纯液相流负压排液系统

摘要

本发明涉及液体排放技术领域，公开了纯液相流负压排液系统，包括多点分布的负压流体收集井及与各负压流体收集井连通的真空站，所述负压流体收集井设有通入用户的污水汇流管线，其特征在于，所述负压流体收集井内设有控制负压流体收集井与真空站通断的管道开合控制装置，所述管道开合控制装置包括浮力件及与所述浮力件联动的封堵件，封堵件始终位于液面以下。本发明提供的纯液相流负压排液系统，通过采用纯液相流代替现有的多向流输送，减小了管道阻力，降低了系统能耗，增大了收集半径；通过采用纯机械结构的管道开合控制装置代替现有的电控阀门，降低了工程成本，且便于维护，提高了系统寿命。

权利要求

1.纯液相流负压排液系统，包括多点分布的负压流体收集井（1）及与各负压流体收集井（1）连通的真空站（2），所述负压流体收集井（1）设有通入用户的污水汇流管线（101），其特征在于，所述负压流体收集井（1）内设有控制负压流体收集井（1）与真空站（2）通断的管道开合控制装置（11），所述管道开合控制装置（11）包括浮力件（111）及与所述浮力件（111）联动的封堵件（112），封堵件（112）始终位于液面以下；

所述封堵件（112）与所述浮力件（111）连接，所述浮力件（111）包括两组浮块（1111）以及连接两组浮块（1111）的连杆（1112），所述封堵件（112）位于两组浮块（1111）外侧，所述负压流体收集井（1）内设有导向件（113），所述导向件（113）限制两组浮块（1111）、封堵件（112）在一条垂线上浮动，两组浮块（1111）之间设有限位件（114）与所述负压流体收集井（1）内壁固定连接，所述限位件（114）与位于下方的浮块（1111）顶壁之间的最大距离小于位于上方的浮块（1111）顶壁与所述负压流体收集井（1）顶壁的之间的最大距离。

2.根据权利要求1所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，位于上方的所述浮块（1111）底部成外突的弧面。

3.根据权利要求1所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述导向件（113）为固定于所述负压流体收集井（1）顶壁的针状滑动轴，所述连杆（1112）为套设于所述导向件（113）的套管。

4.根据权利要求1所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述限位件（114）为设有开口的限位环，所述限位环内区域面积小于位于下方的浮块（1111）在竖直面上的投影面积。

5.纯液相流负压排液系统，包括多点分布的负压流体收集井（1）及与各负压流体收集井（1）连通的真空站（2），所述负压流体收集井（1）设有通入用户的污水汇流管线（101），其特征在于，所述负压流体收集井（1）内设有控制负压流体收集井（1）与真空站（2）通断的管道开合控制装置（11），所述管道开合控制装置（11）包括浮力件（111）及与所述浮力件（111）联动的封堵件（112），封堵件（112）始终位于液面以下;所述浮力件（111）包括浮块（1111）及第一连杆（116），所述第一连杆（116）转动连接于所述负压流体收集井（1）内，所述第一连杆（116）在竖直平面内绕一铰接点转动，所述浮块（1111）连接于所述第一连杆（116）偏离铰接点位置；

所述封堵件（112）包括堵头（1121）及第二连杆（1122），所述第二连杆（1122）转动连接于所述负压流体收集井（1）内，所述第二连杆（1122）在竖直平面内绕一铰接点转动，所述堵头（1121）连接于所述第二连杆（1122）偏离铰接点位置，所述负压流体收集井（1）的排液口（10）位于所述堵头（1121）随所述第二连杆（1122）转动时的行程路径上，且排液口（10）管口垂直于轨迹任一切向方向；

所述管道开合控制装置（11）还包括势能传动装置（117），所述势能传动装置（117）将所述浮力件（111）的势能传递至所述封堵件（112），以驱动所述封堵件（112）绕其铰接点转动。

6.根据权利要求5所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述势能传动装置（117）包括位于第一连杆（116）上的第一势能触发部（1161）、位于第二连杆（1122）上的第二势能接收部（1221）及中间势能传递件（1171）；

所述中间势能传递件（1171）转动连接于所述负压流体收集井（1）内，所述中间势能传递件（1171）在竖直平面内绕一铰接点转动，所述中间势能传递件（1171）的转动路径与所述第一势能触发部（1161）及第二势能接收部（1221）的运动路径交叉；

所述中间势能传递件（1171）偏离其铰接点位置固定有第一配重（1711），所述第一配重（1711）的运动轨迹经过所述中间势能传递件（1171）铰接点的正上方；

所述中间势能传递件（1171）上位于第一配重（1711）位置的反向延长线上设有第三势能接收部（712）和第三势能触发部（713），所述第一势能触发部（1161）的转动路径与第三势能接收部（712）的转动路径交叉，第三势能触发部（713）的转动路径与所述第二连杆（1122）的运动路径交叉。

7.根据权利要求1或5所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述污水汇流管线（101）上连通有固液分离单元（102）。

