專利名稱：用于檢測建筑物排水和通風系統(tǒng)中密封缺陷的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測建筑物排水和通風系統(tǒng)內的密封缺陷，諸如 有缺陷的脫水器和其他密封失效缺陷的方法和設備。
背景技術：
安裝在建筑物中的排水系統(tǒng)的目的是將廢水從衛(wèi)生設施諸如廁 所、洗臉盆、浴盆等引入通常位于建筑物地面以下的排水道中。在多 層建筑物中，排水系統(tǒng)具有至少一條貫穿每一樓層地板延伸的豎直豎 管和借助連接件從每一層的每個衛(wèi)生設施將廢水引入該豎直豎管的分 支管道。豎管和/或分支管道或者甚至每個具體的衛(wèi)生設施可以設置有 空氣準入閥或者其他適當的通風布置，和/或正氣壓衰減設備。
脫水器或者水密封件一般用在大多數衛(wèi)生設施中。它們的目的是 避免排水道的惡臭空氣釋放到環(huán)境空間或居住空間。脫水器通常包括
u形或瓶子形的殼體， 一般連接到每個衛(wèi)生設施，并且一定量的水可
以存在里面，從而將豎管和排水道密封隔開。沖水馬桶在其基座內設 置有脫水器。
在特定的情況下，諸如負氣壓或正氣壓條件下，脫水器可能損壞， 這意味著沒有足夠的水保留在里面來確保排出管的密封性，并且允許 排水道的惡臭空氣進入居住空間。這種失效可能形成病原體傳播路徑， 或者因過壓而導致系統(tǒng)失效，導致污染居住環(huán)境。
因此，排水系統(tǒng)通風非常重要，以便防止系統(tǒng)中產生氣壓差，并
且在大多數系統(tǒng)中使用空氣準入閥(AAV)。
空氣準入岡(AAV)允許在操作衛(wèi)生設施且水流過管道時，空氣 通過單向空氣閥進入排水系統(tǒng)。當一定體積的廢水沿著豎直豎管下落 時，其夾雜氣流，氣流的必然存在產生了局部吸引壓力或負壓。該負壓通過網絡傳播并且可能導致設施的脫水器密封件發(fā)生虹吸現象。為
了補償這種負壓，AAV的隔板暫時抬起并且允許環(huán)境空氣進入排水系 統(tǒng)。壓力波動的程度由廢水排出流體量來確定。如果沒有AAV的話， 過大的負氣壓可能從衛(wèi)生設施的脫水器中虹吸水。
另一方面，如果排水道中的氣壓突然變得高于環(huán)境氣壓，則這種 正的暫態(tài)可能導致廢水(和廢氣)被推入設施中，破快存水密封件， 導致可怕的衛(wèi)生和健康事故。因此研制了正氣壓衰減設備，并且用來 降低這種污染威脅，特別是在高卑的多層建筑物中。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題在于定位或識別建筑物排水和通風系統(tǒng)中 可能存在的缺陷，特別是通常認為損失其水密封件的缺陷脫水器，或 者建筑物排水系統(tǒng)中的其他缺陷，諸如泄漏的接頭或者配件或者阻礙 水和夾雜的空氣自由通過的缺陷。
本發(fā)明的目的是提出 一種借助這些缺陷的暫態(tài)反射系數來檢測和 識別建筑物排水和通風系統(tǒng)中的這種失效的方法和適當設備。實際上， 在與施加到精確系統(tǒng)布局上的反射比較時，這種失效或缺陷對于任何 到來的低幅值氣壓暫態(tài)具有不同的反射系數。
實際上，如果存在對于施加的暫態(tài)的"無缺陷，，系統(tǒng)響應數據庫以 及精確的系統(tǒng)布局，則可以根據任何暫態(tài)的傳播速度將恒定保持為空 氣中的聲速，因此利用在監(jiān)控位置檢測到的反射波之間產生時間差， 從而可以識別任何缺陷的位置。
