本实用新型涉及循环水处理技术领域，特别是涉及一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备。
背景技术：
工业循环水易发生结垢、腐蚀、生物粘泥等现象，如不进行适当处理，将会引起管道堵塞、腐蚀泄漏、换热效率降低等一系列问题，影响循环水系统的正常运行。其主要问题及危害包括：
(1)碳钢材质与水中的氧气作用而发生腐蚀；
(2)循环水的温度、盐分、pH值、溶解氧等比较适合微生物繁殖，若未能得到有效控制，微生物不断滋生，产生粘泥附着于设备和管道的内表面，阻碍水的流动和系统热交换，且在粘泥沉积地方往往会造成沉积物下腐蚀；
(3)结垢及沉积。在循环冷却水系统中，所溶解的重碳酸盐浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态，或者在经过换热器传热表面使水温升高时，其盐分溶解平衡遭到破坏，生成的CaCO3水垢，沉积在换热器的传热表面形成一层硬垢，严重影响换热效率。
目前循环水常用的处理技术包括化学处理技术及物理处理技术。其中化学处理技术主要为化学加药，包括结垢控制—添加阻垢剂，腐蚀控制—添加缓蚀剂，微生物控制—添加杀菌灭藻剂；物理处理技术主要为超声波除垢，磁场防垢、除垢，电场防垢、除垢。
化学处理法存在的主要问题有：(1)循环水系统投加药剂量受水量、水温、外界环境因素影响，难以计算药剂的准确投加量，无法使药剂发挥到最佳水平，药剂投加成本高；(2)持续的剩余卤素的存在，导致管板上形成许多腐蚀结节； (3)在北方高硬度水质地区，使用化学处理技术，冷却水浓缩倍率一般较低，补水量大，造成大量新鲜水浪费；(4)化学药剂在循环水中反应不完全，剩余药剂排入市政污水管网系统，造成市政污水处理系统负荷增加。
物理处理法存在的主要问题有：(1)超声波除垢需要添加额外的超声波装置、消耗电能、产生超声污染等缺点；(2)磁场防垢中磁稳定性差，长时间使用后，阻垢效果差并要定期清洗磁化器等缺点，阻碍了进一步发展；(3)电场防垢、除垢中，电解电极使用的稀有惰性金属，其制造成本高。
因此，需要对一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备进一步研究设计。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备，该设备除氧装置与清垢装置一体，无需加药，操作维护简单方便。
一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备的具体方案如下：
一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备，包括：
入口管段，入口管段的尾部缩径；
喉口除氧器，一端与入口管段的尾部连接，且喉口除氧器顶部设置第一排氧口，喉口除氧器管路直径小于入口管段的直径；
旋流沉淀器，侧部与喉口除氧器的另一端相连通，顶部设置第二排氧口，底部设置出水管段，出水管段侧壁与旋流沉淀器内壁形成沉泥仓，出水管段超出旋流沉淀器设置。
在该设备中，旋流沉淀器作为清垢单元，与喉口除氧器配合，实现除氧单元与清垢单元一体，充分利用管道内循环水的势能转变为流速能，自然形成负压状态，使水中的溶解氧析出，保证了装置中形成的真空状态，确保了溶解氧的彻底去除。在清垢单元中充分利用了高速水流变向时自然形成的离心力，以及水流对管壁的冲刷，自然下沉的作用，确保污泥能够沿着管壁下降，通过出水管段进入污泥仓，确保循环水的洁净。
进一步地，所述喉口除氧器设于所述旋流沉淀器的外切线上，水流维持较高的流速沿着竖管旋流而下，产生了强大的离心力将水中易于沉淀的污泥等迅速沉积在管壁上。
进一步地，所述第一排氧口与第二排氧口均为球形形状，这样便于在喉口除氧器与旋流沉淀器顶部形成临时的储气包，便于氧气的充分排出。
进一步地，为了保证排样效果，所述喉口除氧器的长度与入口管段的管径比值≥4，喉口除氧器包括一个空心管。
进一步地，所述旋流沉淀器包括竖管，竖管与喉口除氧器垂直设置，这样便于污泥进入旋流沉淀器后，在重力作用下自然下沉。
进一步地，所述入口管段处供水压力在0.8～0.3MPa时，入口管段与喉口除氧器直径比为0.4～0.45时，竖管管径与喉口除氧器管径比值在2-3之间，竖管长度与管径比值≥3。
进一步地，所述出水管段在旋流沉淀器内的部分呈喇叭形状，所述出水管段顶部与所述旋流沉淀器内壁之间间隔设定距离，以保证污泥在出水管段的作用下进入污泥仓。