8.根据权利要求1或5所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述真空站（2）包括真空泵（4）及负压流体收集罐（3），所述负压流体收集罐（3）顶部通过气体输送管（301）与所述真空泵（4）连通，所述负压流体收集罐（3）底部通过流体管（302）通至目标输送点，所述流体管（302）上设有流体输送泵（3021），所述流体输送泵（3021）设有至少两组，且各流体输送泵（3021）并联设置。

9.根据权利要求8所述的纯液相流负压排液系统，其特征在于，所述负压流体收集罐（3）中设有液位计（31），所述负压流体收集罐（3）侧壁设有真空表（32）通至其内腔，所述真空表（32）、真空泵（4）、液位计（31）及流体输送泵（3021）均连接至控制器。

说明书

纯液相流负压排液系统

技术领域

[0001] 本发明涉及液体排放技术领域，尤其是涉及一种纯液相流负压排液系统。

背景技术

[0002] 在城市及居住人口密集地区，污水的收集往往采用重力式管道收集方式，建筑物内的污水流入室外窨井，污水管道按一定的坡度敷设，污水依靠重力沿管道输送至污水提
升井，然后由泵站提升到污水处理设施。

[0003] 随着我国城镇化进程的加快，小城镇和农村污水处理的压力也越来越大，很多村镇住户之间位置相对分散，特别是在农村地形变化较大、河流多的情况下，如依靠传统的重
力管道收集方式，管道敷设难度较大，实施较困难，因此导致很多情况下，村庄的污水只能
随意排放，污水直接排入周边河道或水沟，对周围环境卫生和地表景观造成较大影响。

[0004] 为了解决上述问题，申请公布号为CN105507410A公开了污水真空收集处理系统，包括污水汇流管线、真空收集井、真空输送管线、真空污水贮槽、真空泵站和污水处理器。污
水经污水汇流管线进入真空收集井，当井内污水收集达到一定量时，污水沿着真空输送管
线进入真空泵站，当污水在真空污水贮槽内的液位达到预定液位时，污水输送泵启动，将污
水输送至污水处理器进行净化处理。该技术方案将生活污水的收集方法由传统的重力收集
改为真空收集，适合小城镇、农村等不适宜建污水处理厂的地区。该技术方案中公开的真空
收集井包括阀井，从阀井内部向延伸的排污管，以及与排污管相连的真空阀门，真空输送管
线安装在该真空阀门上；真空阀门包括工作腔，与排污管相对接的介质进口，与真空输送管
线相连的介质出口，以及与工作腔相通、用于控制介质进口和介质出口通断的先导阀；在真
空输送管线上还设有取气口，先导阀上设置有与该取气口相对接的真空接口，与大气相通
的大气接口，以及用于感应阀井内部液位的压力接口，在压力接口上还装设有向下延伸至
阀井的敏感元件，该敏感元件包括安装在压力接口上的气压传导管，以及与该气压传导管
相连用于感应井内液位的感应管。

[0005] 上述技术方案采用气液混合流形式进行负压排液，因此，在运动过程中会有大量气体进入排液管，导致排液管内多为“气液”混合流(多相流输送)。多相流输送缺点为：

[0006] 1)管道阻力损失大，导致真空站最大收集半径远小于纯液相输送的单相输送；

[0007] 2)大量气体进入真空输送管线，并最终到达真空污水贮槽，导致真空泵频繁启动。

发明内容

[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供纯液相流负压排液系统，其为纯液相输送，减小了管道阻力损失，增大了真空站最大收集半径；同时避免气体进入流体管
道，避免真空泵站的频繁启闭；另外，无需铺设管线到控制中心，结构简单，便于安装、维护。

[0009] 本发明提供的纯液相流负压排液系统通过以下技术方案实现：

[0010] 纯液相流负压排液系统，包括多点分布的负压流体收集井及与各负压流体收集井连通的真空站，所述负压流体收集井设有通入用户的污水汇流管线，其特征在于，所述负压
流体收集井内设有控制负压流体收集井与真空站通断的管道开合控制装置，所述管道开合
控制装置包括浮力件及与所述浮力件联动的封堵件，封堵件始终位于液面以下。

[0011] 通过采用上述技术方案：用户化粪池中的生活污水通过污水汇流管线流入负压流体收集井中，当负压流体收集井内污水收集达到一定量时，在负压梯度力的作用下污水进
入真空站，当真空站中液位达到预定液位时，再将真空站内的流体输送至目标输送点，负压
流体收集井中控制负压流体收集井与真空站通断的封堵件始终位于液面以下，从而使进入
负压输送管线的空气含量＜0.5％，实现单相流输送，减小管道阻力，降低系统能耗。

[0012] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述封堵件与所述浮力件连接，所述浮力件包括两组浮块以及连接两组浮块的连杆，所述封堵件位于两组浮块外侧，所述负压
流体收集井内设有导向件，所述导向件限制两组浮块、封堵件在一条垂线上浮动，两组浮块
之间设有限位件与所述负压流体收集井内壁固定连接，所述限位件与位于下方的浮块顶壁
之间的最大距离小于位于上方的浮块顶壁与所述负压流体收集井顶壁的之间的最大距离。

