一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，包括顶部的虹吸装置、中部的旋流沉淀装置和底部的自动控制排泥装置；虹吸装置的虹吸储水槽与旋流沉淀装置的圆筒体直接相连，渐扩式半圆形虹吸罩位于虹吸储水槽中央，可调式堰板安装于出水槽上；污泥界面仪连续监测存泥下锥体内泥位高度变化，通过信号反馈控制器控制延时电磁控制阀、进水管控制阀门以及排泥控制阀的启闭，实现自动虹吸排泥。本装置依据浅池理论，实现固液在旋流状态下高效分离，同时利用虹吸原理实现辅助固液分离和自动排泥的目的。本装置构造简单，竖向布置节省用地，运行过程有信号反馈联动控制，操作管理方便，可以实现全自动运行，故障率低，符合水处理节能降耗理念，适合多种水处理场合。
【专利说明】
一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及水处理沉淀技术，尤其是涉及水处理的旋流式螺旋沉淀装置。
【背景技术】
[0002]水处理颗粒物物理沉淀工程是水处理中最基本最常用的方法之一，它是根据水中悬浮颗粒和水本身的密度差异，利用重力作用达到固液分离的过程。这种方法是常用的物理处理技术，也是水处理技术中一道必不可少的工序。利用这种技术所建立的沉淀构筑物，在水处理工艺中被称为沉砂池或沉淀池。沉淀池在水处理中广为使用，其型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。根据经典的沉淀理论，考虑到颗粒沉淀过程中的诸多因素，沉淀池能够通过重力作用达到固液分离的目的，但是由于形式及构造的限制，难以实现短距离、长行程的沉淀过程；同时考虑占地等原因，无法为固液分离提供较长的沉淀时间，难有高效的固液分离效率，与理想沉淀效果存在较大差距，尤其对于需要增加絮凝作用的水处理工程，没有高效的沉淀过程，很难达到良好的水处理效果。
【发明内容】
[0003]针对传统沉淀池形式及结构所存在的弊端，本发明提供了一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，采用典型的旋转式进水方式，由虹吸装置推动旋流沉淀装置内盘旋上升的导向螺旋片旋转，缩短固液分离距离，增加沉淀时间，并使固液速度错位，加速固体沉降和自动排泥，实现短距离、长行程的沉淀过程，有效解决现有技术的重力作用实现固液分离的沉淀池所存在的以上问题。
[0004]本发明涉及的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置包括顶部的虹吸装置、中部的旋流沉淀装置和底部的自动控制排泥装置。
[0005]虹吸装置包括虹吸储水槽、出水槽、出水管、可调式堰板、虹吸空气倒U型管、延时电磁控制阀、渐扩式半圆形虹吸罩和虹吸下降管。出水槽焊接于虹吸储水槽的外侧，之间有可调式堰板间隔，经沉淀后水体由虹吸储水槽越过可调式堰板至出水槽，顺着出水槽下部的出水管流出。渐扩式半圆形虹吸罩位于虹吸储水槽的中部，虹吸下降管之上，虹吸下降管垂直穿过旋流沉淀装置直至存泥下椎体中。渐扩式半圆形虹吸罩顶部开孔连接虹吸空气倒U型管，两者之间设置有延时电磁控制阀;延时电磁控制阀通过导线与信号反馈控制器的信号输出端相连。渐扩式半圆形虹吸罩与旋流沉淀装置的圆筒体直接相连。
[0006]旋流沉淀装置包括进水管、倒圆锥体、圆筒体、导向螺旋片、钟罩形喇叭口、转动叶轮、传动轴和排泥管，原水通过旋流沉淀装置底部进水管进入倒圆锥体，导向螺旋片安装于旋流沉淀装置内部，固定于中间部位的传动轴上，传动轴下部安装有单向的转动叶轮，虹吸下降管出口位于转动叶轮上方，当虹吸开启后，虹吸下降管水流可以推动转动叶轮转动，转动叶轮带动导向螺旋片旋转辅助固液分离。旋流沉淀装置通过支架垂直固定于底部的自动控制排泥装置之上。
[0007]自动控制排泥装置包括存泥下锥体、信号反馈控制器、污泥界面仪、排泥管、排泥控制阀。存泥下锥体位于底部，为圆锥形结构，锥形底部半圆形。存泥下锥体侧壁固定设置有污泥界面仪，污泥界面仪通过导线与信号反馈控制器的接收端相连，信号输出端同时连接进水管控制阀门。
