆孔洞之间，使得所述隔膜和阀体之间形成压力腔；所述压力腔上设有压力源接口，所述压力源接口通过气压管连通虹吸管顶部；

所述活塞部二位于阀体的圆心，所述活塞部二包括气压杆筒和气压杆，所述气压杆一端与隔膜触接或固接，另一端与延时自闭阀的按钮触接。

进一步地，所述自动泄压阀及所述液压控制阀均为常闭快开型。

进一步地，所述排气单向阀在注水阶段排气但不排水，在虹吸发生阶段不吸气。

进一步地，所述低区水池的最高液面高于虹吸管管顶时，本系统的注水设备取消。

进一步地，所述虹吸系统在无水量调节要求且水质不影响系统运行时，低区水源设施取消，由虹吸管直接承接来水。

进一步地，通过设置单独的收集传输系统，所述高区水源无需额外动力即可实现其水量水压要求。

进一步地，还包括位于虹吸管上的支管，所述支管上设有止回阀，且在所述支管与虹吸管的连接处还设有水射器，所述高区水源的高度满足水射器的工作压力要求。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：

本发明提供的系统，能够实现无人值守的自动虹吸给排水；且本发明提供的系统只需利用水的重力势能，不需要消耗其他的能量，自动化程度高，且能运用于市政、工业、多层及高层建筑的给排水，使用范围较广。

附图说明

图1是一种无动力自动虹吸给排水系统的实施例一示意图；

图2是一种无动力自动虹吸给排水系统的实施例二示意图；

图3是一种无动力自动虹吸给排水系统的实施例三示意图；

图4是一种无动力自动虹吸给排水系统中先导阀的示意图；

图5是一种无动力自动虹吸给排水系统中液压增压机构的剖面图；

图6是一种无动力自动虹吸给排水系统中液压卸压机构的剖面图；

图7是一种无动力自动虹吸给排水系统中底板的剖面图；

图8是一种无动力自动虹吸给排水系统中底板的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种无动力自动虹吸给排水系统，包括低区水源，虹吸管2，虹吸水流控制设备，排气单向阀3和注水设备，其中，低区水源包括进水管4，低区水池5和带滤网吸水井6，虹吸水流控制设备为自动泄压阀1，注水设备包括注水管11、液压控制阀8、虹吸先导阀9、水封弯管12、高区水源7、液压管10及气压管13，自动泄压阀1位于虹吸管2的出水口，虹吸管2的入水口接入低区水池5底部的带滤网吸水井6，水封弯管12位于虹吸管2的最高处且靠近入水口；

排气单向阀3和注水管11位于水封弯管12的管段上，注水管11连接高区水源7，注水管11的注水过程由设于其上的液压控制阀8控制；

液压控制阀8通过虹吸先导阀9控制；液压控制阀8和虹吸先导阀9通过液压管10连接；液压管10上设有延时自闭阀34，虹吸先导阀9设于低区水池5液面之上；虹吸先导阀9通过气压管13和虹吸管2的顶部管段连接。

传统的液压管10是利用油泵提升液压，从而带动活塞及活塞杆做功；本发明是通过浮球21带动活塞，利用液体介质做功的。与现有常规的液压系统技术相比，为反向液压机构，只利用液面上升提供动力，无需外接其他能源及动力设备，因此达到无动力的技术效果。

虹吸先导阀9包括液压增压机构91和液压卸压机构92两个独立部分，且二者均设置在一个底板30上，其中，液压增压机构91用于开启液压控制阀8，液压卸压机构92用于关闭液压控制阀8。

液压增压机构91包括浮球21、杠杆22、活塞杆23、和活塞部一241，液压增压机构91利用浮球21提供的外力通过杠杆22驱动活塞23形成足够的位移，从而通过液压介质传递动力驱动液压控制阀8开启，其中，

杠杆22一端连接浮球21，另一端连接在支架25上，其靠近支架25一端设有滑槽20；

活塞杆23一端连接在杠杆22上的滑槽20内，活塞杆23另一端连接在活塞部一241内；

活塞部一241包括活塞筒一26、位于活塞筒一26内的活塞28，活塞28下端与活塞杆23连接，在活塞筒一26的下端盖设有导向孔及阻尼通气孔，活塞28在活塞杆23的推动下经导向孔做上下运动；在活塞筒一26的上方设有液压管接口27，液压管接口27连接液压管10。

在利用虹吸先导阀9控制液压控制阀8来实现其开启的过程中，是通过浮球21实现的，即为：当浮球21受到的浮力达到预定值时，活塞28被推动，从而实现开启液压控制阀8的目的；当虹吸现象发生时，虹吸先导阀9感知到虹吸管2管内的压力变化，自动使得液压管10卸压，从而实现关闭液压控制阀8的作用。虹吸发生后，低区水池5的液面逐渐下降，增压机构的活塞28及活塞杆23因重力逐渐下降。