[0013] 通过采用上述技术方案：采用带有上下两组浮块的浮力件与封堵件连接，液面到达一定位置使浮力件与封堵件受到的浮力大于浮力件与封堵件整体重力与负压吸力之和
时，浮力件带动封堵件上升，打开排液口开始排液；当液面下降至浮力件与封堵件受到的浮
力小于浮力件与封堵件整体重力时，封堵件下降将排液口进行封堵，停止排液；

[0014] 此过程中，导向件保证浮力件在所述排液口位置的垂线上上下运动以防止封堵件偏离，保证封堵件能够准确地封堵排液口；

[0015] 另外，设置两个浮块以及设置限位件的目的在于：在应用时控制在液面到达位于上方的浮块时，浮力件与封堵件受到的浮力才大于浮力件与封堵件整体重力与负压吸力之
和，浮力件才开始上升，并开始排液，从而增大了控制行程，即在储液腔内的液位到达一定
高度时才来时排液，避免频繁开合；在上升的过程中，通过限位件控制其上升高度，保证在
液面下降至浮力件与封堵件受到的浮力小于浮力件与封堵件整体重力时封堵件能够下降
将排液口进行封堵。

[0016] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：位于上方的所述浮块底部成外突的弧面。

[0017] 通过采用上述技术方案：增大浮力随液面上升的变化量，提高装置灵敏度。即在液位达到要求时，实现排液口的瞬间开启，从而尽量避免空气进入管道，实现单相流输送，减
小管道阻力，降低系统能耗。

[0018] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述导向件为固定于所述负压流体收集井顶壁的针状滑动轴，所述连杆为套设于所述导向件的套管。

[0019] 通过采用上述技术方案：减小导向件及连杆的体积，使连杆自身的浮力小到可忽略不计因此，仅需通过两个浮块计算浮力，便于浮力件的应用控制。

[0020] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述限位件为设有开口的限位环，所述限位环内区域面积小于位于下方的浮块在竖直面上的投影面积。

[0021] 通过采用上述技术方案：方便将连杆从开口处置于限位环区域内，从而方便检修。

[0022] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：

[0023] 所述浮力件包括浮块及第一连杆，所述第一连杆转动连接于所述负压流体收集井内，所述第一连杆在竖直平面内绕一铰接点转动，所述浮块连接于所述第一连杆偏离铰接
点位置；

[0024] 所述封堵件包括堵头及第二连杆，所述第二连杆转动连接于所述负压流体收集井内，所述第二连杆在竖直平面内绕一铰接点转动，所述堵头连接于所述第二连杆偏离铰接
点位置，所述负压流体收集井的排液口位于所述堵头随所述第二连杆转动时的行程路径
上，且排液口管口垂直于轨迹任一切向方向；

[0025] 所述管道开合控制装置还包括势能传动装置，所述势能传动装置将所述浮力件的势能传递至所述封堵件，以驱动所述封堵件绕其铰接点转动。

[0026] 通过采用上述技术方案：浮块随着负压流体收集井内的液面上升而上升，在浮块随液面上升的同时，浮块和第一连杆的整体绕其铰接点转动，在转动的通过势能传动装置
将势能传动至封堵件，封堵件与浮块同向转动，从而打开排液口；相反，在液面下降时，浮块
随着负压流体收集井内的液面下降而下降，在浮块随液面下降的同时，浮块和第一连杆的
整体绕其铰接点反向转动，在转动的通过势能传动装置将势能传动至封堵件，封堵件再与
浮块同向转动，从而闭合排液口。

[0027] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述势能传动装置包括位于第一连杆上的第一势能触发部、位于第二连杆上的第二势能接收部及中间势能传递件；

[0028] 所述中间势能传递件转动连接于所述负压流体收集井内，所述中间势能传递件在竖直平面内绕一铰接点转动，所述中间势能传递件的转动路径与所述第一势能触发部及第
二势能接收部的运动路径交叉；

[0029] 所述中间势能传递件偏离其铰接点位置固定有第一配重，所述第一配重的运动轨迹经过所述中间势能传递件铰接点的正上方；

[0030] 所述中间势能传递件上位于第一配重位置的反向延长线上设有第三势能接收部和第三势能触发部，所述第一势能触发部的转动路径与第三势能接收部的转动路径交叉，
第三势能触发部的转动路径与所述第二连杆的运动路径交叉。

[0031] 通过采用上述技术方案：浮块随着负压流体收集井内的液面上升而上升，在浮块随液面上升的同时，浮块和第一连杆的整体绕其铰接点转动，当浮力件转动至第一势能触
发部与中间势能传递件接触时，随着液面的继续上升，浮力件推动中间势能传递件绕铰接
点与浮力件同向转动，当中间势能传递件端部的第一配重到达最高点时，在惯性及第一配
重重力的作用下，中间势能传递件以原来转动方向继续转动，从而第二势能触发部击触封
堵件上的第二势能接收部，第二势能接收部受力绕其铰接点与中间势能传递件同向转动，
从而使与第二势能接收部连接的第二连杆带动堵头远离排液口，排液口瞬间打开，流体在
负压梯度力的作用进入负压输送管线，即在液位到达高液位时候瞬间开启排液口，从而使
进入负压输送管线的空气含量＜0.5％，实现单相流输送，减小管道阻力，降低系统能耗；