根據本發(fā)明，所述設備包括連接到豎直豎管一部分的暫態(tài)發(fā)生器 和同樣連接在豎管上的低壓傳感器，該低壓傳感器能檢測周期性正/ 負低氣壓波反射并將其轉化為電信號，發(fā)送給網絡數據庫。用來檢測 建筑物排水和通風系統(tǒng)中的缺陷諸如泄漏的所述方法和設備配置有或 設置有如本發(fā)明實施方式所述的裝置。
參照附圖，以下將說明設置有本發(fā)明設備的裝置的實施方式，僅
僅作為示例，其中
圖l是多層建筑物中簡單豎管排水系統(tǒng)的示意圖2是多層建筑物中雙豎管排水系統(tǒng)的示意圖3是設置有能接收暫態(tài)發(fā)生器的內建配件的豎管部分的詳細視
圖4是與圖3相同的視圖，暫態(tài)發(fā)生器連接到配件； 圖5是設置有三端口可旋轉閥的配件的分解視圖； 圖6和7是暫態(tài)發(fā)生器的替代實施方式。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種多層建筑物的排水系統(tǒng)以簡化方式示出，包括 豎直豎管排出管1，來自每一樓層的一系列排水管2連接在排出管上， 并且來自各樓層的排出源3可以泄流到其中。所述排出源可以是任何 衛(wèi)生設備諸如抽水馬桶、地面排水管、污水槽、淋浴器、浴盆等。
在每個排出源3和排水管2之間，管道一般包括U形脫水器4 (water trap )等。
來自排出源3的液體和/或液體/固體排出物通過其各自的脫水器4 輸送到排水管2，然后通過豎直豎管1最終輸送到排水道5中。
完整的系統(tǒng)借助空氣準入閥9向周圍大氣通風，該閥一般設置在 豎管1的最上端，但是也可以包含在水密封件的殼體中。已經解釋過， 排水系統(tǒng)應該優(yōu)選還裝備有正氣壓衰減設備(未示出)。
根據本發(fā)明，在適當位置給豎直豎管l設置至少一個配件6，該 配件設計成沿著排水豎管1插入的機械設備。配件6設置有連接件 21，位于豎管1內部空間和暫態(tài)發(fā)生器20輸出區(qū)段之間，暫態(tài)發(fā)生器 如圖4、 6和7所示，后面會詳細說明。在每個配件6的附近，豎管1 還設置有低壓傳感器7，該傳感器可以記錄空氣壓力變化，諸如排水 網絡的暫態(tài)響應，并連接到集成于建筑物內的中央數據獲取系統(tǒng)。
圖2表示更為復雜的排水系統(tǒng)，帶有主豎管1和輔助豎管11。類似的排水管12從排出源13將廢水/固體物排泄到豎管1和11內。輔 助豎管11借助連接管8連接到主豎管1。
在適當的位置，安裝類似的配件6，用來連接暫態(tài)低壓發(fā)生器20 和低壓傳感器7。
暫態(tài)低壓發(fā)生器20 —般為機械設備，包括貼靠外容器或缸體密封 的移動表面，例如活塞23或風箱(bellow )，其移動表面借助能受控 往復動作的機電設備來操作。
如圖4所示，發(fā)生器20借助配件6連接到豎管1,配件設置有連 接到發(fā)生器20的螺紋連接部21。發(fā)生器20 —般為包含內腔28和活 塞23的柱狀主體，活塞能以足夠高的速度和/或頻率將包含在腔28內 的空氣移動到豎管1的內部空間。
配件6在圖3、 4、 6、 7中表示，在圖5中表示地更為詳細，包括 設計成沿著排水豎管1插入的機械設備，用來將連接裝置21連接到發(fā) 生器20的輸出。
如圖5所示，這種配件才幾構由能在配件6內旋轉的三端口閥22 來實現。閥22設置有兩個徑向對置的孔24，與豎直豎管l的直徑對 應，并且設置有一個橫向開口 26，其位于連接裝置21與發(fā)生器20連 接的位置。
