专利名称：：一种水力调阻式水力自适应控制装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种应用于具有周期性水力阻力变化的管道系统的进水辅助控制装置，特别是一种辅助控制无阀滤池进水的采用水力调阻原理的水力自适应控制机构。
背景技术：
：目前在各类水处理中得到广泛应用的重力式无阀滤池，其工作全过程中的进水控制需要满足两个基本要求一是从节水角度考虑，应在反冲洗期间及时停止进水，而在反冲洗结束后及时恢复进水；二是从运行角度考虑，应过滤在全过程中阻止进水挟气。一般在无阀滤池正常过滤初期，滤池虹吸上升管与进水管中水位均较低，而进水箱水位较高，以至进水以数米高差冲击水面，由此带来较大的冲击动能有可能将空气携入滤池。在无阀滤池设计上，其进水管设计流速一般为0.50.7m/s,而进水挟气产生气泡的上浮速度一般仅为0.1m/s，因此，气泡一旦随进水被携入滤池就有难以释放出来，形成进水挟气问题、。如果能够降低进水在滤池中的落差并保持进水箱一定水深，该问题就可以得到有效解决。现有的技术倾向于将上述两个问题分开来考虑，进水挟气问题一般通过改变滤池进水管路的走向、结构或在管路中设置气水分离器来解决，如设置U形进水管或进水井，改变滤池进水口的位置等，这类作法投资大，施工困难，效果也往往不够理想。自动停水常采用增设进水虹吸控制的办法，通过复杂的虹吸管路系统或辅以电路控制和机械传动来实现，由于系统比较复杂，而且任何一处漏气都会导致工作失败，因此，这类方法的安装维护要求高，工作效率也往往随着时间延长而呈明显下降趋势。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术装置中存在的缺点，利用水力调阻原理和无阀滤池虹吸管内负压吸力周期性变化，通过水力自适应控制机构自动调节进水管口处的局部阻力，实现无阀滤池反冲洗期间自动停止进水和过滤过程全程阻气的双重功能，克服无阀滤池反冲洗期间停止进水和正常过滤期间进水携气的缺点，适用于无阀滤池以及具有类似水力条件的管道系统进水辅助控制技术。为了实现上述目的，本发明的水力自适应控制机构由导向体、导向体底座、出水管水力调节套筒、水阻调节体、进水阻水体、水力浮子、固定连通体和固定夹板组成一体式结构，与无阀滤池的进水分配水箱、进水管、进水三通固定组合连通构成应用系统；导向体、导向体底座、出水管水力调节套筒、水阻调节体和固定夹板采用钢质结构、玻璃钢结构、高分子以及高强度合成材料结构，固定连通体、进水阻水体采用高强度材料或不锈钢结构；水力自适应控制机构置于无阀滤池进水分配水箱内，经导向体底座与进水分配水箱连接，出水管水力调节套筒安装于进水管管口处，其中心线与进水管中心线重合，水力浮子、水阻调节体与进水阻水体安装于导向体内，由固定连通体自上而下依次连通固定，固定连通体轴线与导向体中心线重合，并沿导向体筒壁上下自由滑动；水阻调节体结构为倒锥台形或圆盘形，其直径为进水管内径的0.9倍，其锥台或圆盘高度为20mm;进水阻水体执行停水功能，其直径为进水管的内径的1.25倍，进水阻水体的下表面制有橡胶缓冲垫，进水阻水体与水阻调节体的距离大于其自身的外径尺寸，选用金属板材的进水阻水体与水阻调节体的配合实现自动停水阻气功能；水力浮子采用外加保护的轻质泡沫材料或充气胶囊，其径向尺寸与导向体内径尺寸相差50100mm，能上下自由滑动，既可协助执行停水阻气，又能保证自动迅速地恢复滤池正常进水和避免过滤初期的连续断水现象；固定连通体上端制成光滑导杆，其直径小于导向体顶部中孔直径，固定连通体与导向体顶部中孔配合，防止水力浮子、水阻调节体与进水阻水体在水平方向移动。