与虹吸系统和真空装置相关的改进的制作方法

本发明涉及虹吸系统和真空泵，并且特别地但不排他地，涉及适用于对虹吸系统进行充注并且将虹吸系统保持在充注状态的真空泵。

背景技术：

1、虹吸管是将液体从一个位置移动至另一位置的非常有用的方式，因为虹吸管在没有外部电源供应的情况下将自然运行。虹吸管仅需要的是，液体的目的地比源头稍低并且重力使液体流动穿过管。

2、例如，只要溪流低于待排出的区域中的水位，虹吸管就可以用于将水从沼泽地的待排出的区域提出，并且可以将水释放到溪流中。只要使用防漏管并且只要管的上游端部保持在待排出的水的水位以下，虹吸管就可以用于将水提升至大约十米。

3、这种将水提升到合理高度上的能力的意义在于，其允许水从例如农场围场、建筑工地、雨水收集点、容易打滑的山坡等的区域中排出，而不必挖掘排水通道或铺设常规的重力流动排水管。重力流动排水系统必须仔细地构造以确保贯穿系统的整个长度的恒定下降，通常使得这种系统构造成本高。在这些情况下，使用简单的虹吸管可以使得显著节约成本并且显著地减少对环境的影响，因为可以消除对挖掘或通道的需要。能源节约也是显著的，因为虹吸管能够在将水移动至较低点时利用已经存在于水的本体中的潜在能量。

4、在这些情况下，虹吸系统的另一优点是虹吸管相对易于修理或者清洁，因为管可以位于地面上方。相比之下，深排水通道或地下排水管如果发生堵塞，那么清除或修理起来可能非常昂贵。另外，虹吸系统可以容易地在障碍物周围引导，具有在建筑物周围或者在道路下等引导路径的能力。

5、可以使用虹吸管移动大量的水。在需要移动较大容积的地方，仅需使用较大直径的管。在一些情况下，可以可选地使用增压泵来增加流量。并且虹吸系统非常有效使得它们可以继续运行，直到源水的水位下降至与虹吸出口相同的水位为止。

6、在常规的地下排水系统的情况下，如果期望排放至现有沼泽或水位中的更深水位，那么有必要将排水管的入口加深一定量并且还有必要加深沟或管的整个长度，以保持所需的梯度下降。然而，在虹吸排水管的情况下，仅需要加深进水口。

7、然而，虹吸管不像人们可能认为的那样经常使用存在很多原因。首先是虹吸管在其将运行前必须首先被充注、即用液体填充。对于小的管，管可以通过将管浸没在水池中以最初用液体填充管而被填充，或者人可以吮吸管的一个端部直到液体流动为止。然而，在管较大的情况下，通常有必要使用泵来充注虹吸管。

8、并且一旦运行，只需在入口端部(或者甚至从出口端部)处单次而短暂地“吞吐”空气，就能让足够的气体进入虹吸管从而使其停止。一旦空气已经达到虹吸管中的顶点，就可能形成气锁，而从虹吸管的下坡腿部流下的水可能受到气泡的尺寸的限制，并且可能不再能够将水抽吸到上坡腿部。

9、另一原因是，在虹吸管中输送的液体通常包含溶解的气体，无论这些气体是溶解的空气还是来自植物腐坏的气体等。由于液体在虹吸管中上升时的压力下降，溶解的气体开始从液体中膨胀出来，从而形成未溶解气体的微小气泡。这些微小气泡在虹吸管的高点(或多个点)中积聚并且形成气体的气阱。这种现象发生在几乎所有的虹吸情况下，即使当虹吸管仅需要将水或液体提升相对较小的高度时。并且在竖向提升接近虹吸系统的极限、即在虹吸水时接近十米的情况下，这种气体积聚的问题变得非常严重。在这样的情况下，由于虹吸管的上部部分内的压力非常低，因此即使是来自液体的非常少量的气体也会占据相当大的容积并且形成大的气泡。

10、如果允许气体在顶点或沿着虹吸系统的管长度的最高点处积聚，那么会阻碍穿过虹吸系统的流动。气体的积聚的气阱有效地减小了液体可以穿过其流动的管的横截面，从而具有将管道系统中的阀部分地关闭的类似的效果。气体的气阱可能变得太大以至于液体的流动完全停止。