[0008]本发明所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置应用时，流体通过进水管进入旋流沉淀装置，结构采用不锈钢，与进水管一体式连接，保证管道进水方向和通畅，进水流量由进水管控制阀门调节，流体通过固定式导向螺旋片盘旋上升，导向螺旋片焊接于旋流沉淀装置中心固定的传动轴上，导向螺旋片外边缘与旋流沉淀装置侧壁留有10mm空隙，传动轴通过旋流沉淀装置中心部位上部和下部设置的转动轴承实现转动。随着待固液分离原水由旋流沉淀装置底部进水管旋转而上，在上升过程中，固体颗粒发生碰撞，固液开始分离;原水通过旋流作用后直接从顶部的出水管排出，水流动路线短，且旋流沉淀装置内部只有一个方向向上的导向螺旋片，水流过程沿径向、轴向速度梯度小，水剪应力小，所以具有较低的水力压降和较低的能耗。
[0009]旋流沉淀装置进水负荷一般控制在I?4m3/(m2.h)，适用范围大，由于旋流沉淀装置内部剪应力小、能耗低，即便是提高进水负荷，水在旋转上升过程中也不易发生湍动，抗负荷能力较强，等比例放大或是串联使用仍能保证固液分离效率，有利于扩大应用。
[0010]旋流沉淀装置的圆筒体与倒圆锥体采用焊接的形式连接，保证结构的一体性，下部的倒圆锥体上部直径与圆筒体直径相等，倒圆锥体下部开口直径为圆筒体直径的1/2，导向螺旋片随着倒锥体盘旋上升，形成底部半径小，上部半径大的锥形螺旋结构，此举有利于原水盘旋上升过程中，增加水力停留时间，特殊的流体路径设计，可以防止短流或翻泥现象的发生，更有利于提高固液分离效率，具有较好的灵活操作弹性和稳定性。
[0011 ]圆筒体内固液分离后液体不断地进入虹吸储水槽中，虹吸储水槽焊接于圆筒体的正中心位置，高度一般控制在0.5?1.0m，圆筒体与虹吸储水槽相接处侧边隆起一定坡度，坡度一般控制在i = 0.1?0.5之间，可阻挡部分固体进入虹吸储水槽内，虹吸储水槽直径为倒圆锥体底部直径的2倍。
[0012]虹吸装置的顶部设计为可调节式堰板出水，以保证出水量的稳定。随着虹吸储水槽内水位的升高，达到可调式堰板设定的出水水位，通过出水槽出水;可调式堰板为不锈钢材质，圆形布置，通过固定锚栓锚固，可以上下移动锚固螺栓高度实现可调式堰板高度调节，控制出水流量以及出水槽内的虹吸水位高度，达到对自动虹吸排泥时间及流量控制的目的。可调式堰板高度根据进水水质和虹吸周期设定。
[0013]虹吸储水槽为敞开式布置，内设计有螺栓固定的三脚架，固定由虹吸空气倒U型管、延时电磁控制阀、渐扩式半圆形虹吸罩、渐扩口、虹吸下降管及渐扩式半圆形虹吸罩组成的虹吸装置，渐扩式半圆形虹吸罩为半球形设置，半球直径为虹吸下降管直径的2倍，底部拼接有渐扩口，扩口处水平夹角为75°，该尺寸可以很好的控制空气的储量，有利于渐扩式半圆形虹吸罩内液体水位控制，渐扩口的设置能够保证虹吸过程中有足够的水量通过，实现自动虹吸排泥的目的。
[0014]虹吸下降管位于渐扩式半圆形虹吸罩中部，直穿导向螺片中心的传动轴，直至转动叶轮处，与转动叶轮顶部保持一定的距离，控制距离为虹吸管管径的2倍。虹吸下降管与传动轴按照套管布置，虹吸下降管外壁距离传动轴内壁为50mm。
[0015]特殊的盘旋式上升设计，可以实现固液走向分离，互不干扰；自动控制排泥装置内设置有单向的转动叶轮，直径为虹吸储水槽直径的1.5倍，虹吸下降水流可以推动叶轮转动，进而带动导向螺旋片单向旋转，促进固体颗粒下沉，进一步提高固液分离效率。转动叶轮上部设置有钟罩形喇叭口，钟罩形喇叭口直径为转动叶轮直径的1.5倍，钟罩形布置，角度为30°?45°，保证下降水流推力效果，固定于旋流沉淀装置底部中心位置，完全罩在转动叶轮的上部，虹吸下降管的出口处距离转动叶轮顶部不小于50mm。
[0016]自动控制排泥装置设置有存泥下锥体，为锥形封闭结构，与水平夹角为30°?45°，利于污泥向底部蓄积，便于污泥外排;存泥下锥体中间开孔，与旋流沉淀装置的倒圆锥体焊接为一体，开孔孔径与倒圆锥体底部直径一致，进水管位于存泥下锥体平面的上部。
[0017]自动控制排泥装置内设置有信号反馈控制器，用于连接控制污泥界面仪、进水管控制阀门、排泥控制阀以及延时电磁控制阀，所涉及阀门采用信号反馈控制，根据存泥下锥体中污泥界面仪监测实际泥位变化值与设定值的关系反馈控制延时电磁控制阀、排泥控制阀以及进水管控制阀门的开闭，从而实现自动虹吸排泥，达到自动运行的目的。
