技术领域
[0001] 本发明涉及一种给水卫生设备，特别涉及一种列车用中转式真空集便系统及控制方法。
相关背景技术
[0002] 近年来，国内高铁动车等均全部装备真空集便系统，真空集便系统一般包括污物箱、中转箱和灰水箱等。其中，中转箱用于暂时储存便器和灰水箱排放的污物和灰水，灰水箱用于暂时储存洗手池排出的灰水，中转箱通过排污管与污物箱连接，中转箱连接真空发生装置，同时还连接有用于给中转箱加正压的气路，中转箱通过进污管与便器连接，便器的排污口处安装有便器排污阀，灰水箱通过进水管与洗手池等灰水排放设备连接，灰水箱通过排水管与中转箱连接，在排水管上安装有用于控制排水管通断的滑阀，真空发生装置包括真空开关、真空发生器和用于控制抽真空气路通断的夹管阀。
[0003] 现有的真空集便系统采用气源作为动力，一般功能器件损坏或管路堵塞时，有一定概率导致便器或洗手池在使用过程中出现反喷现象，造成便器或洗手池不可用，发生旅客不满意投诉等情况。
[0004] 如，现有技术中真空集便系统的灰水箱进入到中转箱的排水管上仅设一滑阀控制管路开闭，但是当中转箱打正压清空时，如果滑阀关闭不严，则会存在正压空气通过灰水箱进入车上造成洗手池反喷的风险。另外，现有技术中真空集便系统的真空开关安装在真空发生器上，当抽真空管夹阀打不开或喷射器堵塞时，真空开关不能检测到中转箱内气压状态，检测到的只是喷射器到抽真空管夹阀管路的真空度，此时会出现真空开关导通，实际中转箱可能是正压的情况，系统会误以为中转箱内的真空度已建立，此时便器排污阀会自动开启，中转箱内的正压空气会直接从便器排污口反喷而出。
[0005] 在现有的真空集便系统中，往往会出有由于真空开关、液位开关等功能器件自身故障，导致系统误报警，进而控制卫生设备停用，给乘客的使用带来麻烦，使系统的工作稳定性和可靠性受到较大影响，严重影响了乘客的乘坐体验。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
[0048] 实施例一：
[0049] 如图1所示，本发明提供的一种列车用中转式真空集便系统，包括污物箱组成、便器组成、灰水排放设备、电气控制单元、气动控制单元、水增压单元、冲洗按钮(图中未示出)等。
[0050] 其中，污物箱组成包括灰水箱1、中转箱2和污物箱3。灰水排放设备包括洗手池、地漏等。便器组成是系统对用户的接口，包括坐便器或蹲便器等，用于将乘客排泄物冲洗转移至中转箱2内存放。洗手池、地漏等排出的灰水先暂时存储在灰水箱1内，箱满后转移至中转箱2内。中转箱2用于收集并暂存便器排放的污物及灰水箱1排出的灰水，当中转箱2内的液位达到排放标准或收集次数达到设定次数时，将中转箱2内暂存的污物和灰水排放至污物箱3内。气动控制单元用于集中控制系统气压调节，抽真空及各气路分配等，水增压单元用于给便器冲洗时提供压力水，电气控制单元用于控制和执行便器冲洗、中转箱排空等各种动作指令。
[0051] 中转箱2通过气路4连接真空发生装置和车上的正压气源，真空发生装置用于在中转箱2内建立真空度，以将便器和灰水箱1内的污物和灰水抽吸至中转箱2内，在排空中转箱2时，通过正压气源向中转箱2内施加正压，帮助中转箱2内的污物和灰水全部排空至污物箱
3内。
[0052] 其中，真空发生装置包括真空开关5和真空发生器6，在与真空发生器6连接的气路4上设置有用于控制抽真空气路通断的第一阀7和低气压保护开关(图中未示出)，低气压保护开关用于监测车供压力是否满足真空发生器6的动作需求。第一阀7、低气压保护开关及各调压装置部件(如过滤调压阀)都集成安装在气动控制单元的控制盘上，第一阀7优选采用夹管阀，该夹管阀的气路由电气控制单元中的电磁阀控制通断，电气控制单元根据控制指令控制第一阀7的通断。第一阀7为常开状态，只有在向中转箱2内打正压时才关闭。加正压的气路4上串接有单向阀8，真空开关20用于监测中转箱2内的真空度，真空发生器6用于在便器排污时给中转箱2建立真空。