11、穿过整个虹吸系统管线的液体的流量由管线中产生的任何气体降低。气体产生于管结构中的轻微泄漏、从溶液中出来的溶解气体或者如果进入口或排出口暴露于周围空气则从该进入口或排出口进入的大量空气。大多数情况下，气体气泡上升并且在系统的顶点处积聚为较大的气泡。液体和气体都被迫占据相同的有限管直径。液体和气体都被自然力沿相反的方向驱动。液体和气体一起处于均衡状态。在顶点处的积聚的气泡阻碍了水的流动。水受限于在气泡和管系统的被气泡占据的区域和长度下面流动。

12、虹吸系统的上线与下线之间的水头高度差仍然驱动流速，但是自然流动受气泡限制。在水头差较大的情况下，较快的液体流动将导致气泡拉长，这种拉长取决于管的斜度。这种增加的限制长度适当地降低了潜在的流速。此外，随着气泡的体积增加，其自然地降低了虹吸管线的该侧的液位。因此，降低了水头高度并且降低了潜在的流速。如果气泡变得太大以至于水头高度差被消除，那么所有的流动将停止。

13、此外，水头可能被水流中的浸没或夹带的气泡进一步降低。所述气泡在液体中的空气体积不会降低液体的最高水位、即表观水头高度，但是会通过从液体柱的顶部区域减去气体体积的量来降低实际水头。

14、积聚在虹吸管的最高点处的气体是处于低压的气体，通常远低于大气压，并且出于这种原因需要真空泵来抽出气体。并且由于虹吸管用气体和液体填充，因此通常有必要使用如果液体被意外抽吸到泵中也不会被损坏的真空泵。许多常规的真空泵在一些虹吸系统中所经历的低绝对压力下效率不高，并且在这种应用中可能倾向于停转。

15、美国专利5,970,999讨论了这些真实问题并且提供了各种解决方案。us 5,970,999是下述系统：该系统用于最初对虹吸管进行充注并且用于抽出在正常运行期间积聚在虹吸管的上部部分中的气体以保持虹吸管充注并且运行。所描述的系统使用离心泵、液体的单独容积、单独的“充注虹吸管”和用于创建气体抽出和水流动穿过泵的循环的调谐的成对的液体入口，这允许使用离心泵来创建从虹吸系统中抽出气体所需的真空。

16、然而，在us 5,970,999中所描述的设备具有许多限制。首先，该设备需要电力泵或燃料动力泵，这在许多虹吸应用中可能很难或不方便提供。在使用虹吸管的许多地点处通常不具有能够获得的电力供应。

17、并且其次，在us 5,970,999中所描述的设备将具有用以创建高度真空的有限能力。与许多真空泵一样，该系统在试图产生具有低于四分之一的大气压的绝对压力的真空时将变得非常低效。在虹吸管头高于五米的情况下，所需的绝对真空压力低于半个大气压并且可以低至十分之一大气压或者甚至更低。

18、所需要的是适用于在充注虹吸系统方面使用的真空泵，是不仅可以处理气体和液体而且还可以有效地运行低至非常低的绝对大气压、理想地接近绝对零大气压以允许虹吸管以其最大水头能力运行的泵。

19、在本技术文件中，除非有相反的明确陈述，否则在提及或讨论知识的文件、行为或项目时，这种提及或讨论并不承认该知识的文件、行为或项目或其任何组合在优先权日是能够公开获得的、为公众所知的、是公知常识的一部分；或者已知与解决本技术文件所涉及的任何问题的尝试相关。