[0032] 浮块随着负压流体收集井内的液面下降而下降，在浮块随液面下降的同时，浮块和第一连杆的整体绕其铰接点转动，当浮力件转动至第一势能触发部与第三势能接收部接
触时，随着液面的继续下降，浮力件推动中间势能传递件绕其铰接点与浮力件同向转动，当
中间势能传递件端部的第一配重到达最高点时，在惯性及第一配重重力的作用下，中间势
能传递件以原来转动方向继续转动，从而第三势能触发部击触封堵件上的第二连杆，第二
连杆受力绕其铰接点与中间势能传递件同向转动，从而使第二连杆带动堵头封堵于排液口
上，排液口闭合，停止排液。

[0033] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述污水汇流管线上连通有固液分离单元。

[0034] 通过采用上述技术方案：滤除污水中的漂浮物及大分子固定，以避免堵塞管道。

[0035] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述真空站包括真空泵及负压流体收集罐，所述负压流体收集罐顶部通过气体输送管与所述真空泵连通，所述负压流体收集罐
底部通过流体管通至目标输送点，所述流体管上设有流体输送泵，所述流体输送泵设有至
少两组，且各流体输送泵并联设置。

[0036] 通过采用上述技术方案：用户化粪池中的生活污水通过污水汇流管线流入负压流体收集井中，当负压流体收集井内污水收集达到一定量时，在负压梯度力的作用下污水进
入负压流体收集罐，当负压流体收集罐中液位达到预定液位时，负压流体收集罐内的流体
由流体输送泵输送至目标输送点；其中真空泵用于形成负压，流体输送泵用于将流体从负
压流体收集罐输送至目标输送点；而多组并联的流体输送泵可交替使用，即在其中一个流
体输送泵损坏时实现替补。

[0037] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述负压流体收集罐中设有液位计，所述负压流体收集罐侧壁设有真空表通至其内腔，所述真空表、真空泵、液位计及流体输送
泵均连接至控制器。

[0038] 通过采用上述技术方案：当负压流体收集罐内的压力小于设定的真空度时，负压流体收集罐连接的真空泵启动，将负压流体收集罐内的空气抽出罐体，直到负压流体收集
罐的真空度到达设定值，从而保证负压流体收集罐内压力的稳定。

[0039] 综上所述，本发明提供的纯液相流负压排液系统包括以下至少一种有益技术效果：

[0040] 1、通过采用纯液相流代替现有的多向流输送，减小了管道阻力，降低了系统能耗，增大了收集半径；

[0041] 2、通过采用纯机械结构的管道开合控制装置代替现有的电控阀门，降低了工程成本，且便于维护，提高了系统寿命；

[0042] 3、通过采用负压排液系统代替重力排放收集系统，其工程成本节约了30％左右；管道埋深浅，不受地下水位影响，且不受地形影响，即使是上坡也能够实现送水，过路不需
要开挖，管顶施工方便快捷。

附图说明

[0043] 图1为本发明披露的纯液相流负压排液系统的整体结构示意图；

[0044] 图2为本发明披露的纯液相流负压排液系统中第一至三种实施方式提供的管道开合控制装置的结构示意图；

[0045] 图3为图2所示的管道开合控制装置应用过程中封堵件封堵状态下当液面尚未没过第一浮块时的状态图；

[0046] 图4为图2所示的管道开合控制装置应用过程中封堵件封堵状态下当液面没过第一浮块但尚未到达第二浮块时的状态图；

[0047] 图5为图2所示的管道开合控制装置应用过程中当浮力件与封堵件受到的浮力大于浮力件与封堵件整体重力与负压吸力之和的状态图；

[0048] 图6为图2所示的管道开合控制装置应用过程中排液状态下液面尚还没过第一浮块时的状态图；

[0049] 图7为图2所示的管道开合控制装置应用过程中当浮力件与封堵件受到的浮力等于浮力件与封堵件整体重力的状态图；

[0050] 图8为本发明披露的纯液相流负压排液系统中第四种实施方式提供的管道开合控制装置在排液口闭合状态下的结构示意图；

[0051] 图9为图8所示的管道开合控制装置驱动堵头打开的流程示意图；

[0052] 图10为本发明披露的纯液相流负压排液系统中第四种实施方式提供的管道开合控制装置在排液口打开状态下的结构示意图；

[0053] 图11为图9所示的管道开合控制装置驱动堵头闭合的流程示意图。

[0054] 图中，1、负压流体收集井；10、排液口；101、污水汇流管线；102、固液分离单元；11、管道开合控制装置；111、浮力件；1111、浮块；1112、连杆；1113、第一浮块；1114、第二浮块；
112、封堵件；1121、堵头；113、导向件；114、限位件；116、第一连杆；1161、第一势能触发部；
1171、中间势能传递件；711、第二势能触发部；712、第三势能接收部；713、第三势能触发部；
1122、第二连杆；117、势能传动装置；118、立板；2、真空站；1221、第二势能接收部；1711、第
一配重；3、负压流体收集罐；300、负压输送管线；301、气体输送管；302、流体管；3021、流体
输送泵；31、液位计；32、真空表；4、真空泵；6、阀体盒；61、进液口；62、气口。

