劉傳枝，朱琴躍

（1.同濟大學，上海 200092；2.寧波南車時代傳感技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315021）

0 引言

隨著人們環(huán)保意識的日益增強，人體排泄污物的收集及處理、節(jié)水型廁所的使用等問題也日漸受到了社會的重視。因此，真空集便器應時而生［1］，而以真空集便器為核心的民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)通過多年的研發(fā)和實際使用，也越來越受歡迎［2］并已經(jīng)得到了用戶的廣泛認同［3］。

然而，民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)在使用過程中顯現(xiàn)的問題，也在不斷困擾著用戶和設備制造廠家，一些常見問題的解決和相應技術(shù)的改進，是擺在眾多廠家面前不容回避的話題。為此，通過對民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)所出現(xiàn)的常見問題進行分析，以期提出相應的解決辦法和改進措施。

1 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)

1.1 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)組成

民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)（以下簡稱衛(wèi)生間系統(tǒng)）涉及的部件比較多，除參考文獻［4］中提及的常用的真空泵站、真空罐和真空廁所外，還包括一些附加的常用生活設施，如洗手臺、小便器、拖把池、洗衣房、淋浴房和殘疾人廁位等，可根據(jù)需要選配。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)組成

1.2 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)工作原理

衛(wèi)生間系統(tǒng)采用的是真空保持式。系統(tǒng)上電，真空泵啟動，當真空罐內(nèi)真空度達到設定值，真空泵停止工作，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。此時，手動啟動沖洗按鈕或感應到便器沖洗信號，配套的電磁水閥動作，便器內(nèi)沖水，排污閥開啟。由于系統(tǒng)管道內(nèi)為真空狀態(tài)，便盆內(nèi)的污物通過排污主管道被抽吸到真空罐；或者灰水箱內(nèi)的水滿，液位開關(guān)給出的信號讓排污閥開啟，灰水箱內(nèi)的灰水通過排污主管道被抽吸到真空罐。同時，真空泵將真空罐內(nèi)的污物通過真空泵排放到城市污管或污物處理系統(tǒng)。待真空罐內(nèi)的真空值降到設定的下限值時，真空泵再次啟動直到真空達到設定值后停止工作，等待下次循環(huán)。

2 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)常見故障及分析

衛(wèi)生間系統(tǒng)常見故障主要包括止回閥故障、排污閥故障、管道堵塞、沖洗效果不佳和系統(tǒng)漏氣等，這些故障在使用中已經(jīng)逐步得到了解決。

2.1 止回閥故障及分析

止回閥是在真空泵對真空罐抽取真空達到一定值后，用于截斷真空泵和真空罐之間的管道，有效保持真空罐內(nèi)真空度的部件。止回閥是真空保持型衛(wèi)生間系統(tǒng)的核心部件之一，在調(diào)試和實際使用中，止回閥出現(xiàn)的故障主要表現(xiàn)為以下2個方面。2.1.1 止回閥閥片不能及時關(guān)閉

在系統(tǒng)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)閥片總是不能及時關(guān)閉，或者需要延遲一段時間才能緩慢關(guān)閉，致使真空罐內(nèi)的真空不能保持或泄漏過多。分析認為其原因是閥片開口太大，真空泵側(cè)與真空罐側(cè)之間的壓力差不足以將閥片吸合。采用的辦法是調(diào)整閥片初始狀態(tài)的打開角度，將其調(diào)整到幾乎閉合，只有在真空泵啟動時，真空泵側(cè)的真空度大于真空罐內(nèi)的真空，將閥片吸開到較大角度，罐內(nèi)污物通過真空泵被排放。止回閥的調(diào)整如圖2所示。

圖2 真空泵動作前止回閥的狀態(tài)

經(jīng)過這樣的調(diào)整后，發(fā)現(xiàn)閥片在真空泵停止工作的瞬間吸合效果有所提升，但還是未能滿足系統(tǒng)保持真空的要求。

為了在真空泵停止工作瞬間，止回閥及時工作，保持罐內(nèi)真空，最有效的辦法就是在真空泵停止工作的瞬間有大氣進入閥腔。于是在止回閥的閥腔外增加了1個兩位兩通的電磁閥。該電磁閥常閉，在真空泵停止工作的瞬間，電磁閥開啟，大氣進入閥腔，與真空罐側(cè)的真空形成強大的壓力差，閥片在瞬間牢牢吸合，解決了這個問題。2.1.2 閥片易被異物卡死