[0053] 本实施例中，真空开关5安装在第一阀7前方的中转箱2与单向阀8之间的加正压的气路4上，这样，真空开关5到中转箱2之间的气路4无任何阻挡，当抽真空气路上的第一阀7打不开或真空发生器6堵塞时，真空开关5都能够准确的检测到中转箱2内的真空度，杜绝了由于真空发生器6堵塞或第一阀7打不开造成的中转箱2内真空度误判，而使中转箱2内的污物和灰水从便器中反喷的现象出现，大幅提高了系统的工作稳定性和可靠性。同时也有利于打正压的气路4可以在打正压时及时清理打正压气路4中的异物，防止堵塞。
[0054] 中转箱2通过进污管10与便器连接，通过排污管与污物箱3连接，在排污管上安装有中转箱排污阀36。在便器的排污口处安装便器排污阀9，在便器排污阀9与中转箱2之间的进污管10上串接用于控制进污管10通断的第二阀11，第二阀11优选采用夹管阀，该夹管阀的气路由电气控制单元中的电磁阀控制通断，电气控制单元根据控制指令控制第二阀11的通断，第二阀11为常开状态，只有在中转箱2打正压需要排空时才关闭。中转箱12上还安装有自动泄压阀35。
[0055] 灰水箱1通过进水管12与洗手池等灰水排放设备连接，灰水排放设备排放的灰水经过进水管12依靠重力进入灰水箱1内暂存，在灰水箱1底部连接排水管13与中转箱2连接，排水管13上串接有用于控制排水管13通断的灰水排污阀14，灰水排污阀14优选采用滑阀。
[0056] 灰水箱1上还安装有一个溢流阀装置15，当灰水箱1上的液位开关16故障时，灰水将通过溢流阀装置15流到车外，同时溢流阀装置15兼具泄压的功能，不但能够辅助保持车内外压力平衡，而且当灰水箱1内的正压力大于6kPa时，溢流阀装置15会自动开启泄压，大幅减少反喷的力度。
[0057] 本实施例中，将灰水箱1的排水管13的另一端接入便器排污阀9与第二阀11之间的进污管10上，这样，中转箱2正压空气到洗手池需经过第二阀11(此时处于关闭状态)和灰水排污阀14两道防护，由于第二阀11和灰水排污阀14的空气来源各自独立控制，因此，第二阀11和灰水排污阀14不可能发生同时关闭不严的现象，进而有效杜绝了在中转箱2打正压排空时由于阀门关闭不严，使得正压空气通过灰水箱1进入车上或洗手池造成反喷的风险，进一步提高了系统的工作稳定性和可靠性。
[0058] 当乘客使用便器(冲洗按钮激活)时，系统控制水增压单元对便器进行首次冲洗，同时真空发生器6对中转箱2抽真空，当真空度达到真空开关5设定值时，真空发生器6停止工作，系统控制便器排污阀9打开，污物在负压的作用下抽入中转箱2内。系统再对便器进行二次冲水，在便盆的底部形成小水封，系统进入待机状态。
[0059] 当乘客使用洗手池时，灰水通过管路重力汇集至灰水箱1内，当灰水箱1箱满时，系统控制真空发生器6对中转箱2抽真空，当真空度达到真空开关5设定值时，真空发生器6停止工作，系统控制灰水排污阀14打开，此时第二阀11常开的状态，灰水在负压的作用下抽入中转箱2内，控制灰水排污阀14关闭，系统进入待机状态。
[0060] 当便器和/或灰水箱的排空次数累积至系统设定值时，系统控制正压力空气进入中转箱2，将中转箱2内的污物转移至污物箱3内。
[0061] 如图2和图3所示，在灰水箱1、中转箱2和污物箱3上均安装有液位开关16，用于监测及显示箱内容积的状态。当箱内液面达到液位开关16的设定高度时，液位开关16导通并将信号传达至电气控制单元，电气控制单元执行灰水箱1、中转箱2的清空动作。