杠杆22通过螺栓转轴一连接在支架25上，活塞杆23两端均通过螺栓转轴二分别连接在杠杆22、活塞28上。

杠杆22上设置的与螺栓转轴适配的滑槽20，能够实现二者的滑动连接；在液压增压机构91的下部设置了与活塞筒一26适配的下端盖，并在下端盖上设置了阻尼通气孔，从而避免浮球21瞬间上浮带来的冲击。

液压卸压机构92包括液压介质箱35、延时自闭阀34、液压管支架39、隔膜32、阀体31和活塞部二41，液压卸压机构92通过虹吸管2的压力变化，并利用大气压力提供推力，进而开启液压管10上的延时自闭阀34，使液压管10内的部分液压介质流向液压介质箱35并卸压，进而驱动液压控制阀8关闭，其中，

液压介质箱35固定在底板30上，液压介质箱35上设有盖板和通气孔，液压介质箱35通过液压管10连接至液压增压机构91的液压管接口27处，延时自闭阀34为按钮型，位于液压介质箱35的下部，且延时自闭阀34通过液压管支架39固定；

液压管支架39另一端通过法兰螺栓设于阀体31上，且液压管10固接在液压管支架39上；

阀体31设为边缘带有法兰的帽型结构，阀体31螺接在底板30上，隔膜32位于阀体31和底板30之间，从而使得隔膜32和阀体31之间形成压力腔；压力腔上设有压力源接口36，压力源接口36通过气压管13连通虹吸管2顶部；

活塞部二41位于阀体31的圆心，其包括气压杆筒37和气压杆38，气压杆38一端与隔膜32触接或固接，另一端与延时自闭阀34的按钮触接。

自动泄压阀1及液压控制阀8均为常闭快开型。

排气单向阀3在注水阶段排气但不排水，在虹吸发生阶段不吸气。

低区水池5的最高液面高于虹吸管2管顶时，本系统的注水设备取消。

虹吸系统在无水量调节要求且水质不影响系统运行时，低区水源设施取消，由虹吸管2直接承接来水。

通过设置单独的收集传输系统，高区水源无需额外动力即可实现其水量水压要求。

本发明系统还包括位于虹吸管2上的支管，支管上设有止回阀14，且在支管与虹吸管2的连接处还设有水射器15，高区水源的高度满足水射器15的工作压力要求。

本发明中的液压增压机构采用的是杠杆加简化活塞结构，通过浮球21及杠杆22推动活塞28实现液压的明显变化，并完成足够的位移，从而操控液压控制阀8(也称液动控制阀，为常闭快开型)开启。

如附图5中的液压增压机构91的剖面图，图中浮球21和杠杆22为统一整体，通过螺栓转轴24固定在支架25及底板30上，活塞杆23一端通过螺栓转轴24固定在杠杆22上，另一端通过螺栓转轴24固定在活塞28上，而活塞28设置于活塞筒一26内。通过浮球21的升降实现活塞28的位移，活塞筒一26内的液压腔通过顶部的开孔即液压管接口27连接液压管10。活塞筒一26的外壁(即靠近底板30一侧沿活塞筒一26的轴向)焊接有一块开孔平板，因此活塞筒一也能通过螺栓29固定在支架25及底板30上。

如附图6中的液压卸压机构92的剖面图，液压卸压机构92采用的是隔膜结构，带法兰的阀体31、隔膜32通过螺栓固定在有挖圆孔的底板30上，隔膜32和阀体31之间形成一个密闭的压力腔，另一侧因整个底板30通过带脚垫的膨胀螺栓33架空而直通大气。压力腔有一个压力源接口36，其通过气压管13直接连接虹吸管2的顶部区域，阀体31外侧中心装有气压杆筒37及气压杆38，其中，气压杆38穿过阀体31，液压管支架39用于固定液压管10及延时自闭阀34。当压力腔压力降低时，大气推动隔膜32及气压杆38产生位移，气压杆38的位移用来开启液压管10上按钮式的延时自闭阀34，使液压管10内处于高压的部分液体介质流向上方的液压介质箱35，从而使整个液压管10的压力迅速降低并使液压控制阀8关闭。带盖板和通气孔的液压介质箱35也通过螺栓固定在底板30上。

低区水池5液位逐渐降低时，浮球21及活塞28因重力下降，液压管10的压力降低，大气压力又促使液压介质箱35内的部分液体介质又逐渐回流到液压管10内，而此时延时自闭阀34仍然处于开启状态。低区水池5液位降低到最低点时，虹吸被破坏，液压卸压机构92的压力腔压力升高，延时自闭阀34自行关闭，隔膜32及气压杆38也因延时自闭阀34内的弹簧和大气压力的综合作用而复位，无动力自动虹吸系统即进入到下一个循环。