进一步地，所述沉泥仓底部设置带有排泥阀的排泥管，这样污泥在重力作用下沿着管壁下降到沉泥仓内。
进一步地，所述喉口除氧器通过连接管与旋流沉淀器连接，连接管与喉口除氧器的连接端从端部向中部直径逐渐扩大，突扩段则将流速水头转变为压强水头。
进一步地，所述的一体化设备还包括真空单元，通过排气管与第一排氧口、第二排氧口分别单独相连，排气管的直径小于第一排氧口与第二排氧口的直径，真空单元为真空泵，这样通过机械(真空泵)抽力，将循环水中溢出的氧气外排，另外，可以在排气管设置压力表以检测排气管内压力大小，第一排氧口与第二排氧口直径为25cm。
本实用新型的工作原理是：入口管段收缩端有效地将压强水头转变为流速水头，旋流沉淀器突扩段则将流速水头转变为压强水头。由于喉口除氧器管径较小，使得流速增大，气压减小，甚至形成负压区，根据氧在水中的溶解度，得知在负压状态下，氧气在水中的溶解度几乎为0，因此在收缩候段会有大量的溶解氧析出。扩张尾部段管径较大，流速与压强逐渐恢复到与入口端一致，水头损失较小。
一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备的使用方法，具体步骤如下：
1)根据供水管网的工作压力，入口管段与喉口除氧器的管径比，确定旋流沉淀器与喉口除氧器的比值、旋流沉淀器长度与管径比值；
2)将一体化设备安装在供水管道上，可串联有多个一体化设备；
3)循环水流入入口管段内，打开真空单元，以对设备内实现排气。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型中除氧单元与清垢单元一体设置，集成度高，减少甚至不再往循环水系统内加药。
2)本实用新型设备有效保证氧气的排出，水中溶解氧含量极低，细菌及藻类物质没有生存条件。
3)本实用新型设备可应用在在高硬度水质地区，减少新水补水量。
4)本实用新型减少外排废水量，使外排废水中的化学药剂含量达到最低，符合国家标准或者地方标准；
5)本实用新型设备极大降低因采用耗电设备除垢发生的成本及运行费用，无需专人管理，操作维护维修简单。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本实用新型设备中部分结构示意图；
图2是在不同压力下实现文丘里管负压析出溶解氧的合理压差比区间图；
图3是本实用新型设备中部分结构俯视图；
图4是本实用新型设备中旋流沉淀器的结构示意图；
图5是本实用新型设备整体结构示意图；
其中1为入口管段，2为喉口除氧器，3为旋流沉淀器，4为沉泥仓，5为出水管段，6为第一排氧口，7为排气管，8为真空泵，9为排泥管，10为排泥阀， 11为连接管，12为第二排氧口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种水力调控的循环水除氧清垢一体化设备。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，其中D1为入口管段1入口端断面直径，D2为喉口除氧器2收缩端断面直径，入口管段1收缩端有效地将压强水头转变为流速水头，连接管突扩段则将流速水头转变为压强水头。由于喉口除氧器2管径较小，使得流速增大，气压减小，甚至形成负压区，根据氧在水中的溶解度，得知在负压状态下，氧气在水中的溶解度几乎为0，因此在收缩候段会有大量的溶解氧析出。连接管11扩张尾部段管径较大，流速与压强逐渐恢复到与入口端一致，水头损失较小。
根据入口管段1和喉口除氧器2的伯努利定理和连续性方程，注意到平均流动的流线是等高的，得出①Z1+p1/ρg+v12/2g＝Z2+p2/ρg+v22/2g+hw；
②S1V1＝S2V2＝Q；
注：式中下标1、2分别为图1中相应断面；p为压强；Z为位置水头；v为水体平均流速；hw为水流通过1-1和2-2断面的水头损失，由于两断面较近，可忽略不计；ρ为水的密度；g为重力加速度；S为断面面积。
根据上述方程组可以求出当入口端管径相同时，不同入口压力会导致在不同管径比下出现不同的负压值。根据计算得出，当入口管段1工作压力在0.8～ 0.3MPa时，在管径比(D2/D1)为0.4～0.45时，得到不同负压。如图2所示。
再根据氧气在不同压力下水中溶解度公式：C2/C1＝(p2-p)/(1.013×105-p)，得出当大气压为负压时，氧气在水中的溶解度为0mg/L。