[0062] 本实施例中，优选液位开关16采用电容式液位传感器。
[0063] 电容式液位传感器包括传感器17、过渡螺套18及金属安装座19。在污物箱3、中转箱2或灰水箱1的箱体壁20上为了安装传感器17开有安装孔(图中未示出)，金属安装座19安装在箱体壁20的安装孔内，并与箱体壁20之间焊接连接。金属安装座19优选采用不锈钢材料，其内设有内螺纹。
[0064] 过渡螺套18安装在金属安装座19上，过渡螺套18具有内外螺纹，其内螺纹用于与传感器17之间螺纹安装，外螺纹用于和金属安装座19上的内螺纹配合螺纹固定连接。安装时先将传感器17安装在过渡螺套18内，安装完成后随过渡螺套18安装于金属安装座19上。
[0065] 过渡螺套18采用非金属的工程塑料材质，即可防止传感器17多次安装时螺纹损伤，又可防止金属安装座19在与箱体壁20之间焊接时发生焊接变形的不易安装。过渡螺套18端部装有O型圈21，用于密封，隔绝污物进入传感器17的非探测部位。
[0066] 在传感器17的尾部金属壳22与金属安装座19之间安装有接地片23，接地片23采用不锈钢或铜等材质，有效解决了现有技术中信号易受干扰、信号输出不稳定的缺点，而且结构简单，易于拆装，方便在现有的产品上进行改造，成本低。本实施例中，接地片23为由两端的第一固定部23a、第二固定部23b及中间的连接部23c组成的一体结构，第一固定部23a与传感器17的尾部金属壳22固定连接，第二固定部23b与金属安装座19固定连接。
[0067] 本实施例中，优选，第一固定部23a相对于中间的连接部23c向外侧凸出，呈与传感器17的尾部金属壳22形状相匹配的形状，第一固定部23a可以是圆弧形、椭圆弧形或多边形等，安装时套装在金属壳22的外部，第一固定部23a与金属壳22之间采用周圈圆面接触用以完全贴合，不但方便固定，也有利于增加接触面积，保证接地效果。第一固定部23a与金属壳22之间通过外套第一紧固喉箍24实现固定连接，不但拆装方便，便于调整更换，而且固定也牢固，可有效避免车辆长时间运营过程中接地片23脱落。
[0068] 第二固定部23b与第一固定部23a相同，相对于中间的连接部23c也为外侧凸出的结构，呈与金属安装座19形状相匹配的形状，第二固定部23b可以是圆弧形、椭圆弧形或多边形等，安装时套装在金属安装座19的外部，第二固定部23b与金属安装座19之间采用周圈圆面接触，同样是为了方便固定，也有利于增加接触面积，保证接地效果。第二固定部23b与金属安装座19之间同样通过外套第二紧固喉箍25实现固定连接。
[0069] 为了保证接地效果，在一个传感器17上可以安装两个接地片23，两个接地片23对称设置，两个接地片23的结构相同，相互扣合后通过第一紧固喉箍24和第二紧固喉箍25固定在传感器17尾部金属壳22与金属安装座19上。
[0070] 如图4至图6所示，在便器排污阀9和灰水排污阀14的阀气缸26上通过固定装置安装有位置传感器27，便于检测便器排污阀9和灰水排污阀14的打开和关闭状态。
[0071] 固定装置包括固定块28和紧固件，固定块28可采用硬质的橡胶块，也可采用硬质塑料块或金属块，如不锈钢块等。在固定块28上开设有安装槽29，安装槽29优选采用T形槽的结构，顶部向上敞口，位置传感器27的尾端安装在固定块28的安装槽29的下部内部，通过螺钉30固定。安装槽29的上部对位置传感器27具有垂向和纵向单向限位的作用，可避免位置传感器27在垂向上晃动。位置传感器27的前端从固定块28的一侧伸出与阀气缸26平行，用于检测阀气缸26的动作位移。
