[發明專利]一種均衡自動配水系統的設計

在審

• 申請號: 201611019070.7
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106649997A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 單保慶;宋志鑫;唐文忠;張淑珍;王闖
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域:

本發明屬于一種均衡自動配水系統的創新設計，是利用虹吸原理與定滑輪結合浮力的原理設計而成，能夠使配水保持一個均衡穩定的狀態，且無能耗的環保設備系統，能夠廣泛應用于人工濕地、氧化塘、土地漫流等污水生態凈化工程之中。

背景技術:

在水體污染及水資源短缺問題日益嚴峻的今天，生態處理有著廣闊的發展空間。按照水體流態可劃分為潛流、垂直流和表面流的人工濕地技術，氧化塘以及土地漫流等工程技術，在中西部村鎮有著巨大的應用價值，具有處理成本低、管理簡易、處理效果好等優點。

但是，隨著生態工程化應用范圍的逐步擴大，出現凈化效果差的問題日益突出，生態工程利用率逐年下降，并由此導致工程服務年限縮短等一系列問題。在此情況下，研究發現傳統生態技術的設計仍停留在經驗化建造階段，缺乏行之有效的設計方法，污水排出量不經過控制直接進入處理設施，進水量不均勻現象的普遍發生，造成處理效果不穩定，破壞生態處理系統。針對上述問題，本發明利用虹吸原理與定滑輪結合浮力的原理進行設計，使污水保持一個均衡穩定的狀態流進處理設施，且低能耗，低成本，符合綠色環保的設備要求標準。

發明內容:

本發明是一種恒流式配水系統，由三個定滑輪、一個浮板和一個高程調控鉛錘組成的控制系統，控制虹吸管兩段進水口液面和出水口的高程差恒定不變，達到配水量均衡穩定的目的，實現了自動調節水流量功能，解決了污水量不經控制直接流入，導致污染物負荷不均等問題。

均衡配水系統的設計方法是以配水均衡穩定為目的，設計計算依據為虹吸原理和定滑輪兩側平衡原理，控制管道進出口兩段高程差，實現其基本公式如下：

M₁g-ΔF_浮＝M₂g-ΔMg(2)

式(1)中：ρ為污水密度(kg/m³)，g為重力常量9.8，△h為高程差(m),V為管內水速(m/s)；

式(2)中：M₁為浮板質量(kg)，△F_浮為浮板所受浮力(N)，M₂為鉛錘質量(kg)，△M為出水端管子和內部水的質量(kg)。

系統構建具體步驟為：

(1)建立一個均衡自動配水系統：

均衡自動配水系統結構包括浮板、定滑輪、繩子、鉛錘、氣囊和虹吸管，污水由進水口流入，經虹吸管后，由出水口流出系統。進水口設置自動閉合閥門，當進水池水量放空，閉合閥所受浮力下降，自動閉合，控制虹吸管內液體流出，池內液面上升，閥門上浮自動打開，形成虹吸現象，使水流均衡出。

(2)液面與出水口高程差的設計：

自動均衡配水系統的原理主要是依靠進出液面之差產生的壓力調節污水恒定流出，地理位置一定，重力加速度恒定，管子的大小和高程差的選取決定著流量，由于虹吸管最大允許真空值是7.5米，所以液面與虹吸管最高點的垂直高度小于7.5米。另外根據進水量大小，選取合適粗細的管子。

(3)鉛錘和浮板重量的選?。?!-- SIPO -->

由公式(2)可知，鉛錘和浮板的質量一定，浮板受到浮力和出水管的重力是變化的隨著液面升降，但浮板質量要大于鉛錘1-2倍，鉛錘的重量是出水管充滿水時總重的1-2倍，這樣才能夠保證液面升降直接調整出水口的變動。

本發明是一種恒定進水器的創新設計，是利用機械和虹吸原理設計而成，操作簡單，實用性強，能夠保證污水處理設施均衡穩定的進水。

附圖說明：

附圖1為本發明均衡自動配水系統的示意圖。

具體實施方式:

本發明的實施例：

(1)為體現本發明的有效性，建立一個實體模型，如附圖1所示，池體均為PVC板材，長度設計為1.2米，寬度為0.6米，深度為0.8米，用木條固定滑輪，軟繩將浮板(12kg)和鉛錘(6kg)鏈接，兩位將鉛錘和出水管鏈接，進水管一側固定，進水口置放在池底。然后調節繩子，是進出口的高程差一定，注入清水，保持滑輪組平衡，利用氣囊排空管內氣體，形成虹吸。同時選取不同大小的管徑，在不同高程差值的情況下進行驗證理論流量與監測值的差異。實驗結果如表1所示。