式中C1、C2分别为标准气压和p2气压下氧气在水中的溶解度(mg/L)；p 为确定温度下饱和水蒸气的压力(p和p2的单位为帕)。
根据压力对氧气在水中溶解度的影响公式C2/C1＝(p2-p)/(1.013×105-p)，得知当p2为负压时，所求得的C2为负数，证明氧气在负压状态下在水中的溶解度为零，因此，当正压状态的循环水转变为负压状态时，水中的溶解氧会大量溢出。在喉口除氧器2和旋流沉淀管3顶端设置排氧口，通过动力将管中的氧气抽出，维持管内的负压状态，保证循环水中的氧气不断溢出。
实验室证明当喉口除氧器2和入口管段1管径比≥4时，氧气的溢出效率可以达到80％，剩余20％可以在旋流沉淀管3中继续去除。
本实用新型装置安装在中央空调供水管路上，基于水力学原理和方法，文丘里管理论，通过改变过水断面面积，提高水流流速，适当改变水流方向，当循环水通过旋流沉淀器产生一定的离心力，清除循环水中的污泥。
如图3所示，本实用新型设备将传统的水平扩散段改为竖向布置扩散段，这样竖管与喉口除氧器2垂直设置，连接管11设于竖管的外切线上，在竖管内，水流以较高的流速沿竖向布置的扩散段管壁外沿，沿着外径切线的方向流入扩散段，水流维持较高的流速沿着竖管旋流而下，产生了强大的离心力将水中易于沉淀的污泥等迅速沉积在管壁上，同时沉积的污泥在水流的冲刷作用下迅速向下旋流下降，在经过底部出水管段5时落入沉泥仓4。循环水通过中间的出水管段5 正常流通，该出水管段5管径恢复至入口端管径。经实验证明，该竖管管径和喉口除氧器2管径比值在2～3之间沉淀效果最好，竖管长度和管径比为≥3为宜。
本实用新型设备采用供水前端处理方式进行循环水中溶解氧的去除、污泥的去除，以达到净化循环水的目的。该除氧单元与清垢单元一体，充分利用管道内循环水的势能转变为流速能，自然形成负压状态，使水中的溶解氧析出，通过机械(真空泵)抽力，将循环水中溢出的氧气外排，保证了装置中形成的真空状态，确保了溶解氧的彻底去除。在清垢单元中充分利用了高速水流变向时自然形成的离心力，以及水流对管壁的冲刷，自然下沉的作用，确保污泥能够沿着管壁下降，通过出口管段的管壁进入污泥仓。
目前中央空调循环水常用的处理技术包括化学处理技术及物理处理技术。其中化学处理技术主要为化学加药，包括结垢控制—添加阻垢剂，腐蚀控制—添加缓蚀剂，微生物控制—添加杀菌灭藻剂；物理处理技术主要为超声波除垢，磁场防垢、除垢，电场防垢、除垢。其中化学处理方法很难掌握药剂使用量，容易造成排水水质超标。物理处理法需要采购大型处理设备，而其运行费用高(耗电量高、人工维修检修成本高)。
如图4所示，本实用新型装置包括空心圆柱结构的入口管段1，入口管段1 的尾部缩径；喉口除氧器2，一端与入口管段1的尾部连接，且喉口除氧器2顶部设置第一排氧口6，喉口除氧器2管路直径小于入口管段1的直径；旋流沉淀器3，侧部与喉口除氧器2的另一端相连通，顶部设置第二排氧口12，底部中部设置出水管段5，出水管段5侧壁与旋流沉淀器3内壁形成沉泥仓4，出水管段 5超出旋流沉淀器3设置，还包括真空单元，通过排气管7与第一排氧口6、第二排氧口12分别单独相连，第一排氧口与第二排氧口分别通过排气管7后汇集再连接到真空单元，排气管7的直径小于第一排氧口6与第二排氧口12的直径，真空单元为真空泵8，出水管段5在旋流沉淀器3内的部分呈喇叭形状，所述出水管段5顶部与所述旋流沉淀器3内壁之间间隔设定距离，以保证污泥在出水管段5的作用下进入污泥仓4，沉泥仓4底部设置带有排泥阀10的排泥管9。
这样本实用新型设备根据循环水特点来决定除氧除垢装置的尺寸、确定串联数量。当供水管网工作压力在0.8～0.3MPa时，设备入口管段1与喉口除氧器2 的管径比(D2/D1)为0.4～0.45时，旋流沉淀管3管径和喉口除氧器2管径比值在2～3之间沉淀效果最好，竖管长度和管径比为≥3时，效果最佳。该设备采用材质与供水管道材质一致，最大程度降低投资，全密封制造，在设备顶部设置两个排气口，出气口直径为25cm，采用真空泵排气。
该设备可以根据循环水水质特点来确定串联数量，由于整体装置的水流阻力较小，循环水在装置中能耗较小，不会对循环水系统的设备供水能力影响。
运行过程中，排氧口持续工作，并可以通过对管道内压力进行检测。排泥仓内的污泥可以根据运行经验人工排泥。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。