民用真空卫生间系统的常见故障改进

刘传枝，朱琴跃

（1.同济大学，上海 200092；2.宁波南车时代传感技术有限公司，浙江 宁波 315021）

0 引言

随着人们环保意识的日益增强，人体排泄污物的收集及处理、节水型厕所的使用等问题也日渐受到了社会的重视。因此，真空集便器应时而生［1］，而以真空集便器为核心的民用真空卫生间系统通过多年的研发和实际使用，也越来越受欢迎［2］并已经得到了用户的广泛认同［3］。

然而，民用真空卫生间系统在使用过程中显现的问题，也在不断困扰着用户和设备制造厂家，一些常见问题的解决和相应技术的改进，是摆在众多厂家面前不容回避的话题。为此，通过对民用真空卫生间系统所出现的常见问题进行分析，以期提出相应的解决办法和改进措施。

1 民用真空卫生间系统

1.1 民用真空卫生间系统组成

民用真空卫生间系统（以下简称卫生间系统）涉及的部件比较多，除参考文献［4］中提及的常用的真空泵站、真空罐和真空厕所外，还包括一些附加的常用生活设施，如洗手台、小便器、拖把池、洗衣房、淋浴房和残疾人厕位等，可根据需要选配。其系统构成如图1所示。

图1 民用真空卫生间系统组成

1.2 民用真空卫生间系统工作原理

卫生间系统采用的是真空保持式。系统上电，真空泵启动，当真空罐内真空度达到设定值，真空泵停止工作，系统处于待机状态。此时，手动启动冲洗按钮或感应到便器冲洗信号，配套的电磁水阀动作，便器内冲水，排污阀开启。由于系统管道内为真空状态，便盆内的污物通过排污主管道被抽吸到真空罐；或者灰水箱内的水满，液位开关给出的信号让排污阀开启，灰水箱内的灰水通过排污主管道被抽吸到真空罐。同时，真空泵将真空罐内的污物通过真空泵排放到城市污管或污物处理系统。待真空罐内的真空值降到设定的下限值时，真空泵再次启动直到真空达到设定值后停止工作，等待下次循环。

2 民用真空卫生间系统常见故障及分析

卫生间系统常见故障主要包括止回阀故障、排污阀故障、管道堵塞、冲洗效果不佳和系统漏气等，这些故障在使用中已经逐步得到了解决。

2.1 止回阀故障及分析

止回阀是在真空泵对真空罐抽取真空达到一定值后，用于截断真空泵和真空罐之间的管道，有效保持真空罐内真空度的部件。止回阀是真空保持型卫生间系统的核心部件之一，在调试和实际使用中，止回阀出现的故障主要表现为以下2个方面。2.1.1 止回阀阀片不能及时关闭

在系统调试过程中，发现阀片总是不能及时关闭，或者需要延迟一段时间才能缓慢关闭，致使真空罐内的真空不能保持或泄漏过多。分析认为其原因是阀片开口太大，真空泵侧与真空罐侧之间的压力差不足以将阀片吸合。采用的办法是调整阀片初始状态的打开角度，将其调整到几乎闭合，只有在真空泵启动时，真空泵侧的真空度大于真空罐内的真空，将阀片吸开到较大角度，罐内污物通过真空泵被排放。止回阀的调整如图2所示。

图2 真空泵动作前止回阀的状态

经过这样的调整后，发现阀片在真空泵停止工作的瞬间吸合效果有所提升，但还是未能满足系统保持真空的要求。

为了在真空泵停止工作瞬间，止回阀及时工作，保持罐内真空，最有效的办法就是在真空泵停止工作的瞬间有大气进入阀腔。于是在止回阀的阀腔外增加了1个两位两通的电磁阀。该电磁阀常闭，在真空泵停止工作的瞬间，电磁阀开启，大气进入阀腔，与真空罐侧的真空形成强大的压力差，阀片在瞬间牢牢吸合，解决了这个问题。2.1.2 阀片易被异物卡死

在实际使用过程中，很难保证便器内不被扔入各种各样的杂物。因此，阀片开口较小，经常会有异物堵在阀片开口处，致使阀片不能闭合，真空罐内的真空度一直达不到设定值，系统不能工作或真空罐内的真空不能保持，加重了真空泵负荷。