在實際使用過程中，很難保證便器內(nèi)不被扔入各種各樣的雜物。因此，閥片開口較小，經(jīng)常會有異物堵在閥片開口處，致使閥片不能閉合，真空罐內(nèi)的真空度一直達不到設定值，系統(tǒng)不能工作或真空罐內(nèi)的真空不能保持，加重了真空泵負荷。

在有電磁閥瞬間通大氣的情況下，將閥片的初始開口角度增大，即調(diào)整圖3中的半徑R，從原來的R5調(diào)整到R8。

如圖4所示，經(jīng)過改進，增加閥腔電磁閥，增大閥片初始狀態(tài)打開角度，既有效地減少了閥片被異物卡死的可能性，又能在真空泵停止運行的瞬間牢牢關(guān)閉止回閥，實現(xiàn)真空保持。

圖3 閥片圓弧R示意

圖4 真空泵停止動作前止回閥的狀態(tài)

2.2 排污閥故障及分析

排污閥是將便器和真空罐連接起來的關(guān)鍵部件。排污閥常閉，使得坐便器或蹲便器內(nèi)保持水封，有效隔離臭氣散發(fā)，保持空氣清新，同時有效隔離真空管路與大氣。

如圖5所示，當真空罐內(nèi)真空達到設定值時，真空段內(nèi)為真空，常壓段通過兩位三通電磁閥與大氣常通，當電磁閥接收到打開指令時，電磁閥大氣端關(guān)閉，同時常壓段與真空段接通，排污閥腔內(nèi)抽成真空，使得排污閥打開，污水被抽吸到真空罐。然后電磁閥動作，大氣端開啟，腔內(nèi)彈簧作用使得排污閥關(guān)閉，排污閥完成1次動作。

如圖5所示，為了節(jié)約真空及防止真空罐內(nèi)臭氣倒灌，一般便器后端都設有蓄水彎管。若因使用不當或便器故障等原因，便器內(nèi)水過多，電磁閥在動作多次都未能將便器內(nèi)的水排空的情況下，真空段會被水封死，真空罐內(nèi)的真空在電磁閥開啟時也不能將排污閥腔內(nèi)的空氣抽走，使得排污閥不能正常打開，導致整個便器系統(tǒng)癱瘓。尤其是這段管道為污水管，若有固體異物堵塞，情況更糟糕。

圖5 改進前，排污閥采真空位置示意

為了避免這種情況發(fā)生，可將排污采真空的位置移置真空罐。改進后的管路如圖6所示。

圖6 改進后，排污閥采真空位置示意

2.3 管道堵塞故障及分析

在實際使用中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會有異物被扔入便器，致使管道堵塞，排污不暢，嚴重時會導致系統(tǒng)癱瘓。解決堵塞主要從兩方面著手，疏通管道或粉碎堵塞源。

a.疏通管道。為了管道施工方便、管道密封性好，排污管均采用UPVC管，連接處用專用膠水粘牢，使得在管道堵塞后，很難就近將堵塞物取出，給后期維護帶來了不便。為了檢修方便，主排污管一律采用光亮不銹鋼管，接頭處采用橡膠直通或橡膠彎頭，用卡箍將其與管道連接緊固。即使因為使用不當出現(xiàn)了管道堵塞，也可以就近打開橡膠接頭，方便疏通管道。

b.粉碎堵塞源。如果說疏通是不得已采用的辦法，那么粉碎堵塞源則更直接有效。一般堵塞源都只會從坐便器或蹲便器進入排污管道，在便器匯總管道前增加一個糞便粉碎機。糞便粉碎機是一個密閉的內(nèi)置刀片的腔，運行時，刀片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力將通過腔內(nèi)的異物甩到刀片上，異物被粉碎，然后進入后續(xù)的管道、真空罐和真空泵等，既保證了管道不堵塞，又保護后續(xù)設備不被異物損壞。