本发明与现有技术相比，提高了无阀滤池的适用性，可以解决传统重力式无阀滤池反冲洗自动停水与过滤阻气的问题，由于取消了传统无阀滤池的U形进水管与虹吸配水系统，使滤池结构更加紧凑简单，工作灵敏可靠，施工、维修、管理方便，投资成本低，节省水资源，特别适于各类水处理无阀过滤单元及具有类似水力条件的管道系统等场合的应用。图l为本发明涉及的水力自适应控制装置结构原理示意图。图2为本发明涉及的水力自适应控制装置各部件结构中的符号及其含义。图3为本发明涉及的水力自适应控制装置应用安装结构原理示意图。具体实施例方式下面通过附图与实施例作进一步描述。实施例本实施例涉及的水力自适应控制机构由导向体1、导向体底座2、出水管水力调节套筒3、水阻调节体4、进水阻水体5、水力浮子6、固定连通体7和固定夹板8组成一体式结构，与应用设备无阀滤池的进水分配水箱9、进水管10、进水三通11固定连通构成应用系统；导向体l、导向体底座2、出水管水力调节套筒3、水阻调节体4和固定夹板8采用钢质结构、玻璃钢结构、高分子以及高强度合成材料结构，固定连通体7、进水阻水体5采用高强度的金属板式材料或不锈钢结构，水力浮子6采用外加保护的轻质泡沬材料或充气胶囊；水力浮子6、水阻调节体4与进水阻水体5置于导向体1内，由固定连通体7自上而下依次连通固定，固定连通体7轴线与导向体1中心线重合，沿导向体1筒壁上下自由滑动；水力自适应控制机构置于无阀滤池进水分配水箱9内，并通过导向体底座2与进水分配水箱9连接，出水管水力调节套筒3安装于无阀滤池系统进水管10管口处，其中心线与进水管10中心线重合。本实施例的过滤初期，进水分配水箱9和滤池进水管10内水位很低，水阻调节体4自动调节滤池进水管IO管口处的局部阻力，使进水分配水箱9内始终保持一定的水深(约1.0m)，进水越过溢流堰首先跌落在导向体l的顶部盖上，消耗掉部分动能后，顺着导向体l壁流入进水分配水箱9。由于水流冲击水面动能减小，故携气量大为降低，加之水面下有l.Om水深可以进一步起阻气作用；随着过滤过程的进行，滤层水头损失增加导致进水分配水箱9内水位不断升高，水力浮子6在浮力作用下漂起，水阻调节体4和进水阻水体5随之被固定连通体7拉起，水阻调节体4距离进水管IO管口较远，不会影响进水箱内正常水位；反冲洗形成时，进水分配水箱9内的水位迅速下降，水力浮子6和水阻调节体4、进水阻水体5、固定连通体7—起随水下落，水阻调节体4接近并探入出水管水力调节套筒3后，水面下降变缓，进水阻水体5最终落在进水管10管口，并自始至终完成停水阻气的功能，反冲洗结束后，水力浮子6又迅速地拉起水阻调节体4和进水阻水体5，自动恢复进水，开始过滤过程。本实施例反冲洗期间实现自动停水的原理是无阀滤池反冲洗开始后，进水分配水箱9的水位骤然降低，水力自适应控制机构的水力浮子6及整个浮动装置随之下落，当下降到一定位置时，水阻调节体4上下两侧开始出现明显的压差Ap，Ap是由水阻调节体4的阻力作用产生的水力损失造成的，水阻调节体4离进水分配水箱9出口越近，其上下两侧的压力差也就越大，即形成吸力，在此条件下如果进水分配水箱9的出水量大于进水量，进水分配水箱9的水位就会持续下降，当进水阻水体5下降到某一位置时，其上下两侧出现的压差明显加大，强大的吸力使进水阻水体5迅速封堵在出水口上，由此实现反冲洗自动停水的作用；在滤池反冲洗期间，无阀滤池虹吸管内负压周期性变化使进水三通11处的负压在反冲洗过程中存在一个极小值，因此，水力自适应控制机构的进水阻水体5在执行阻水作用过程中所受到的吸力也存在一个极小值，在此条件下，只要使水力浮子6产生的净浮力小于反冲洗过程中进水三通11处的负压极小值，直至反冲洗结束，进水管10中真空消失，水力自适应控制机构的调阻装置才会再度升起，恢复正常进水。