在有电磁阀瞬间通大气的情况下，将阀片的初始开口角度增大，即调整图3中的半径R，从原来的R5调整到R8。

如图4所示，经过改进，增加阀腔电磁阀，增大阀片初始状态打开角度，既有效地减少了阀片被异物卡死的可能性，又能在真空泵停止运行的瞬间牢牢关闭止回阀，实现真空保持。

图3 阀片圆弧R示意

图4 真空泵停止动作前止回阀的状态

2.2 排污阀故障及分析

排污阀是将便器和真空罐连接起来的关键部件。排污阀常闭，使得坐便器或蹲便器内保持水封，有效隔离臭气散发，保持空气清新，同时有效隔离真空管路与大气。

如图5所示，当真空罐内真空达到设定值时，真空段内为真空，常压段通过两位三通电磁阀与大气常通，当电磁阀接收到打开指令时，电磁阀大气端关闭，同时常压段与真空段接通，排污阀腔内抽成真空，使得排污阀打开，污水被抽吸到真空罐。然后电磁阀动作，大气端开启，腔内弹簧作用使得排污阀关闭，排污阀完成1次动作。

如图5所示，为了节约真空及防止真空罐内臭气倒灌，一般便器后端都设有蓄水弯管。若因使用不当或便器故障等原因，便器内水过多，电磁阀在动作多次都未能将便器内的水排空的情况下，真空段会被水封死，真空罐内的真空在电磁阀开启时也不能将排污阀腔内的空气抽走，使得排污阀不能正常打开，导致整个便器系统瘫痪。尤其是这段管道为污水管，若有固体异物堵塞，情况更糟糕。

图5 改进前，排污阀采真空位置示意

为了避免这种情况发生，可将排污采真空的位置移置真空罐。改进后的管路如图6所示。

图6 改进后，排污阀采真空位置示意

2.3 管道堵塞故障及分析

在实际使用中发现，经常会有异物被扔入便器，致使管道堵塞，排污不畅，严重时会导致系统瘫痪。解决堵塞主要从两方面着手，疏通管道或粉碎堵塞源。

a.疏通管道。为了管道施工方便、管道密封性好，排污管均采用UPVC管，连接处用专用胶水粘牢，使得在管道堵塞后，很难就近将堵塞物取出，给后期维护带来了不便。为了检修方便，主排污管一律采用光亮不锈钢管，接头处采用橡胶直通或橡胶弯头，用卡箍将其与管道连接紧固。即使因为使用不当出现了管道堵塞，也可以就近打开橡胶接头，方便疏通管道。

b.粉碎堵塞源。如果说疏通是不得已采用的办法，那么粉碎堵塞源则更直接有效。一般堵塞源都只会从坐便器或蹲便器进入排污管道，在便器汇总管道前增加一个粪便粉碎机。粪便粉碎机是一个密闭的内置刀片的腔，运行时，刀片高速旋转，产生的离心力将通过腔内的异物甩到刀片上，异物被粉碎，然后进入后续的管道、真空罐和真空泵等，既保证了管道不堵塞，又保护后续设备不被异物损坏。

2.4 冲洗效果不佳故障及分析

真空卫生间系统的一个显著特点是用水量少，需要使用较少的水达到较好的冲洗效果，就要使冲洗水压较大，单个喷嘴阀盖面尽量大，尽量没有冲洗死角。卫生间系统大多采用自来水水源，且管道布置也根据项目不同而不同，所以其便器冲洗效果也需要根据实际使用环境来调节时序、调整管道布置或增加小型的水泵为冲洗增压。具体可以分为以下几种情况来解决。

a.增加主水管管径。自来水的水压用于真空卫生间系统冲洗效果一般很好，但是如果系统涉及的部件较多，管道分流或转换后，到便器的水压便会大打折扣，严重影响冲洗效果。为了解决这个问题，与自来水源连接的主水管尽量采用直径为32 mm的管道，分到各便器的管道尽量采用直径为15.5mm的波纹管，有效保证水压，保证冲洗效果。

b.增加喷嘴数量。喷嘴太多可能会使水喷出的压力减小，冲洗效果不佳，只设置了6个喷水嘴，但验证发现，喷嘴少很容易产生冲洗死角，部分区域冲洗不到。后经过反复的试制和试验，将喷嘴数量增加到10个最合适，既能尽量减少冲洗死角，又能保证水喷出时的压力。

c.调整喷嘴喷水角度。为了用有限的水达到最好的冲洗效果，调整喷嘴的尺寸也是一个有效的办法。将喷嘴的出水缝隙宽度由原来的1.5mm变为0.8mm，这样就可以用将近少一半的水达到同样的冲洗面积。另外，将喷嘴的出水缝隙长度由原来的5mm变为8mm。这样就扩大了水喷出时形成的扇形角度，扩大了有效冲洗面积，有效减少冲洗死角。

d.增加小型水泵。若使用中需要蓄水，则蓄水的水压很难保证冲洗效果，这便需要增加一个小型水泵来为冲洗水增压。

2.5 真空管路泄漏

卫生间系统在使用中，偶尔会出现真空管路泄漏，真空无法抽吸到设定值或者真空度无法保持的情况，致使真空泵频繁启动或系统无法正常运行。

管路泄漏主要考虑各管道连接处的密封，要求在施工过程中确实紧固每个卡箍；在法兰连接处设置橡胶密封垫；紧固螺钉做防松标识，便于检查；主管路较长时，管路中间根据需要设置1个或多个球阀，便于管路分段检测。管路连接好后，需进行真空保持测试，确保系统的密封性。