[0072] 在固定块28的安装槽29的下方开设有通口槽31，紧固件优选采用易于安装的紧固喉箍32，紧固喉箍32首先穿过通口槽31，再整体套在阀气缸26上，用一侧的紧固螺钉8拧紧固定，进而将固定块28牢固安装在阀气缸26的光滑表面上。
[0073] 本实施例中，在紧固喉箍32与阀气缸26之间还安装有一圈弹性垫圈33。弹性垫圈33优选采用橡胶圈，并优选采用EPDM材料。橡胶圈套装在阀气缸26上，紧固喉箍32卡固在橡胶圈的外侧，优选橡胶圈的宽度大于紧固喉箍32的宽度。橡胶圈的设置增加了紧固喉箍32与阀气缸26之间的摩擦力，使得位置传感器27与在车辆长时间运输过程振动的环境下也不会产生移位。
[0074] 该固定装置通过紧固喉箍32将固定块28牢固固定在阀气缸26的光滑表面上，同时还在紧固喉箍32与阀气缸26之间安装一圈弹性垫圈33。使用时，先将紧固喉箍32穿过固定块28的通口槽31，将弹性垫圈33套装在阀气缸26的光滑表面上，再将紧固喉箍32绕过弹性垫圈33，在一侧用紧固螺钉34拧紧固定，最后将位置传感器27安装在固定块28的安装槽29内，用螺钉30固定。
[0075] 该固定装置不但结构简单，安装方便，而且也使得安装牢固性得以大幅提升，位置传感器27与在车辆长时间运输过程振动环境下也不会松脱移位，进而保证列车集便系统排污阀的正常使用。
[0076] 实施例二：
[0077] 如图7和图8所示，接地片23的第一固定部23a与实施例一相同采用向外凸出的弧形结构，安装时套装在金属壳22的外部，第一固定部23a与金属壳22之间采用周圈圆面接触用以完全贴合，第一固定部23a与金属壳22之间通过外套第一紧固喉箍24实现固定连接。
[0078] 不同之处在于，本实施例中，第二固定部23b采用具有U形开口的插片结构，安装时插入过渡螺套18与金属安装座19之间，实现第二固定部23b与金属安装座19的固定连接。
[0079] 实施例三：
[0080] 与上述实施例不同之处在于，接地片23的第一固定部23a采用具有U形开口的插片结构，安装时插入过渡螺套18与金属壳22之间，而第二固定部23b采用向外凸出的弧形结构，安装时套装在金属安装座19的外部，第二紧固喉箍25实现固定连接。
[0081] 实施例四：
[0082] 与上述实施例不同之处在于，接地片23的第一固定部23a和第二固定部23b都采用具有U形开口的插片结构，安装时分别对应插入过渡螺套18与金属壳22之间和过渡螺套18与金属安装座19之间。
[0083] 实施例五：
[0084] 在实际使用过程中，由于真空开关5出现偶发信号不良的问题，使得系统会误报真空度不足及便器不可用等问题。本实施例中，为了避免系统出现误报警，提供了一种列车用中转式真空集便系统的控制方法。
[0085] 该控制方法是在系统的控制逻辑中增加判断抽真空故障的步骤，具体为：
[0086] 真空开关5在抽真空动作时检测抽真空信号输出，当真空开关5在抽真空时未检测到信号输出，系统不会立即报真空不足及便器不可用故障，而是会在本次抽真空结束后重新连续抽真空设定次数，如连续3次抽真空均未检测到真空开关信号输出，系统才发出故障报警信号，报真空度不足，便器不可用故障。
[0087] 通过增加该步骤，可以有效避免因为真空开关5自身的故障而造成系统误报警，提高了系统的工作稳定性和可靠性。
[0088] 实施例六：
[0089] 当车辆供应的气源压力过低时，真空发生器6的效率降低，为防止消耗大量压缩空气仍不能建立真空，低气压保护开关切断气路，系统停止使用。本实施例中，为了避免由于低气压保护开关本身的器件故障使系统出现误报警，提供了一种列车用中转式真空集便系统的控制方法。
[0090] 该控制方法是在控制逻辑中增加的判断低气压保护开关故障的步骤，具体为：