具体实施方式

[0055] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0056] 实施例1：

[0057] 本发明公开了一种纯液相流负压排液系统，适用于城镇和农村生活污水的收集处理，如图1所示，包括多点分布的负压流体收集井1及与负压流体收集井1通过负压输送管线
300连通真空站2。负压流体收集井1分别埋设于城镇或农村单户住所地面以下，负压流体收
集井1通过污水汇流管线101与用户化粪池连通；负压流体收集井1内设有控制负压流体收
集井1与真空站2通断的管道开合控制装置11；真空站2包括一负压流体收集罐3及与负压流
体收集罐3连通的真空泵4，负压输送管线300与负压流体收集罐3上部连通，负压流体收集
罐3于其顶部通过气体输送管301与真空泵4连通，负压流体收集罐3顶壁设有真空表32通至
其内腔，负压流体收集罐3底部通过流体管302通至目标输送点，流体管302上设有流体输送
泵3021，负压流体收集罐3内安装有液位计31，在本发明实施方式中，液位计31为连杆浮球
液位计，液位计31安装于负压流体收集罐3顶部，且竖直设置，流体输送泵3021并联设置有
两组，真空表32、真空泵4、液位计31及流体输送泵3021均连接至控制器。用户化粪池中的生
活污水通过污水汇流管线101流入负压流体收集井1中，当负压流体收集井1内污水收集达
到一定量时，在负压梯度力的作用下污水进入负压输送管线300，负压输送管线300内的流
体在负压梯度力的作用下输送至负压流体收集罐3，当负压流体收集罐3中液位达到预定液
位时，负压流体收集罐3内的流体由流体输送泵3021输送至目标输送点，当负压流体收集罐
3内的压力小于设定的真空度时，负压流体收集罐3连接的真空泵4启动，将负压流体收集罐
3内的空气抽出罐体，直到负压流体收集罐3的真空度到达设定值。在本发明此实施方式中，
真空站2中的负压流体收集罐3的真空度控制在‑0.3～‑0.7MPa，负压输送管线300的管道流
速控制在0.6～1.2m/s之间，真空站2的最大收集半径为1.5km～2.5km之间。

[0058] 生活污水包括日常用水排放的灰水及排泄物等黑水，因此可能掺杂着大分子固体及漂浮物，为了防护堵塞管道，如图1所示，在负压流体收集井1前端连通有固液分离单元
102以截流大分子固体及漂浮物，从而起到过滤作用。

[0059] 如图2所示，负压流体收集井1的排液口10位于负压流体收集井1底部，管道开合控制装置11包括浮力件111及与浮力件111联动的封堵件112，在本发明此实施方式中，浮力件
111包括两组浮块1111及连接两组浮块1111的连杆1112，在本发明此实施方式中，每组浮块
1111中分别包括一个浮块，两组浮块1111分别为第一浮块1113及第二浮块1114，连杆1112
为穿设于第一浮块1113和第二浮块1114中心位置的套管，且该套管的外径及壁厚极小，小
至其在液体中的浮力可以忽略不计，第一浮块1113及第二浮块1114分别位于连杆1112两
端。封堵件112为以球形封堵件，且其半径大于排液口10的内径，封堵件112固定于连杆1112
设置第二浮块1114的一端端部，且位于第二浮块1114远离第一浮块1113的一侧。如图2所
示，负压流体收集井1的顶部固定有导向件113，在本发明此实施方式中，导向件113位针状
滑动轴，导向件113与排液口10位于一条垂线上，浮力件111通过连杆1112套设于导向件113
上，因此，导向件113限制两组浮块1111、封堵件112与排液口10位于一条垂线上，其中第一
浮块1113位于第二浮块1114下方。当液面到达一定位置使浮力件111与封堵件112受到的浮
力大于浮力件111与封堵件112整体重力与负压吸力之和时，浮力件111带动封堵件112上
升，打开排液口10开始排液，导向件113保证浮力件111在排液口10位置的垂线上上下运动
以防止封堵件112偏离，保证封堵件112能够准确地封堵排液口10，而导向件113设置成针
状，同时使连杆1112自身的浮力小到可忽略不计，仅需通过第一浮块1113及第二浮块1114
计算浮力，便于浮力件111的应用控制。

[0060] 为了在相同体积下减小浮力件111的重力，以减小体积，第一浮块1113和/或第二浮块1114为空心体，在本发明词实施方式中，将位于上方的第二浮块1114设置为空心体。