技术实现思路

1、目的

2、因此，本发明的目的是提供一种用于虹吸充注的系统或真空泵，该系统或真空泵将至少在某种程度上克服上述问题中的一个或更多个问题或者至少为公众提供有用的选择。

3、发明的陈述

4、因此，在第一方面，可以广泛地说本发明包括用于从系统中至少移除气体的真空泵，该真空泵具有：

5、·传递室，

6、·加压液体入口，该加压液体入口构造成允许加压液体进入传递室并且由液体入口阀控制，

7、·液体出口，该液体出口构造成允许液体从传递室传递到系统中并且液体出口由液体出口阀控制，

8、·气体出口，该气体出口构造成允许气体从传递室排出并且由气体出口阀控制，以及

9、·气体入口，该气体入口构造成允许气体从系统进入传递室并且由气体入口阀控制；

10、真空泵构造成使得液体出口和气体入口与待从其中移除气体的系统连通。

11、优选地，真空泵构造成与虹吸系统接合并且从虹吸系统中移除气体。

12、可选地，真空泵构造成与泵入口管接合并且从泵入口管中移除气体。

13、优选地，传递室是构造成在容器内包含绝对零真空压力的容器。

14、优选地，传递室是筒形容器或者球形容器或者椭圆形容器。

15、优选地，液体出口呈将传递室的下部区域与系统连接的排出端口或排出通路的形式。

16、优选地，液体出口阀位于传递室的下部区域中。

17、优选地，液体出口阀是浮子操作阀。

18、优选地，液体出口阀包括弹性阀构件，该弹性阀构件构造成当与位于液体出口端口或通路中的阀座部配合时产生液体紧密密封或水紧密密封的。

19、优选地，液体出口阀由液体出口阀操作机构操作。

20、优选地，液体出口阀操作机构包括至少一个出口阀浮动装置。

21、优选地，液体出口阀的阀构件以可操作的方式连接至该出口阀浮动装置或每个出口阀浮动装置。

22、优选地，该出口阀浮动装置或每个出口阀浮动装置呈活塞的形式。

23、优选地，液体出口阀操作机构包括构造成允许该出口阀浮动装置或每个出口阀浮动装置的大致竖向运动的第一导引件或导引组件。

24、优选地，第一导引件或导引组件呈构造成对活塞进行导引的大致竖向对准的管的形式。

25、优选地，第一导引件的大致竖向对准的管包括位于管的上部部分的一个或更多个孔或导引出口通路。

26、优选地，第一导引件的大致竖向对准的管包括位于管的下部部分的一个或更多个孔或下部液体传递通路。

27、可选地，第一导引件或导引组件包括操作液体出口阀的杠杆。

28、优选地，加压液体入口能够连接至加压液体供应部、例如水供应部或者水管或者水管网。

29、优选地，液体入口阀是液位感测阀、例如浮子操作阀。

30、优选地，液体入口阀位于传递室内部。

31、优选地，液体入口阀包括由入口阀操作机构操作的阀控制机构。

32、优选地，阀控制机构是止动控制机构。

33、优选地，入口阀操作机构具有以可操作的方式连接至阀控制机构的一个或更多个浮子。

34、优选地，该浮子或每个浮子经由一个或更多个杠杆以可操作的方式连接至阀控制机构。

35、优选地，入口阀操作机构包括密度小于0.8克每立方厘米(g/cm3)的至少一个浮子和密度在1.0克每立方厘米至2.0克每立方厘米的范围内的至少一个重物或沉子。

36、优选地，入口阀操作机构包括位于传递室的上部部分处或邻近传递室的上部部分的高位浮子。

37、优选地，入口阀操作机构包括位于传递室的下部部分处或邻近传递室的下部部分的低位沉子或重物。

38、优选地，入口阀操作机构包括位于高位浮子与低位重物之间的主浮力浮子或浮子组件。

39、优选地，入口阀操作机构包括单个杠杆臂，并且主浮力浮子或浮子组件能够直接作用在该杠杆臂上。

40、优选地，高位浮子和低位重物各自经由相应的连接杆或多个连接杆连接至杠杆臂。

41、优选地，入口阀操作机构包括大致竖向对准的第二导引件或导引组件。

42、优选地，加压液体入口构造成将进入的液体引导到出口阀浮动装置的上表面上。

43、优选地，第一导引件的管包括构造成允许进入的液体流动到传递室的内部的其余部分中的液体传递端口。

44、优选地，真空泵还包括至少一个均衡端口或通路，所述至少一个均衡端口或通路构造成允许邻近液体出口阀的区域中的压力在液体入口阀关闭时并且紧接在液体出口阀打开之前与系统中的压力均衡。