2.4 沖洗效果不佳故障及分析

真空衛(wèi)生間系統(tǒng)的一個顯著特點是用水量少，需要使用較少的水達到較好的沖洗效果，就要使沖洗水壓較大，單個噴嘴閥蓋面盡量大，盡量沒有沖洗死角。衛(wèi)生間系統(tǒng)大多采用自來水水源，且管道布置也根據(jù)項目不同而不同，所以其便器沖洗效果也需要根據(jù)實際使用環(huán)境來調(diào)節(jié)時序、調(diào)整管道布置或增加小型的水泵為沖洗增壓。具體可以分為以下幾種情況來解決。

a.增加主水管管徑。自來水的水壓用于真空衛(wèi)生間系統(tǒng)沖洗效果一般很好，但是如果系統(tǒng)涉及的部件較多，管道分流或轉(zhuǎn)換后，到便器的水壓便會大打折扣，嚴重影響沖洗效果。為了解決這個問題，與自來水源連接的主水管盡量采用直徑為32 mm的管道，分到各便器的管道盡量采用直徑為15.5mm的波紋管，有效保證水壓，保證沖洗效果。

b.增加噴嘴數(shù)量。噴嘴太多可能會使水噴出的壓力減小，沖洗效果不佳，只設置了6個噴水嘴，但驗證發(fā)現(xiàn)，噴嘴少很容易產(chǎn)生沖洗死角，部分區(qū)域沖洗不到。后經(jīng)過反復的試制和試驗，將噴嘴數(shù)量增加到10個最合適，既能盡量減少沖洗死角，又能保證水噴出時的壓力。

c.調(diào)整噴嘴噴水角度。為了用有限的水達到最好的沖洗效果，調(diào)整噴嘴的尺寸也是一個有效的辦法。將噴嘴的出水縫隙寬度由原來的1.5mm變?yōu)?.8mm，這樣就可以用將近少一半的水達到同樣的沖洗面積。另外，將噴嘴的出水縫隙長度由原來的5mm變?yōu)?mm。這樣就擴大了水噴出時形成的扇形角度，擴大了有效沖洗面積，有效減少沖洗死角。

d.增加小型水泵。若使用中需要蓄水，則蓄水的水壓很難保證沖洗效果，這便需要增加一個小型水泵來為沖洗水增壓。

2.5 真空管路泄漏

衛(wèi)生間系統(tǒng)在使用中，偶爾會出現(xiàn)真空管路泄漏，真空無法抽吸到設定值或者真空度無法保持的情況，致使真空泵頻繁啟動或系統(tǒng)無法正常運行。

管路泄漏主要考慮各管道連接處的密封，要求在施工過程中確實緊固每個卡箍；在法蘭連接處設置橡膠密封墊；緊固螺釘做防松標識，便于檢查；主管路較長時，管路中間根據(jù)需要設置1個或多個球閥，便于管路分段檢測。管路連接好后，需進行真空保持測試，確保系統(tǒng)的密封性。

3 民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)改進設想

3.1 灰水箱改進

在衛(wèi)生間系統(tǒng)中，由小便器、淋浴房、洗手臺、洗衣房、洗手臺和拖把池等產(chǎn)生的灰水都將首先收集在灰水箱。根據(jù)需要，一個系統(tǒng)內(nèi)會有多個灰水箱。當灰水箱內(nèi)的水位達到一定值，液位開關(guān)動作，給出的信號控制排污閥動作，灰水箱內(nèi)的灰水被抽吸到真空罐。

目前，灰水箱體積較小，且都是單個控制，即1個控制器控制1個灰水箱。正常情況下，各個灰水箱可以正常工作。但是若出現(xiàn)某2個或多個灰水箱同時水滿，都需要真空抽吸時，恰好真空罐內(nèi)的真空度不足，其單個的控制器就會在液位開關(guān)給出信號時打開電磁閥，但是真空度不足致使排污閥無法打開，需要等待真空罐內(nèi)的真空被抽到設定值，最長需要18s（真空泵將真空罐內(nèi)的真空從0抽到設定值需要的時間，系統(tǒng)不同，時間會有所差異）左右的時間，然后灰水箱內(nèi)的水才能被抽吸。在真空泵將真空罐內(nèi)的真空從0抽到設定值需要的時間內(nèi)，淋浴房或洗衣槽的水可能還會源源不斷的流入灰水箱，可能會出現(xiàn)水從排氣孔滿出灰水箱的情況。