本实施例在正常过滤过程中实现阻止进气的原理是在解决进水挟气问题上，只要降低进水在滤池中的落差并保持进水箱一定水深，问题就可以得到解决，因此，在反冲洗期间或滤池过滤运行初期，如果能设法提高进水管10管口的局部阻力，则可迫使进水分配水箱9水位上升到某一安全高度，水力自适应控制机构正是利用这一原理，通过水力自适应控制机构自动调节进水管IO管口的局部阻力，当进水管10水位较低时，水力自适应控制机构使进水阻力增大；当进水管10水位较高时，水力自适应控制机构使管口阻力相应减小，从而使进水分配水箱9始终保持一定水深，由于水流落差减少，而进水箱流速大大低于气泡的上升速度，所以，水力自适应控制机构可以起到十分理想的阻气效果；在水力调阻原理基础上，水力自适应控制机构欲实现停水阻气功能，其水力浮子6产生的净浮力必需满足以下四个条件(1)水力浮子6本身所产生的净浮力(F)应大于组成浮动装置(水阻调节体4、进水阻水体5、水力浮子6、固定连通体7和固定夹板8)的各部件的重量之和(ZWi);(2)在滤池正常过滤运行初期，水力浮子6设计浮力要保证避免水力自适应控制机构浮动装置出现无法自拔现象，为此必须保证水力浮子6浮力始终大于水力自适应控制装置水阻调节体4所受吸力(F。与浮动装置各部件重量之和；(3)水力自适应控制装置在滤池反冲洗期间，在水阻调节体4接近进水分配水箱9出水管管口的过程中，水阻调节体4所受吸力的最大值(F2)应大于(F-ZWi);(4)滤池反冲洗期间在停止进水以后，水力自适应控制装置进水阻水体5所受吸力的最小值(F3)应大于(F-i:Wi);合并上述四个关系式可以得到本实施例涉及的水力自适应控制机构的设计原则应满足F^F-ZWi〈min(F2，F3)由此可见，水力浮子6所受的净浮力由浮动装置的重量和运行过程中水阻调节体4和进水阻水体5所受的吸力所决定，在水阻调节体4形成的局部阻力确定的情况下，其面积越大，所受的吸力也将越大，相应需要水力浮子6产生的净浮力越大，导致水力浮子6体积增大，水力自适应控制系统外形臃肿，为此在进水管10的口处增设出水管水力调节套筒3，其作用在于分担一部分局部阻力产生的压差。本实施例的各部件尺寸设计过程中涉及两个重要的参数一是水阻调节体4和出水管水力调节套筒3各自在滤池进水管管口处形成的局部阻力系数；二是水阻调节体4所形成的局部阻力系数与水阻调节体面积和滤池进水管10的截面积之比有关，不同面积比引起的水阻调节体产生的局部阻力系数不同；出水管水力调节套筒3所形成的局部阻力系数与出水管水力调节套筒截面积和滤池进水管10的截面积之比有关，不同面积比引起的出水管水力调节套筒产生的局部阻力系数不同。本实施例及涉及的附图中所定义的各符号含义如下D。一无阔滤池进水管直径；Dd—导向体直径；Ld—导向体高度；ds—固定连通体直径；Ls—固定连通体长度；Ds—水力浮子直径；Hs—水力浮子高度；D^—固定夹板直径；固定夹板厚度；d*—进水阻水体直径；Stt—进水阻水体厚度；4—水阻调节体直径；水阻调节体厚度；Lt—出水管水力调节套筒长度；Dt—出水管水力调节套筒直径。