45、优选地，气体入口包括具有下端部和上端部的立管通路，立管通路的下端部与系统连通并且立管通路的上端部位于传递室的上部区域中。

46、优选地，气体入口阀位于立管通路的上端部处或邻近立管通路的上端部。

47、优选地，气体入口阀是构造成当系统内的压力超过传递室的上部区域内的压力时打开的单向阀。

48、优选地，气体入口阀是压力操作阀。

49、优选地，气体出口与传递室的内部的上部部分连通。

50、优选地，气体出口阀是构造成当传递室内的压力超过传递室外的压力时打开的单向阀。

51、优选地，气体出口阀是压力操作阀。

52、优选地，气体出口构造成向大气排放气体。

53、在第二方面，可以广泛地说本发明包括具有限定传递室的壳体的清除设备或泵送设备，该传递室具有气体排放装置并且能够连接至外部加压流体供应部，该传递室还能够连接至待清除或泵送的管或系统，使得该传递室与待清除或泵送的管或系统的一部分连通，并且传递室与管或系统之间的连通允许来自管或系统的气体传递到传递室中，同时来自传递室内的液体流动到管或系统中；该泵送设备构造成对下述两阶段清除或泵送过程进行重复；

54、·第一阶段，在第一阶段中，传递室与管或系统之间的连通暂时关闭，并且加压流体供应部被用于用液体填充或几乎填充传递室，由此将传递室内的任何气体中的全部气体或大部分气体通过气体排放装置从传递室推出，以及

55、·第二阶段，在第二阶段中，加压流体供应部和气体排放装置关闭，并且其中，来自管或系统的气体能够流动到传递室中，而传递室中的液体在重力的作用下流动到管或系统中。

56、优选地，第一阶段和第二阶段由构造成允许液体和气体在每个阶段期间所需的流动的阀控制。

57、在第三方面，可以广泛地说本发明包括清除或真空泵送设备，该清除或真空泵送设备具有：

58、·壳体或本体，该壳体或本体能够至少保持部分的真空压力，

59、·液体入口，该液体入口由液体入口阀控制，

60、·液体出口，该液体出口由液体出口阀控制，

61、·气体入口，该气体入口由气体入口阀控制，以及

62、·气体出口，该气体出口位于壳体的上部部分中并且由气体出口阀控制；

63、该液体入口能够连接至加压液体供应部；液体出口和气体入口都能够连接至待由该设备清除或泵送的管或系统；并且该设备还包括阀控制和致动装置，阀控制和致动装置构造成：

64、·当壳体内的液位处于第一预定低位点或下降到低于第一预定低位点时打开液体入口阀以允许用液体填充壳体，

65、·当壳体内的液位上升至预定高位点时关闭液体入口阀，

66、·在液体入口阀已经关闭之后打开液体出口阀，

67、·当液体入口阀打开时关闭液体出口阀，

68、·当壳体内的压力小于待由该设备清除或泵送的管或系统中的压力时打开气体入口阀，

69、·当壳体内的压力大于待由该设备清除或泵送的管或系统中的压力时关闭气体入口阀，

70、·当壳体内的压力超过在壳体外部且与气体出口连通的区域中的压力时打开气体出口阀，以及

71、·当壳体内的压力小于在壳体外部且与气体出口连通的区域中的压力时关闭气体出口阀。

72、优选地，液体入口阀不关闭，直到壳体内的液位上升至基本上所有自由气体都已经离开壳体的点处为止。

73、优选地，气体出口在气体出口阀打开时通向大气。

74、优选地，气体入口阀和气体出口阀的控制和致动是使用构造成仅允许气体在期望的方向上流动的简单的止回阀来实现的。

75、优选地，气体入口阀和/或气体出口阀是压力操作阀。

76、优选地，液体入口阀和/或液体出口阀是浮子操作阀。

77、在第四方面，可以广泛地说本发明包括与基本上如本文中所指定的至少一个真空泵结合的虹吸系统。

78、优选地，虹吸系统包括位于虹吸系统的高点处的沉降室或分离室。

79、优选地，沉降室包括比虹吸系统的管道的其余部分具有更大直径的管的部段。

80、优选地，沉降室包括构造成收集气体并且与真空泵连通的立管部段。

81、在第五方面，可以广泛地说本发明包括与基本上如本文中所指定的至少一个真空泵结合的脱气设备。

82、还可以广泛地说本发明包括在本技术的申请文件中单独地或共同地提及或指明的部件、元件和特征以及部件、元件或特征中的任何两者或更多者的任何组合或所有组合，并且当本文中提及具有已知等同物的特定整体时，这样的等同物如同它们被单独阐述一样并入本文。