[0061] 如图2所示，连杆1112上套设有限位件114位于第一浮块1113与第二浮块1114之间，限位件114与负压流体收集井1内壁固定连接，限位件114为设有开口的限位环，限位环
内区域面积小于第一浮块1113在竖直面上的投影面积，限位件114与第一浮块1113顶壁之
间的最大距离小于第二浮块1114顶壁与负压流体收集井1顶壁的之间的最大距离，且限位
件114与负压流体收集井1底壁之间的距离大于封堵件最底部与第一浮块1113最顶部之间
的距离。

[0062] 如图1所示，负压流体收集井1内固定有阀体盒6，所述阀体盒6围绕于浮力件111外，阀体盒6与负压流体收集井1底壁连接，阀体盒6侧壁开设有进液口61，进液口61通至负
压流体收集井1底壁，负压流体收集井1顶部开设有与负压流体收集井1的气口62。将浮力件
111包覆于阀体盒6内，对浮力件111起到保护作用，避免误触对装置造成人为损坏，另外，通
过使阀体盒6顶部及底部均与所述负压流体收集井1连通，从而保证阀体盒6内的液面与负
压流体收集井1内液面高度保持一致。

[0063] 采用该管道开合控制装置11的负压流体收集井1通过从其底部的排液口10施加自负压流体收集井1内向外的吸力进行负压排液，封堵件112与排液口10之间自由配合。在应
用该管道开合控制装置11时，需要根据液体的密度确定使用的浮块1111的体积以及重量，
确保在第一浮块1113完全浸没于液面下时且液面未到达第二浮块1114时浮力件111受到的
浮力ρ液gV下max大于浮力件111和封堵件112总重力且小于浮力件111和封堵件112总重力与负
压吸力之和，同时也要确保在整个浮力件111完全浸没于液面下时浮力件111受到的浮力ρ液
gVmax大于浮力件111和封堵件112总重力与负压吸力之和。

[0064] 因此，如图3所示，当液面位于储液腔1底部尚未到达浮力件111的第一浮块1113时，封堵件112在浮力件111与封堵件112总重力与负压吸力的作用下封堵于排液口10处，随
着储液腔1内液面的上升，由于第一浮块1113完全浸没于液面下时且液面未到达第二浮块
1114时浮力件111受到的浮力ρ液gV下max小于浮力件111重力与负压吸力之和，如图4所示，因
此，在液面未到达第二浮块1114时封堵件112始终封堵于排液口10处，即使ρ液gV下max等于浮
力件111重力与负压吸力之和也会因为受力平衡而保持在原位不动，如图5所示，直至液面
到达第二浮块1114，当浮力件111受到的浮力ρ液gV大于浮力件111重力与负压吸力之和时，
浮力件111带着封堵件112上升，直至第一浮块1113与限位件114抵触，排液口10打开，流体
在负压梯度力的作用进入负压输送管线300；如图6所示，在排液的过程中，由于封堵件112
已经脱离了排液口10，因此，浮力件111和封堵件112的整体仅受浮力和重力作用，不再受吸
力作用，又由于ρ液gV下max大于浮力件111重力，以及受限位件114的限位，因此，只要液面没过
第二浮块1114时(即液面高于限位件114位置)，其封堵件112便不会下降，从而持续排液；如
图7所示，当液面低于限位件114位置后，随着液位的持续下降，浮力件111和封堵件112整体
受到的浮力持续减小，直至与浮力件111和封堵件112整体重力相等后，浮力件111和封堵件
112整体随着液位一同下降直至封堵件112与排液口10接触，再加受负压吸力封堵排液口
10，从而停止排液。此过程中封堵件112始终位于液面以下，从而放置气体进入负压输送管
线300，实现了纯液的单相流输送，继而减小了管道阻力，降低了系统耗能。

[0065] 工作原理：

[0066] 用户化粪池中的生活污水通过污水汇流管线101流入负压流体收集井1中，在流入负压流体收集井1之前首先经过固液分离单元102过滤，滤除漂浮物及大分子固体，再进入
负压流体收集井1；

[0067] 当负压流体收集井1内污水液位到达高液位时，内置于负压流体收集井1内的管道开合控制装置11开启，在负压梯度力的作用下污水进入负压输送管线300，负压输送管线
300内的流体在负压梯度力的作用下输送至负压流体收集罐3；当负压流体收集井1内污水
液位到达低液位时，管道开合控制装置11关闭，负压输送管线300停止从负压流体收集井1
内抽吸流体；

[0068] 当负压流体收集罐3中液位达到高液位时，负压流体收集罐3配套的流体输送泵3021启动，将负压流体收集罐3内的流体输送至目标输送点；当负压流体收集罐3中液位达
到低液位时，负压流体收集罐3配套的流体输送泵3021停止；

[0069] 当负压流体收集罐3内的压力小于设定的真空度时，负压流体收集罐3连接的真空泵4启动，将负压流体收集罐3内的空气抽出罐体，直到负压流体收集罐3的真空度到达设定
值。

[0070] 实施例2：

[0071] 本发明实施例2与实施1的结构相同，但是在应用本发明提供的负压管道开合装置时，需要根据液体的密度确定使用的浮块1111的体积以及重量，确保在第一浮块1113完全
浸没于液面下时且液面未到达第二浮块1114时浮力件111受到的浮力ρ液gV下max大于浮力件
111和封堵件112总重力且等于浮力件111和封堵件112总重力与负压吸力之和，同时也要确
保在整个浮力件111完全浸没于液面下时浮力件111受到的浮力ρ液gVmax大于浮力件111和封
堵件总重力与负压吸力之和。