閥22的旋轉由任何外部機械或機電促動器來實現，該促動器抵抗 機械包含機構例如彈簧或配重來工作，而該機械包含機構在發(fā)生電力 故障的情況下將閥22返回如圖3和5所示的防故障狀態(tài)。促動器20 的行程限制了閥22的旋轉，并且防止旋轉角度大于約90°。
配件6能將發(fā)生器20的輸出向上或向下導入排水豎管1。在完成 測試和檢測過程之后，配件6必須返回到不中斷排水豎管1垂直輸送 的防故障狀態(tài)。
閥22提供兩種"閉合"配置，第一種是該閥逆時針旋轉(圖5中的 箭頭A)，圖4示出了這種情況，而第二種是閥22順時針旋轉(箭頭 B，未示出)，閉合豎管的下側。
在不安裝發(fā)生器20的情況下或者檢測過程完成的時候，使用鎖止插頭25(圖3)，并將其適配發(fā)生器20的連接裝置21，插入后將閥22 鎖止到防故障狀態(tài)。借助適當的插頭25/閥22連接裝置的適當螺紋直 徑，鎖止插頭25可以僅在閥22處于防故障狀態(tài)時才能插入，這意味 著孔24與豎管1的內徑對準。
三端口配件6的總體尺度類似于目前的豎管尺寸。該配件截面為 柱狀，具有對應于豎管直徑的全通直徑。如果豎管直徑為150mm，則 配件的最可能總體尺寸介于225到250mm之間。該設備可以加襯套， 以允許與直徑較小的豎管一起使用，這樣做的優(yōu)勢在與只需要生產一 種尺寸的設備并且與內嵌襯套一起出售。
圖6和7表示了發(fā)生器20的替代實施方式。根據圖6，連接裝置 21形狀呈90。肘節(jié)形，而發(fā)生器20平行于豎管l定位，從而根據需要 節(jié)省空間。圖7示出了發(fā)生器20的一種實施方式，其中活塞23作為 包含腔28的褶皺柱狀膜27的一部分，在該腔中產生空氣暫態(tài) (transient),并將其通過連接裝置21和配件6的三端口閥22向豎管 l下部引導，經過壓力傳感器7附近。
利用正壓或負壓暫態(tài)識別排水網絡缺陷，要求常見于建筑物排水 和通風系統(tǒng)中的額外設備。引入這種暫態(tài)主要要求兩個額外部件
_專用系統(tǒng)接頭，諸如配件6和
_暫態(tài)低壓發(fā)生器20。
兩個部件可以包含在單一設備中，或者可以作為單獨的設備存在。 如果它們包含在單一設備中，則該設備將安裝在排水網絡中的固定位 置。如果它們作為單獨的設備存在，則該系統(tǒng)接頭或配件6將安裝在 固定位置，而暫態(tài)發(fā)生器將從復雜網絡內的一個位置向另一個位置移 動，以1更于測試。
在任何情況下，壓力暫態(tài)發(fā)生器20將通過允許系統(tǒng)/空氣相互作 用的設備內的活塞、風扇、風箱、膜或其他移動表面的動作，或者通 過與存儲的壓力源相連接，而引入正的、負的或循環(huán)的正/負壓力波。 空氣暫態(tài)的產生在任何情況下都可重復和/或由正弦波振蕩產生。
永久配件6和發(fā)生器20的設計將確保在設備的連接、操作或斷開過程中，排水系統(tǒng)空氣不會交叉污染居住空間或者向其中泄漏。存儲 的壓力源的設計，根據需要，將排除用完之后向其容器回流的可能性。
缺陷識別方法因此包括以下過程和設備
一需要具體的系統(tǒng)布局，根據建筑物設計圖和具體調查結果來繪
制；
一將低幅值空氣壓力暫態(tài)引入建筑物排水和通風系統(tǒng)的裝置，用 于將壓力波傳播到網絡內。由策略性地布置在網絡周圍各個節(jié)點上的
大量壓力傳感器7記錄無缺陷系統(tǒng)對于該暫態(tài)的響應。該響應將限定
