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1、华中科技大学 硕士学位论文 真空排污系统界面阀及排污方式研究 姓名：余子成 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：周敬宣 20090525 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 真空界面阀是真空排污系统的关键部件。原有界面阀 VAJM44 临界开启真空度 约为 15kPa，在实际使用中出现了气路管径过小、导向杆脱落、弹簧生锈、密封不 严、隔膜破裂、阀体开裂等不足之处。针对上述问题，做出以下改进： 1阀体采用 质量更好的材料，选择透明配方； 2增加阀体厚度；3流道改为直通式；4重新设 计不锈钢弹簧； 5隔膜选择更好
2、的材料，设置增强层骨架，适当增加厚度；6增加 中法兰螺栓密度，增强密封性。 设计制造出一种正压气动隔膜界面阀， 取得很好使用效果。 该阀耗气量不足 1L， 延时不到 1s。设计了扇形阀和管夹阀两种新型真空界面阀，分析了各自优点。分析 了国外真空排污系统界面阀结构和特点，为界面阀设计提供参考。 排污方式关系到系统的自动控制程度和使用范围。目前常用破真空排放、多罐 轮排、二级罐排放等排污方式，都存在破真空过程，能耗较高，且系统适应性不强。 单罐直排方式能实现系统全自动控制，且无需破真空，符合节能理念。对于典型真 空排污系统来说，单罐直排排污泵扬程要求 16m 以上，NPSHr 要小于 2.5m，且
3、平 衡管必不可少，使排污泵能正常运转，减少汽蚀可能性，防止小流量对泵的损害。 通过试验，验证了单罐直排方式可行。 最后，对真空罐液位控制策略进行了优化，避免了超高真空度排放问题，适应 了异常情况，使真空排污系统更节能、更智能化。 关键词关键词：真空排污系统 界面阀 排污方式 汽蚀余量 平衡管 液位控制 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Vacuum interface valve is a key component of vacuum sewerage system. The critical openin
4、g vacuum degree of interface valve VAJM-44 approximately is 15kPa. Problems that the air pipeline diameter is too small, the steering bar brakes the spring rusts, the seal is not strict, the membrane and valve body burst arise when using in practical. In view of the above question, the following imp
5、rovement can be made: 1. using a quality better material and clear formula for valve body; 2. increasing the valve body thickness; 3. using straight style for flow channels; 4. redesigning stainless steel spring; 5. choosing a better material membrane, using enhancement skeleton layer, increasing th
6、ickness suitably; 6 increasing the flange bolt density, enhancing leak-proof quality. A kind of positive pressure pneumatic membrane interface valve has been designed which has a good performance in use. Its air consume is less than 1L, while time delay is no more than 1s. Two kind of new vacuum int
7、erface valves such as fan-shaped valve and tube clamp valve has been designed, of which the merits are analyzed. The structure and characteristic of overseas interface valve in vacuum sewerage system are analyzed which provide useful referrence to the design of interface valves. The mode of discharg
8、e relates systems automatic control level and use scope. At present, discharge modes such as vacuum braking mode, multi-tanks mode and two-level tank mode are all vacuum braking modes, highly energy costing and have little adaptability. Single tank discharge mode can achieve automatic control and in
9、 accord with energy-saving concept without braking vacuum. Regarding the typical vacuum sewerage system, single tank discharge mode requires the discharge pump head is more than 16m, NPSHr is less than 2.5m and indispensable equalizing pipe to make sure discharge pumps working well, reducing the pos
10、sibility of cavitation, preventing the damage to pumps results from small flow rate. Through the 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III experiment, single tank discharge mode is feasible. Finally, the vacuum tank liquid level control policy has been optimized, the ultra-high vacuum disc
11、harge scene has been avoided, and the unusual circumstance can also be adapted, which makes vacuum sewerage system more energy-saving and intelligent. Keywords：vacuum sewerage system；interface valve；discharge mode；net positive suction head；equalizing line；liquid level control 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文
12、是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复
13、制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 水是人类生存之源，发展之本，是环境构成中最活跃的因素。全球淡水资源不 仅短缺而且地区分布极不平衡，约占世界人口总数 40%的 80 个国家和地区严重缺 水1。随着人口的增长，工业化、城市化以及灌溉对水的需求量日益增加，加之水 资源时空分布不均、
14、水污染、水生态系统失衡等问题加剧了当前水资源供需矛盾， 使我国水资源危机越发凸显2-3。据美国对外关系委员会亚洲研究中心的报告，中国 668 个城市中 440 个已出现长期缺水问题4。 然而普通重力式冲水厕所每次耗水量达到 6-8L，抽水马桶耗水更多，消耗了大 量水资源，且臭气难控制。如冲水较少易冲不干净，同时重力式管道水太少将产生 粪便沉积堵塞管道的现象。 目前世界上传统的水资源管理技术为重力式排污管网，属于“集中式”的输送 和收集处理，技术成熟，在城市建设和保护环境方面发挥了重要的作用。这种排水 管道系统伴随着社会的进步不断改进，具有施工简单、运行稳定、维护成本较低等 众多优点，再加上有各
15、种新的技术设备来改善其固有的不足。可以说，重力排水系 统是有史以来始终值得人们信赖的工程技术5。 传统排污方式也有其不足之处。输送和收集污水所需要的支出偏大，净化和处 理水也需要大量的资金。污水是依靠重力排放的，需要一定的向下倾斜坡度，在地 势平坦的地方需要提升站，管径较大，工程开挖量大，管网及设备费用就不得不提 高6。传统的技术手段使不同来源的污水混合在一起，不利于污染物的处理7。如 何使排水管道系统设计得更为合理，如何减少污水对环境的污染及降低污水输送系 统的费用，日益成为人们关注的热点问题8-9。 真空排污系统正是在这一背景下应运而生的新型污水收运系统，它是利用真空 负压产生的压差来强制
16、性抽吸输送污水。在特定领域中，真空排污系统具有较高的 经济、环境和社会效益。真空排污系统的诸多优点，可较好的作为重力排水系统的 一个补充，其良好的发展将会推动中国排水系统的发展，更为中国都市建设起到增 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 添新的生命力作用。 经过多年的实验研究和实际工程应用发现，真空界面阀和排放方式是真空排污 系统技术推广的一个主要制约因素。 真空界面阀是真空排污系统与外界联系的交点， 其可靠性和稳定性直接关系到系统的正常运行；排污方式关系到系统的控制、操作 和维护，能否实现系统直排是实现自动控制的关键制约条件。一旦