3 民用真空卫生间系统改进设想

3.1 灰水箱改进

在卫生间系统中，由小便器、淋浴房、洗手台、洗衣房、洗手台和拖把池等产生的灰水都将首先收集在灰水箱。根据需要，一个系统内会有多个灰水箱。当灰水箱内的水位达到一定值，液位开关动作，给出的信号控制排污阀动作，灰水箱内的灰水被抽吸到真空罐。

目前，灰水箱体积较小，且都是单个控制，即1个控制器控制1个灰水箱。正常情况下，各个灰水箱可以正常工作。但是若出现某2个或多个灰水箱同时水满，都需要真空抽吸时，恰好真空罐内的真空度不足，其单个的控制器就会在液位开关给出信号时打开电磁阀，但是真空度不足致使排污阀无法打开，需要等待真空罐内的真空被抽到设定值，最长需要18s（真空泵将真空罐内的真空从0抽到设定值需要的时间，系统不同，时间会有所差异）左右的时间，然后灰水箱内的水才能被抽吸。在真空泵将真空罐内的真空从0抽到设定值需要的时间内，淋浴房或洗衣槽的水可能还会源源不断的流入灰水箱，可能会出现水从排气孔满出灰水箱的情况。

可考虑从以下几方面来解决：

a.增大灰水箱容积。对于装有淋浴房或洗衣房的卫生间系统来说，可适量增大灰水箱的容积，可以有效地减少灰水箱排空的频率，也就可以减少真空罐的真空降低为0的频率，进而减少灰水箱满给出抽吸信号时无法及时抽吸的可能性，能避免灰水箱内的水满出。

b.降低液位开关位置。若因为空间关系，无法增大灰水箱体积，可适当地将液位开关的位置降低，在灰水箱的上部留出更多的空间，以便于能接收等待的最多18s时间内流入的灰水，同样可以避免水满出。

当然留出的空间需要根据实际情况计算得出，最多18s内流入的水体积，应稍小于液位开关动作后灰水箱内还未填充的容积。

3.2 一次冲洗（抽吸）真空度消耗量改进

目前，在使用的卫生间系统中，1次冲洗或灰水箱1次排空就会使真空罐内的真空消耗完，这也使得真空泵不得不频繁启动，不利于维持真空泵的寿命，且与真空卫生间系统的节能性能有出入，为此，可采用以下改进措施。

a.调节排污阀开启的时间。现有的系统可调节排污阀开启的时间，使得便盆内的污水刚好抽吸干净，又没有太多的时间让大气通过便盆泄漏到真空管路，可以有效减少每次便器冲洗的真空消耗量。同样，可根据灰水箱的容积，设置好排污阀打开的时间，使得灰水箱内的灰水刚好抽吸干净，又没有太多的时间让大气通过灰水箱的排污管进入到主真空管路。

b.改进排污阀结构。冲洗和抽吸导致真空消耗太大最直接的部件就是排污阀，可考虑在排污阀结构上做些改进，能够在水被抽完的瞬间，关闭排污阀，就可以减少1次冲洗（抽吸）的真空度消耗。

4 结束语

民用真空卫生间系统可以广泛应用于公园、广场、生态农庄、移动厕所和轮船等场合，市场前景广阔。虽然在使用过程中出现的有共性的故障都已经被一一解决，但同时也还存在改进的空间。如从技术上来讲，灰水箱的改进、排污阀的改进等。从反应周期上来讲，可以将每个系统必须要用的部件做到通用化，在有条件的情况下备有一定的库存或确定好协作单位，可以减少很多重复的设计工作，并提高系统安装调试周期，同时也将大力推进系统的市场占有率。

［1］郁敏奇，唐世权.国外现代真空便器系统简述［J］.机电设备，1999（2）：26-30.

［2］冯 斌.真空排污控制系统设计及防堵措施研究［D］.武汉：华中科技大学，2011.

［3］周敬宣，刘会涛，李艳萍.城镇粪便、易腐蚀性生活垃圾、生活污水真空分类收运系统及资源化［J］.城市环境与城市生态，2002（6）：36-38.

［4］胡国良，周敬宣，阳国柱，等.武汉东湖风景区真空厕所系统安装与调试［J］.给水排水，2006，32（12）：84-86.