底板30的阴影部分为开孔区域，可实现隔膜32的非压力腔面直通大气。

实施例一

如附图1，此实施例属于典型的虹吸系统，运用在低区水池5的最高水位低于虹吸管2的管顶的场景，当然，低区水池5的最低水位距虹吸管的管顶高差小于大气压力能承受的最大水压高差也是必要条件，系统的工作过程为：

先将来水分区，通过单独的管网收集传输高区水源，实现注水过程无需额外动力，随着低区水池5的进水管4向低区水池5不断的注水，低区水池5的水位逐步上升，当其水位达到阙值后，虹吸先导阀9根据液位信号驱动液压控制阀8开启，高区水源7开始通过注水管11往虹吸管2内注水，同时虹吸管2内的空气逐渐通过仅排空气不排水的排气单向阀3排出；注水完成后，位于虹吸管2出水口的常闭快开型自动泄压阀1因压力达到阙值自动开启，同时虹吸先导阀9通过气压管13感知到虹吸管2的压力突然降低后，驱动液压控制阀8关闭，排气单向阀3也因虹吸管2的压力突然降低而自然关闭，故整个虹吸管2重新形成一个完整的封闭系统，从而实现较高负压的无动力虹吸过程。虹吸发生后，低区水池5的液面逐渐下降，浮球21也因重力作用逐渐下降并复位，当虹吸完成并被破坏时，虹吸管2顶部的压力突然升高，大气因此无法继续给液压卸压机构92的隔膜提供推力，进而延时自闭阀34因自身弹簧的作用复位，整个系统即进入下一个循环。

本实施例运用于特殊地质条件的市政水力工程中，可大量节约工程造价。与现有水泵真空引水过程不同的是：本发明实施例取消了虹吸管2进水口的底阀或止回阀，并增加了水封弯管12，从而增加该系统的可靠性。但是，采用该措施的前提是注水过程中虹吸管2内残存的部分空气不足以破坏虹吸现象的产生，否则需要加装底阀或止回阀。

因此，本实施例的创新之处在于：

(1)将水源系统竖向分区(高区水源和低区水源)，以高区水源7提供注水所需能源，从而利用高区水源的重力势能实现注水乃至虹吸全过程的自动化，且由于实现注水过程的水头很低且水量很小，在无外接动力的情况下，通过设置单独的收集传输系统即可实现，此方法满足绝大部分的工程实际条件；

(2)虹吸先导阀9的采用，使得本发明达到了通过液压控制原理实现无人值守的自动虹吸技术效果；

(3)将一般用于其他场景的常闭快开型自动泄压阀1引入本发明虹吸系统中，从而达到根据虹吸管2的压力变化自动完成启闭的目的。

实施例二

本实施例的运用场景为：低区水池5的最高水位经常性地高于虹吸管2的管顶，本质上说即是低区水池5的最高水位即可满足虹吸管2注水的水位要求，因此高区水源7与低区水池5的水源合二为一，故实施例一中的一些注水相关设施在本例中可以拆除不用。

如附图2，仅保留自动泄压阀1、虹吸管2、排气单向阀3、低区水池进水管4、低区水池5和带滤网吸水池6，即可实现自动虹吸过程。需要注明的是，在没有水量调节需求且水质对系统运行不产生影响时，甚至低区水池进水管4、低区水池5以及带滤网吸水井6也可取消，由虹吸管2直接承接高区水源7，经自动泄压阀1及排气单向阀3的协同配合，即可实现自动虹吸的技术效果。本实施例可广泛运用于市政、工业、水处理及建筑给排水系统中。

因此，本实施例的创新之处在于：将一般用于其他场景的自动泄压阀1引入本发明虹吸系统中，位于虹吸管2出水口的自动泄压阀1在排气单向阀3的配合下实现自动虹吸。

实施例三

如附图3，本实施例的运用场景为：低区水池5的最高水位标高低于自动泄压阀1的标高且高位水池的高度足够。系统由自动泄压阀1连接虹吸管2，虹吸管2上设一个水射器15，水射器15的吸水口接一个虹吸管2的支管至低区水池5底部的带滤网吸水井6中，该支管上还需设一止回阀14。

类似上述实施例一和实施例二，虹吸管2主干管上设若干排气单向阀3，虹吸管2的主干管进水端接高区水源7。不同的是高区水源7应有足够的高度，其与水射器15的垂直高差大于水射器15的最小工作压力值。经此设置，也可达到低位水池5的自动虹吸的技术效果。需要注明的是：实际运用中，为了提高安全可靠性，低位水池5中可以设置备用潜水泵，在超高水位时自动启动。

综上，将本实施例三运用于高层建筑中，充分利用高层建筑排水的重力势能，使传统的重力流排水转变为压力流排水的同时，通过水射器可以将局部洼地或地下室的排水实现无动力排放。实施例一及实施例二的运用场景共性是水源标高高于自动泄压阀1，实施例三运用场景则表现为部分水源标高低于自动泄压阀1。