[发明专利]一种均衡自动配水系统的设计

说明书

技术领域:

本发明属于一种均衡自动配水系统的创新设计，是利用虹吸原理与定滑轮结合浮力的原理设计而成，能够使配水保持一个均衡稳定的状态，且无能耗的环保设备系统，能够广泛应用于人工湿地、氧化塘、土地漫流等污水生态净化工程之中。

背景技术:

在水体污染及水资源短缺问题日益严峻的今天，生态处理有着广阔的发展空间。按照水体流态可划分为潜流、垂直流和表面流的人工湿地技术，氧化塘以及土地漫流等工程技术，在中西部村镇有着巨大的应用价值，具有处理成本低、管理简易、处理效果好等优点。

但是，随着生态工程化应用范围的逐步扩大，出现净化效果差的问题日益突出，生态工程利用率逐年下降，并由此导致工程服务年限缩短等一系列问题。在此情况下，研究发现传统生态技术的设计仍停留在经验化建造阶段，缺乏行之有效的设计方法，污水排出量不经过控制直接进入处理设施，进水量不均匀现象的普遍发生，造成处理效果不稳定，破坏生态处理系统。针对上述问题，本发明利用虹吸原理与定滑轮结合浮力的原理进行设计，使污水保持一个均衡稳定的状态流进处理设施，且低能耗，低成本，符合绿色环保的设备要求标准。

发明内容:

本发明是一种恒流式配水系统，由三个定滑轮、一个浮板和一个高程调控铅锤组成的控制系统，控制虹吸管两段进水口液面和出水口的高程差恒定不变，达到配水量均衡稳定的目的，实现了自动调节水流量功能，解决了污水量不经控制直接流入，导致污染物负荷不均等问题。

均衡配水系统的设计方法是以配水均衡稳定为目的，设计计算依据为虹吸原理和定滑轮两侧平衡原理，控制管道进出口两段高程差，实现其基本公式如下：

M₁g-ΔF_浮＝M₂g-ΔMg(2)

式(1)中：ρ为污水密度(kg/m³)，g为重力常量9.8，△h为高程差(m),V为管内水速(m/s)；

式(2)中：M₁为浮板质量(kg)，△F_浮为浮板所受浮力(N)，M₂为铅锤质量(kg)，△M为出水端管子和内部水的质量(kg)。

系统构建具体步骤为：

(1)建立一个均衡自动配水系统：

均衡自动配水系统结构包括浮板、定滑轮、绳子、铅锤、气囊和虹吸管，污水由进水口流入，经虹吸管后，由出水口流出系统。进水口设置自动闭合阀门，当进水池水量放空，闭合阀所受浮力下降，自动闭合，控制虹吸管内液体流出，池内液面上升，阀门上浮自动打开，形成虹吸现象，使水流均衡出。

(2)液面与出水口高程差的设计：

自动均衡配水系统的原理主要是依靠进出液面之差产生的压力调节污水恒定流出，地理位置一定，重力加速度恒定，管子的大小和高程差的选取决定着流量，由于虹吸管最大允许真空值是7.5米，所以液面与虹吸管最高点的垂直高度小于7.5米。另外根据进水量大小，选取合适粗细的管子。

(3)铅锤和浮板重量的选取：

由公式(2)可知，铅锤和浮板的质量一定，浮板受到浮力和出水管的重力是变化的随着液面升降，但浮板质量要大于铅锤1-2倍，铅锤的重量是出水管充满水时总重的1-2倍，这样才能够保证液面升降直接调整出水口的变动。

本发明是一种恒定进水器的创新设计，是利用机械和虹吸原理设计而成，操作简单，实用性强，能够保证污水处理设施均衡稳定的进水。

附图说明：

附图1为本发明均衡自动配水系统的示意图。

具体实施方式:

本发明的实施例：

(1)为体现本发明的有效性，建立一个实体模型，如附图1所示，池体均为PVC板材，长度设计为1.2米，宽度为0.6米，深度为0.8米，用木条固定滑轮，软绳将浮板(12kg)和铅锤(6kg)链接，两位将铅锤和出水管链接，进水管一侧固定，进水口置放在池底。然后调节绳子，是进出口的高程差一定，注入清水，保持滑轮组平衡，利用气囊排空管内气体，形成虹吸。同时选取不同大小的管径，在不同高程差值的情况下进行验证理论流量与监测值的差异。实验结果如表1所示。