該系統(tǒng)，并且作為基礎，同一網絡使用并出現缺陷后的響應將與之比 較。無缺陷數據庫將存儲起來用作將來的參照，作為識別方法的一部 分。
一暫態(tài)發(fā)生器20將小于脫水器密封深度的壓力暫態(tài)傳播到網絡 內，該限制能確保所做測試并不損壞網絡脫水器密封的完整性。這種 壓力暫態(tài)發(fā)生器20將建立在能向本系統(tǒng)產生或能與本系統(tǒng)連接的能 力之上，以給出定時的壓力脈沖。該壓力發(fā)生器需要專用的系統(tǒng)配件 6，并且完全密封，以便不會因應用暫態(tài)而發(fā)生交叉污染。在正常使用 中，暫態(tài)識別存水密封件變千以及其他缺陷將在靜止系統(tǒng)操作期間以 常規(guī)間隔激活，或者針對網絡完整性的操作擔憂而激活，可能因使用 者的不滿而觸發(fā)。
一對于施加的暫態(tài)的壓力響應將與存儲的系統(tǒng)響應的數據庫比 較，并且壓力響應偏差結果，由壓力傳感器7網絡記錄，用來識別缺 陷密封件的位置。
有關本發(fā)明方法的更為實際的信息在下面給出。
配件6內的三端口閥22順時針或逆時針;旋轉，在每一種情況下提 供了從發(fā)生器20內腔28，經過三端口閥22，進入分別位于配件6以 上或以下的排水網絡的空氣路徑。
活塞23的迅速移動或者發(fā)生器20內腔28的體積變化產生壓力暫 態(tài)，壓力暫態(tài)從發(fā)生器20傳遍選定的排水網絡。其通行由位于連接件 6附近或連接件6部件附近的壓力傳感器7記錄。壓力暫態(tài)以空氣中的聲速，即大約320m/s的速度傳遍該網絡。該 壓力暫態(tài)在每個管道終端處被反射。這些反射波又傳回發(fā)生器20處的 暫態(tài)源，并為壓力傳感器7在配件6處記錄壓力對時間的信號做出貢 獻。
每個管道終端具有特征反射系數。例如，封死端的反射系數為+1， 而向大氣開口端的反射系數為一1。部分堵塞或泄漏的終端的反射系數 介于這兩個極限之間。
如果發(fā)生器20在沒有干枯脫水器缺陷或泄漏的完好網絡中操作， 則壓力傳感器7記錄一定時間期間內無缺陷的基線信號，該時間期間 較短且由網絡總體長度和聲速確定。該時間期間可能最大只有幾秒鐘。
如果系統(tǒng)出現缺陷，諸如存儲器干枯，則壓力傳感器7將記錄不 同的信號壓力軌跡。偏差點就是反射波從發(fā)生變化的管道端部終端到 達傳感器的時時間。將該缺陷軌跡與存儲的無缺陷信號相比較，將得 出該時間，而且由于波速是已知的，則可以識別出現缺陷的脫水器的 距離。參照排水網絡布局圖，然后識別出發(fā)生缺陷的位置。
對于缺陷位置的額外測試將在建筑物使用期間為每一層樓的無缺 陷位置和受控缺陷位置產生一組綜合信號軌跡。后續(xù)缺陷系統(tǒng)信號與 該數據集的數值比較，也能識別缺陷脫水器的位置。
除了識別干枯的脫水器，現在似乎還能識別局部閉合的管道終端， 這可能暗示識別出發(fā)生缺陷的AAV，如果該AAV存在的話。
根據本發(fā)明，接受測試的網絡本身用作測試暫態(tài)的傳播導體，所 以不需要其他網絡管路或配件。該設備主要包括以下元件
—利用流體/結構相互作用產生暫態(tài)的暫態(tài)發(fā)生器20;
—三端口閥22，位于配件6內，允許發(fā)生器20產生的暫態(tài)在排 水系統(tǒng)豎直豎管1內向任一方向傳播；
—三端口套管和豎管連接件或配件6，與現有的豎管部件相容；
和