可考慮從以下幾方面來解決：

a.增大灰水箱容積。對于裝有淋浴房或洗衣房的衛(wèi)生間系統(tǒng)來說，可適量增大灰水箱的容積，可以有效地減少灰水箱排空的頻率，也就可以減少真空罐的真空降低為0的頻率，進而減少灰水箱滿給出抽吸信號時無法及時抽吸的可能性，能避免灰水箱內(nèi)的水滿出。

b.降低液位開關(guān)位置。若因為空間關(guān)系，無法增大灰水箱體積，可適當?shù)貙⒁何婚_關(guān)的位置降低，在灰水箱的上部留出更多的空間，以便于能接收等待的最多18s時間內(nèi)流入的灰水，同樣可以避免水滿出。

當然留出的空間需要根據(jù)實際情況計算得出，最多18s內(nèi)流入的水體積，應稍小于液位開關(guān)動作后灰水箱內(nèi)還未填充的容積。

3.2 一次沖洗（抽吸）真空度消耗量改進

目前，在使用的衛(wèi)生間系統(tǒng)中，1次沖洗或灰水箱1次排空就會使真空罐內(nèi)的真空消耗完，這也使得真空泵不得不頻繁啟動，不利于維持真空泵的壽命，且與真空衛(wèi)生間系統(tǒng)的節(jié)能性能有出入，為此，可采用以下改進措施。

a.調(diào)節(jié)排污閥開啟的時間?，F(xiàn)有的系統(tǒng)可調(diào)節(jié)排污閥開啟的時間，使得便盆內(nèi)的污水剛好抽吸干凈，又沒有太多的時間讓大氣通過便盆泄漏到真空管路，可以有效減少每次便器沖洗的真空消耗量。同樣，可根據(jù)灰水箱的容積，設置好排污閥打開的時間，使得灰水箱內(nèi)的灰水剛好抽吸干凈，又沒有太多的時間讓大氣通過灰水箱的排污管進入到主真空管路。

b.改進排污閥結(jié)構(gòu)。沖洗和抽吸導致真空消耗太大最直接的部件就是排污閥，可考慮在排污閥結(jié)構(gòu)上做些改進，能夠在水被抽完的瞬間，關(guān)閉排污閥，就可以減少1次沖洗（抽吸）的真空度消耗。

4 結(jié)束語

民用真空衛(wèi)生間系統(tǒng)可以廣泛應用于公園、廣場、生態(tài)農(nóng)莊、移動廁所和輪船等場合，市場前景廣闊。雖然在使用過程中出現(xiàn)的有共性的故障都已經(jīng)被一一解決，但同時也還存在改進的空間。如從技術(shù)上來講，灰水箱的改進、排污閥的改進等。從反應周期上來講，可以將每個系統(tǒng)必須要用的部件做到通用化，在有條件的情況下備有一定的庫存或確定好協(xié)作單位，可以減少很多重復的設計工作，并提高系統(tǒng)安裝調(diào)試周期，同時也將大力推進系統(tǒng)的市場占有率。

［1］郁敏奇，唐世權(quán).國外現(xiàn)代真空便器系統(tǒng)簡述［J］.機電設備，1999（2）：26-30.

［2］馮 斌.真空排污控制系統(tǒng)設計及防堵措施研究［D］.武漢：華中科技大學，2011.

［3］周敬宣，劉會濤，李艷萍.城鎮(zhèn)糞便、易腐蝕性生活垃圾、生活污水真空分類收運系統(tǒng)及資源化［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2002（6）：36-38.

［4］胡國良，周敬宣，陽國柱，等.武漢東湖風景區(qū)真空廁所系統(tǒng)安裝與調(diào)試［J］.給水排水，2006，32（12）：84-86.