节能型洁具真空吸排系统的研究

摘要

真空洁具是满足特殊生活环境下人们基本需求的重要卫生设备。真空洁具系统通过抽吸空气形成负压腔,大气压与负压之间的压力差形成冲洗力。但是,目前的真空洁具系统由于在工作时冲洗力设定为固定值,真空抽吸时间按最大污物量设定,对于高频率的中、低污物量冲洗作业而言,存在空气消耗量的浪费。因此,研究开发一种根据实际污物量实时无级调节冲洗力并满足冲洗和节能要求的真空吸排系统对于降低真空洁具的耗气量和节约能源具有重要的学术意义和实际的应用价值。为此,论文首次提出并实现了通过调节真空度改变洁具冲洗力的新构想,采用调节供气时间的方法来调节真空度和空气消耗量,以实现适应负载的冲洗力调节,并达到节能的目的。围绕这一目标,论文在节能型真空洁具系统的构成、负载适应技术、真空建立和污物输送模型及试验等方面进行了深入研究并取得了相应成果。
　　 本文提出并实现了双感应式负载测量.冲洗力调节技术方案和真空洁具供气量控制节能方案。便器采用外部支架与浮动内腔相结合的组合结构,兼顾了测量需要和入的需求。液位传感器和称重传感器采集到的电压信号使污物量的信息即时地传递至中央控制台,根据污物量的多少确定冲洗力的大小,并通过调节供气时间来调整供气量从而调节真空度和冲洗力。针对节能型洁具的技术需求,该文研究了适合于节能型洁具吸排系统的真空发生器回路,使系统的真空度可以根据负载的要求而改变。为了分析真空发生器回路的排气处理元件所引起的排气侧压力升高对系统性能的影响,经过数值计算和试验测量,得出工作效率较优的排气侧压力范围,并据此选择合适的排气辅助元件。为了定量地描述真空检测元件和方向控制元件等气动真空元件的流阻对吸气流量的影响,引入无量纲参数G*r并推导出合成流量表示式,有助于选择真空支路的元件。不同供气量下吸气流量的试验数据是制订供气量调节策略的重要依据。为了直接地获得真空洁具系统的吸排气特性,研究了吸排气流量测试技术。当气源温度恒定时,真空发生器的供气流量表示为供气压力与拉瓦尔喷管喉部截面积乘积的正比例函数。为了对节能型洁具真空系统的吸气流量进行高效、准确的测量,研究了真空系统吸气流量测量原理并制作了相应的测量装置。与现行的吸气流量测量方法比较,新的测试方法节省80％以上的空气消耗量,测试时间仅为现行方法的十分之一,流量测试误差约为2.3%。根据测试结果,得出节能型真空吸排系统吸气流量-压力关系的拟合关系式。在获得真空吸排系统静态流量特性的基础上,针对洁具真空吸排系统的两个工作阶段,即真空收集罐内真空建立过程和污物输送至真空收集罐的过程,分别研究了真空收集罐内的压力响应规律,并制订了系统工作流程。对于真空收集罐内真空建立过程,依据真空系统吸气流量测试结果和流量-压力拟合关系式、容腔放气模型和管路差分模型对系统真空建立过程进行仿真。针对节能型洁具真空建立过程的特点,使用流量.压力曲线的线性拟合关系式和等温假设对原计算模型进行了简化,简化后的模型能够满足对节能型洁具真空建立过程压力响应规律分析的要求。对于污物输送至真空收集罐的过程,建立了排污作业的压力响应模型并根据排污量与冲洗力的关系设计了节能优化控制流程。为了验证节能的效果,对不同排污量所需消耗的供气能耗进行了测量。当排污量由0.2×10-3 m3增加到1.6×10-3m3时,所需真空度从3kPa增高到41kPa,耗能量从88J增大到1380J。随着排污量的增加,所需真空度与排污量近似线性增长;当污物中含有固体物时,排污所需的真空度提高。与现行的真空洁具装置比较,经过负载适应的真空度可调节设计,节能型洁具真空吸排系统节省能量达30%以上,显示出了很好的发展应用前景。