本实施例的设计中采用基本参数为进水分配水箱底高程(Hd)与进水三通中心点高程(Ha)之差等于1.9m;进水分配水箱堰顶高程(Hb)与进水分配水箱底高程(Hd)之差等于1.7m，艮PHd-Ha=1.9m，Hb-Hd=1.7m在上式中Hd—进水分配水箱底高程;Ha—进水三通中心点高程；Hb—进水分配水箱堰顶高程。表1列出了在不同水流量条件下，各实施例所涉及的各部件的设计尺寸和参数。表1适用于不同处理水能力的水力自适应控制装置的主要尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1续适用于不同处理水能力的水力自适应控制装置的主要尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实验和实践中的结果显示，本实施例的应用效果实现了本发明的目的，收到了理想的技术效果。权利要求1.一种水力调阻式水力自适应控制装置，其特征在于水力自适应控制机构由导向体、导向体底座、出水管水力调节套筒、水阻调节体、进水阻水体、水力浮子、固定连通体和固定夹板组成一体式结构，与无阀滤池的进水分配箱、进水管、进水三通固定组合连通构成；导向体、导向体底座、出水管水力调节套筒、水阻调节体和固定夹板采用钢质、玻璃钢、高分子及高强度合成材料，固定连通体、进水阻水体采用高强度材料或不锈钢；水力自适应控制机构置于无阀滤池进水分配箱内，经导向体底座与进水分配箱连接，出水管水力调节套筒安装于进水管管口处，其中心线与进水管中心线重合；水力浮子、水阻调节体与进水阻水体安装于导向体内，由固定连通体自上而下依次连通固定，固定连通体轴线与导向体中心线重合，并沿导向体筒壁上下自由滑动。2.根据权利要求1所述的水力调阻式水力自适应控制装置，其特征在于水阻调节体为倒锥台形或圆盘形结构，其直径为进水管内径的0.9倍，其锥台或圆盘高度为20mm;进水阻水体执行停水功能，其直径为进水管的内径的1.25倍，进水阻水体的下表面制有橡胶缓冲垫，进水阻水体与水阻调节体的距离大于其自身的外径尺寸，进水阻水体与水阻调节体配合实现自动停水阻气功能；水力浮子采用外加保护的轻质泡沬材料或充气胶囊，其径向尺寸与导向体内径尺寸相差50100mm，能上下自由滑动，协助执行停水阻气，恢复滤池正常进水和避免过滤初期的连续断水现象；固定连通体上端制成光滑导杆，其直径小于导向体顶部中孔直径，固定连通体与导向体顶部中孔配合，防止水力浮子、水阻调节体与进水阻水体在水平方向移动。3.根据权利要求1所述的水力调阻式水力自适应控制装置，其特征在于进水分配箱底高程与进水三通中心点高程之差为1.9m;进水分配水箱堰顶高程与进水分配水箱底高程之差为1.7m。全文摘要本发明涉及一种在水处理领域广泛应用的辅助控制无阀滤池进水的水力调阻式水力自适应控制装置，由导向体、导向体底座、出水管水力调节套筒、水阻调节体、进水阻水体、水力浮子、固定连通体和固定夹板组成一体式结构，与无阀滤池的进水分配箱、进水管、进水三通固定组合连通构成应用系统；水力自适应控制机构置于无阀滤池进水分配箱内，经导向体底座与进水分配箱连接，出水管水力调节套筒安装于进水管管口处，其中心线与进水管中心线重合，水力浮子、水阻调节体与进水阻水体安装于导向体内，由固定连通体自上而下依次连通固定，其结构简单，工作灵敏可靠，施工、维修、管理方便，投资成本低，节省水资源。文档编号C02F3/02GK101224921SQ20071011477公开日2008年7月23日申请日期2007年11月28日优先权日2007年11月28日发明者波张,毕学军申请人:青岛理工大学