[0072] 因此，如图4所示，在液面未到达第二浮块1114时封堵件112始终封堵于排液口10处，即使ρ液gV下max等于浮力件111重力与负压吸力之和也会因为受力平衡而保持在原位不
动，如图5所示，直至液面到达第二浮块1114的瞬间，浮力件111受到的浮力ρ液gV即刻大于浮
力件111重力与负压吸力之和，浮力件111即刻带着封堵件112上升，直至第一浮块1113与限
位件114抵触，排液口10打开，流体在负压梯度力的作用进入负压输送管线300。但是此实施
例仅适用于一种密度的液体，因此其应用效果不及实施例1。

[0073] 实施例3

[0074] 本发明实施例2与实施1的结构相同，但是在应用本发明提供的负压管道开合装置时，需要根据液体的密度确定使用的浮块1111的体积以及重量，确保在第一浮块1113完全
浸没于液面下时且液面未到达第二浮块1114时浮力件111受到的浮力ρ液gV下max大于浮力件
111和封堵件112总重力且小于浮力件111和封堵件112总重力与负压吸力之和，同时也要确
保第二浮块1114部分浸没于液面下时浮力件111受到的浮力ρ液gV大于浮力件111和封堵件
总重力与负压吸力之和。

[0075] 因此，如图3所示，当液面位于储液腔1底部尚未到达浮力件111的第一浮块1113时，封堵件112在浮力件111与封堵件112总重力与负压吸力的作用下封堵于排液口10处，随
着储液腔1内液面的上升，由于第一浮块1113完全浸没于液面下时且液面未到达第二浮块
1114时浮力件111受到的浮力ρ液gV下max小于浮力件111重力与负压吸力之和，如图4所示，因
此，在液面未到达第二浮块1114时封堵件112始终封堵于排液口10处，即使ρ液gV下max等于浮
力件111重力与负压吸力之和也会因为受力平衡而保持在原位不动，如图5所示，直至液面
到达第二浮块1114，当浮力件111受到的浮力ρ液gV大于浮力件111重力与负压吸力之和时，
浮力件111带着封堵件112上升，直至第一浮块1113与限位件114抵触，排液口10打开，流体
在负压梯度力的作用进入负压输送管线300；如图6所示，在排液的过程中，由于封堵件112
已经脱离了排液口10，因此，浮力件111和封堵件112的整体仅受浮力和重力作用，不再受吸
力作用，又由于ρ液gV下max大于浮力件111重力，以及受限位件114的限位，因此，只要液面没过
第二浮块1114时(即液面高于限位件114位置)，其封堵件112便不会下降，从而持续排液；如
图7所示，当液面低于限位件114位置后，随着液位的持续下降，浮力件111和封堵件112整体
受到的浮力持续减小，直至与浮力件111和封堵件112整体重力相等后，浮力件111和封堵件
112整体随着液位一同下降直至封堵件112与排液口10接触，再加受负压吸力封堵排液口
10，从而停止排液。。此过程中封堵件112始终位于液面以下，从而放置气体进入负压输送管
线300，实现了纯液的单相流输送，继而减小了管道阻力，降低了系统耗能。

[0076] 由于本实施例确保第二浮块1114部分浸没于液面下时浮力件111受到的浮力ρ液gV大于浮力件111和封堵件总重力与负压吸力之和，因此，液位继续上升，其浮力也大，增大了
浮力随液面上升的变化量，提高装置灵敏度，其应用效果相较于实施例1更好。

[0077] 另外，如图2所示，第二浮块1114底部成外突的弧面，因此，可增大浮力随液面上升的变化量，提高装置灵敏度，即实现在当浮力件111受到的浮力ρ液gV大于浮力件111重力与
负压吸力之和的瞬间，浮力件111即可带着封堵件112上升，即在液位到达高液位时候瞬间
开启排液口10，从而使进入负压输送管线的空气含量＜0.5％，实现单相流输送，减小管道
阻力，降低系统能耗。其次，如图1所示，将连杆1112的长度设置为大于1/2储液腔1的高度，
并使封堵件112与浮力件111连接于一体后的总长度小于所述储液腔1高度，从而使第一浮
块1113与第二浮块1114之间的距离尽可能长，从而延长控制行程，避免装置频繁开合。