[0091] 当低气压保护开关报压力过低故障时，系统不立即发出故障报警信号，进行抽真空动作，由真空开关检测是否在规定的时间内建立起需要的真空度：
[0092] 当低气压保护开关报压力过低故障时，系统不立即发出故障报警信号，控制进行抽真空动作设定次数(如设定3次)，真空开关均未在规定时间内检测到建立起需要的真空度时，系统才发出故障报警信号，控制卫生设备停止使用，否则判断为气压保护开关故障。
[0093] 通过该判断步骤的设置，可以准确地对故障部件进行自动排除，消除由于低气压保护开关器件本身的故障而发生误报警，最大程度地提高了便器的可用性，进一步提高了系统的工作稳定性和可靠性。
[0094] 实施例七：
[0095] 在污物箱3上安装的液位开关16，一般包括0％、25％、50％、75％和100％五档，其中0％低液位开关用于监测污物箱3排空的状态；75％高液位开关用于给列车司机室预警，告之污物箱3接近使用上限；100％满液位开关用于控制卫生间停用，其它液位开关用于显示液位状态。
[0096] 当污物箱3内达到100％满液位时，100％箱满液位开关传输信号给系统电气控制单元并提示报警，电气控制单元控制系统中的各设备暂停使用。本实施例中，为优化污物箱3液位误报警问题，提供了一种列车用中转式真空集便系统的控制方法。
[0097] 该控制方法是在系统的控制逻辑中增加箱满液位判断步骤，具体为：
[0098] 当75％液位开关无信号，而100％箱满液位开关有信号时，系统自动判断100％箱满液位开关误报警，不影响便器和洗手池等设备的正常使用。只有当污物箱75％液位开关有信号,100％箱满液位也有信号时，系统才会认为污物箱3处于箱满状态，系统发出箱满报警信号，报便器和洗手池不可用故障，控制系统中的各设备暂停使用。
[0099] 本实施例中，为优化列车在运营过程中由于不正常使用便器及洗手池等未达到系统设定次数而提前造成中转箱满或灰水箱满等情况，系统设定DTC首次上电或按压DTC上的系统复位按钮时，系统自动执行一次中转箱2的清空动作，用以提高列车运营时的系统可靠性及稳定性。
[0100] 实施例八：
[0101] 本实施例中，提供了一种列车用中转式真空集便系统的控制方法，即在系统的控制逻辑中增加了判断位置传感器27和排污阀(包括便器排污阀9和灰水排污阀14)故障的步骤。以下以便器排污阀9为例详细说明，判断步骤具体为；
[0102] 当位置传感器27检测便器排污阀9未能正常打开时，系统不会立即报警；
[0103] 控制便器排污阀9打开设定次数并抽真空，如无法建立真空，判断便器排污阀9正常而位置传器27故障；
[0104] 控制便器排污阀9关闭设定次数并抽真空，如能建立真空则判断为位置传感器27故障，如不能建立真空，则判断为位置传器27和便器排污阀9均故障；
[0105] 控制便器排污阀9开闭设定次数，尝试排除故障，此后如故障仍存在，才报便器排污阀9故障，控制卫生设备停止使用。
[0106] 或，当位置传感器27检测便器排污阀9未能正常关闭时，系统不会立即报警；
[0107] 控制抽真空动作设定次数，如无法建立真空，判断为便器排污阀9故障，如能建立真空则判断为位置传器27故障；
[0108] 控制便器排污阀9开闭设定次数并抽真空动作，尝试排除故障，此后如故障仍存在，才报排污阀故障，控制卫生设备停止使用。
[0109] 通过该判断步骤的设置，可以准确地对故障部件进行自动排除，消除由于位置传感器27器件本身的故障而发生误报警，最大程度地提高了便器的可用性，进一步提高了系统的工作稳定性和可靠性。
[0110] 如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