—低壓傳感器7，位于配件6附近并連接到中央數據獲取系統(tǒng)， 該中央數據系統(tǒng)獲取系統(tǒng)盡可能集成到建筑物內。在空氣暫態(tài)發(fā)生器20設置有活塞23,且活塞遵循正弦波振蕩移 動而非脈沖時，應該可以提供一種非侵略性的設備，這意味著不需要 強制措施來隔離或關閉排水豎管的一部分以便檢測缺陷脫水器。
本申請的說明書和附圖僅僅作為該設備和方法如何工作的示例， 然而在不脫離附帶的權利要求書所述的特征的情況下，其他任何同等 裝置也是可行的。
權利要求
1.一種用于檢測建筑物排水和通風系統(tǒng)內的密封缺陷的方法，該排水和通風系統(tǒng)包括至少一條主豎直豎管(1)，來自每一樓層用于排泄衛(wèi)生設施排出口的一系列排水管(2)連接至該主豎直豎管，所述排出口大致設置有脫水器(4)，并且該排水系統(tǒng)最終設置有空氣準入閥或者其他適當的通風裝置以及正氣壓衰減設備，所述方法的特征在于以下步驟-將低幅值氣壓暫態(tài)引入所述建筑物的排水和通風系統(tǒng)，以便將壓力波傳播到排水系統(tǒng)的網絡中；-借助位于該暫態(tài)引入區(qū)域附近的氣壓傳感器記錄所述暫態(tài)的通行；-記錄來自排水系統(tǒng)網絡的每條排水管(2)的所述暫態(tài)的連續(xù)壓力反射；-建立通過壓力傳感器記錄的壓力對時間的信號，并將這些信號發(fā)送給中央數據獲取系統(tǒng)。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述壓力暫態(tài)以聲速 傳遍所述網絡，并且被該網絡中的每一條管道終端反射，從而建立每 條管道終端的特征反射系數。
3. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，最初在沒有干枯脫水 器缺陷或泄漏的完好網絡中實施所述方法，以便壓力傳感器在給定的 時間期間內記錄無基線缺陷的信號，該時間期間由網絡總體長度和進 入排水系統(tǒng)的空氣壓力暫態(tài)的聲速來確定。
4. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，在后續(xù)測試操作中， 將無基線缺陷的信號與實際情況比較，并且在記錄了不同壓力軌跡信 號的情況下，來自發(fā)生變化的管道端部終端的反射到達空氣壓力傳感 器的時間將被確定為偏轉點，以便該缺陷軌跡與所存儲的無缺陷信號 的比較能產生該時間，并且由于波速已知，所以能夠確定從壓力傳感 器到缺陷脫水器或密封件的距離。
5. —種用于在建筑物排水和通風系統(tǒng)中如執(zhí)行權利要求1所述的 方法的設備，所述排水和通風系統(tǒng)包括至少一條豎直排出管道或豎管 (1)，來自每一樓層的排水管(2)網絡連接到該豎管，且衛(wèi)生設施或 排出源(3)可以向該豎管中排泄，所述設備包括至少一個連接到該豎 管(1)的空氣暫態(tài)發(fā)生器(20)以及至少一個位于該發(fā)生器(20)附 近的壓力傳感器(7)，所述壓力傳感器能記錄來自排水網絡的暫態(tài)響 應。
6. 如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述空氣暫態(tài)發(fā)生器 (20)借助配件(6)連接到所述豎管(1)，所述配件設計成沿著該豎 管插入并在所述發(fā)生器(20)的輸出端和所述豎管(10)的內部空間 之間提供連接裝置(21)。