[0078] 实施例4：

[0079] 本发明实施例4提供的纯液相流负压排液系统的结构与实施1‑3中基本相同，其不同之处在于管道开合控制装置11的结构，如图8所示，负压流体收集井1的排液口10位于负
压流体收集井1侧壁，管道开合控制装置11包括浮力件111及与浮力件111联动的封堵件
112，在本发明此实施方式中，管道开合控制装置11安装于一立板118上，立板118竖直固定
于负压流体收集井1腔体底部。如图8所示，浮力件111包括浮块1111及第一连杆116，第一连
杆116一端转动连接于立板118上，第一连杆116在竖直平面内绕一铰接点转动，浮块1111连
接于第一连杆116远离铰接点的一端；封堵件112包括堵头1121及第二连杆1122，第二连杆
1122转动连接于立板118上，且与第一连杆116同轴转动，第二连杆1122在竖直平面内铰接
点转动，堵头1121连接于第二连杆1122远离铰接点的一端；管道开合控制装置11还包括将
浮力件111的势能传递至封堵件112的势能传动装置117，以驱动封堵件112绕其铰接点转
动，具体的，如图8所示，势能传动装置117包括位于第一连杆116上的第一势能触发部1161、
位于第二连杆1122上的第二势能接收部1221及中间势能传递件1171，中间势能传递件1171
为一转动杆，中间势能传递件1171中部偏离中心位置转动连接于立板118上，中间势能传递
件1171在竖直平面内绕铰接点转动；其中，如图8所示，中间势能传递件1171的转轴与第一
连杆116的转轴位于一条水平线上；中间势能传递件1171与封堵件112的转动平面为同一竖
直平面，浮力件111的转动平面与中间势能传递件1171的转动平面不共面，第一势能触发部
1161垂直于浮力件111的转动平面且朝向中间势能传递件1171的转动平面延伸，第二势能
接收部1221与第二连杆1122一体设置且的位于第二连杆1122转动平面上，从而使中间势能
传递件1171的转动路径与第一势能触发部1161及第二势能接收部1221的运动路径交叉；另
外，如图8所示，中间势能传递件1171偏离及铰接点较远位置的端部固定有第一配重1711，
第一配重1711在竖直面上位于浮力件111与第二势能接收部1221之间，第一配重1711的运
动轨迹经过中间势能传递件1171铰接点的正上方，中间势能传递件1171上固定有与其垂直
的第二势能触发部711，第二势能触发部711位于中间势能传递件1171的转动平面内且朝向
第二势能接收部1221方向延伸；负压流体收集井1的排液口10位于堵头1121随第二连杆
1122转动时的行程路径上，且排液口10管口垂直于轨迹任一切向方向。

[0080] 因此，如图9所示，浮块1111随着负压流体收集井1内的液面上升而上升，在浮块1111随液面上升的同时，浮块1111和第一连杆116的整体绕其与立板118的铰接点转动，当
浮力件111转动至第一势能触发部1161与中间势能传递件1171接触时，随着液面的继续上
升，浮力件111推动中间势能传递件1171绕其与立板118的铰接点与浮力件111同向转动，当
中间势能传递件1171端部的第一配重1711到达最高点时，在惯性及第一配重1711重力的作
用下，中间势能传递件1171以原来转动方向继续转动，从而第二势能触发部711击触封堵件
112上的第二势能接收部1221，第二势能接收部1221受力绕其与立板118的铰接点与中间势
能传递件1171同向转动，从而使与第二势能接收部1221连接的第二连杆1122带动堵头1121
远离排液口10，排液口10瞬间打开，流体在负压梯度力的作用进入负压输送管线300，即在
液位到达高液位时候瞬间开启排液口10，从而使进入负压输送管线的空气含量＜0.5％，实
现单相流输送，减小管道阻力，降低系统能耗。

[0081] 如图10所示，中间势能传递件1171还固定有第三势能接收部712和第三势能触发部713；第三势能触发部713位于中间势能传递件1171上偏离铰接点较近的一端端部，且第
三势能触发部713位于中间势能传递件1171的转动平面内且朝向第二连杆1122方向延伸；
第三势能接收部712连接于中间势能传递件1171上第三势能触发部713与中间势能传递件
1171铰接点之间，其中，第一势能触发部1161的转动路径与第三势能接收部712的转动路径
交叉，第三势能触发部713的转动路径与第二连杆1122的运动路径交叉。另外，如图10所示，
在堵头1121远离排液口10(即排液口10打开的状态下)，第三势能接收部712位于排液口10
最高点所在水平面以上，因此，在液面下降至排液口10位置之前，即可关闭排液口10，从而
避免空气进入负压输送管线300，视线纯液的单相流输送，减小管道阻力，降低系统能耗。

[0082] 因此，如图11所示，浮块1111随着负压流体收集井1内的液面下降而下降，在浮块1111随液面下降的同时，浮块1111和第一连杆116的整体绕其与立板118的铰接点转动，当
浮力件111转动至第一势能触发部1161与第三势能接收部712接触时，随着液面的继续下
降，浮力件111推动中间势能传递件1171绕其与立板118的铰接点与浮力件111同向转动，当
中间势能传递件1171端部的第一配重1711到达最高点时，在惯性及第一配重1711重力的作
用下，中间势能传递件1171以原来转动方向继续转动，从而第三势能触发部713击触封堵件
112上的第二连杆1122，第二连杆1122受力绕其与立板118的铰接点与中间势能传递件1171
同向转动，从而使第二连杆1122带动堵头1121封堵于排液口10上，排液口10闭合，停止排
液。

[0083] 本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之
内。