7. 如權利要求5和6所述的設備，其特征在于，所述配件(6) 包括三端口閥(22)，該三端口閥設置有兩個徑向相對的孔(24)， 這兩個孔與所述豎直豎管(1)的直徑對應；以及一個橫向開口 (26), 所述橫向開口位于連接裝置(21)與所述空氣暫態(tài)發(fā)生器(20)連接 的位置。
8. 如權利要求7所述的設備，其特征在于，所述三端口閥(22) 在所述配件(6)內順時針或逆時針轉動，提供從所述發(fā)生器(20)的 內腔(28)經過所述三端口閥(22)進入所述豎管(1)內部空間的空 氣路徑，并且所述排水網絡分別位于所述配件(6)上方或下方。
9. 如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述壓力傳感器(7) 是低氣壓傳感器，該低氣壓傳感器能夠記錄空氣暫態(tài)在所述豎管(1) 中的通行和從該排水網絡的每條排水管(2、 12)接收到的后續(xù)反射， 并且能借助電信號將這些信息傳遞到中央數據獲取系統(tǒng)。
10. 如權利要求5和7所述的設備，其特征在于，所述配件(6) 設置有在測試或檢測過程完成之后保證三端口閥(22)返回防故障位 置的裝置，這意味著在完成測試過程之后，所述孔(24)自動返回到 與所述豎管(1)的內徑對準。
11. 如權利要求5和6所述的設備，其特征在于，當取下所述暫態(tài)發(fā)生器(20)時，由鎖止插頭(25)閉合所述配件(6)的連接裝置 (21)，所述鎖止插頭(25)確保所述三端口閥(22)處于所述防故障 位置。
12. 如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述空氣暫態(tài)發(fā)生 器(20)包括帶有內腔(28)的柱狀主體，該內腔中的空氣能夠借助 產生空氣暫態(tài)的活塞(23)發(fā)生位移，該空氣暫態(tài)將經由所述連接裝 置(21)被導向所述豎管(1)的內部空間以及選定的排水網絡區(qū)段。
13. 如權利要求12所述的設備，其特征在于，所述產生空氣暫態(tài) 的活塞(23)根據正弦波振蕩來移動。
全文摘要
一種用于檢測建筑物排水和通風系統(tǒng)中的密封缺陷的方法，所述方法包括以下步驟將低幅值氣壓暫態(tài)引入所述建筑物的排水和通風系統(tǒng)，以便將壓力波從配件(6)傳播到豎管(1)以及排水系統(tǒng)的網絡中；借助位于所述配件(6)附近或該暫態(tài)引入區(qū)域附近的氣壓傳感器(7)記錄所述暫態(tài)的通行；記錄所述暫態(tài)從排水系統(tǒng)網絡的每條排水管(2)來的連續(xù)壓力反射；建立由壓力傳感器(7)記錄的壓力對時間的信號，并將這些信號發(fā)送給中央數據獲取系統(tǒng)；所述壓力暫態(tài)以聲速傳遍所述網絡，并且被該網絡中的每一條管道反射，從而建立每條管道終端的特征反射系數；所述特征反射系數與首先在無干枯脫水器缺陷或泄漏的完好網絡中實施的測試結果比較，并且在記錄了不同壓力軌跡信號的情況下，來自發(fā)生變化的管道端部終端的反射到達空氣壓力傳感器的時間將被確定為偏轉點，以便該缺陷軌跡與存儲的無缺陷信號的比較能產生該時間，并且由于波速已知，所以可以確定從壓力傳感器到缺陷脫水器或密封件的距離。
文檔編號E03C1/122GK101553630SQ200780039149
公開日2009年10月7日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權日2006年9月15日
發(fā)明者D·坎普貝爾, J·斯沃菲爾德, L·杰克, M·戈姆利 申請人:赫瑞瓦特大學