[0018]存泥下锥体内设置有污泥界面仪，通过固定杆固定于存泥下锥体侧面距离底部I/2处，用于实时监测存泥下锥体内泥位变化，流体流动过程中，固液分离后的固体颗粒物进入存泥下锥体，随着不断地运行，存泥下锥体的底部泥位不断上升，污泥界面仪对实际泥位高度进行监测，并与设定值进行对比，当达到设定值后，发出信号至信号反馈控制器，信号反馈控制器将反馈信号反馈至延时电磁控制阀和排泥控制阀使其打开，同时反馈至进水管控制阀门使其关闭；延时电磁控制阀打开后，延迟5s后关闭，此段时间内挤压在渐扩式半圆形虹吸罩内空气快速扩散至外部，则渐扩式半圆形虹吸罩内水位迅速上升直至淹没虹吸下降管，虹吸形成;虹吸下降水流推动自动控制排泥装置内的转动叶轮旋转，转动叶轮带动导向螺旋片开始慢慢逆时针旋转，增加固液分离速度；同时虹吸下降水流挤压存泥下锥体内污泥排出；随着虹吸的进行，虹吸储水槽内水位下降，最终水位下降至渐扩式半圆形虹吸罩外侧渐扩口，空气进入渐扩式半圆形虹吸罩，虹吸被破坏;虹吸过程中随着存泥下锥体内泥位高度下降，偏离污泥界面仪泥位高度设定值，反馈信号至排泥控制阀使其关闭，同时信号反馈至进水管控制阀门使其打开，开始进水，随着原水不断地流入旋流沉淀装置，整个过程反复自动周期性循环进行，过程简单、高效可靠。
[0019]本发明涉及的旋流式螺旋沉淀装置，构造简单，竖向布置节省用地，能够高效的实现固液分离，抗冲击负荷能力强，自动控制实现自动化，故障率低，准确率高，可操作性强，适应高负荷运行，操作管理方便，为水处理沉淀技术的应用展现新的前景。
【附图说明】
[0020]图1为一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置结构示意图；
[0021 ]图2为一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置俯视图。
[0022]图中标记说明:
[0023]1、出水槽2、可调式堰板
[0024]3、虹吸空气倒U型管4、延时电磁控制阀
[0025]5、渐扩式半圆形虹吸罩6、虹吸下降管
[0026]7、渐扩口8、出水管
[0027]9、虹吸储水槽10、圆筒体
[0028]11、导向螺旋片12、倒圆锥体
[0029]13、传动轴14、进水管控制阀门
[0030]15、进水管16、钟罩形喇叭口
[0031]17、转动叶轮18、存泥下锥体
[0032]19、污泥界面仪20、排泥管
[0033]21、排泥控制阀22、信号反馈控制器
【具体实施方式】
[0034]结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。图1和图2显示了本发明的基本结构。
[0035]如附图所示，待固液分离的原水经过进水管15进入旋流沉淀装置的倒圆锥体12内，流量由进水管控制阀门14控制，流体通过固定式导向螺旋片11盘旋上升，此时流体中的固体颗粒物质通过重力作用以及撞击作用速度降低，落到11上，大部分会在重力作用下，与流体产生反向运动，慢慢流入存泥下锥体18中，剩余少部分会与流体达到速度平衡，暂时停留在11上;流体通过11不断上升进入旋流沉淀装置的圆筒体10中，此时流体固液分离进入稳定阶段，经缓冲，最终上升至虹吸储水槽9中，随着液面的不断升高，渐扩式半圆形虹吸罩5内的液面逐渐升高，渐扩式半圆形虹吸罩5内的空气被压缩，当达到一定程度后，液面稳定;此时虹吸储水槽9内液面继续升高，当液面到达可调式堰板2控制水位后，液体通过出水槽I经出水管8完成连续出水;流体流动过程中，固液分离后的固体颗粒物靠重力作用流入存泥下锥体18中，随着不断地运行，存泥下锥体18泥位不断上升，污泥界面仪19对实际泥位高度进行监测，并与设定值进行对比，当达到设定值后，发出信号至信号反馈控制器22，反馈控制器22将反馈信号传递至延时电磁控制阀4和排泥控制阀21使其打开，同时反馈至进水管控制阀门14使其关闭；延时电磁控制阀4打开后，延迟5s后关闭，此段时间内挤压在渐扩式半圆形虹吸罩5内被压缩空气会通过虹吸空气倒U型管3排出，液体会迅速充满虹吸下降管6和渐扩式半圆形虹吸罩5形成虹吸，虹吸产生的水流通过虹吸下降管6迅速排出，水流下降过程中产生的推力推动转动叶轮17，转动叶轮17带动中心固定的传动轴13，中心固定的传动轴13带动固定式导向螺旋片11开始逆时针旋转，旋转使导向螺旋片与固体颗粒相对速度发生改变，引起部分停留在固定式导向螺旋片11上的固体颗粒物质下沉，最终沉入存泥下锥体18中；与此同时，从虹吸下降管6流出的水流，冲击存泥下锥体18中的存泥，在水流压力作用下，通过排泥管排出，排泥量可以通过排泥控制阀21开度和开闭时间间隔双向调节;液体通过虹吸下降管6排出后，虹吸储水槽9中水位下降，虹吸储水槽9中水位下降至渐扩式半圆形虹吸罩5最下端的渐扩口 7处，空气进入渐扩式半圆形虹吸罩5，虹吸被破坏，虹吸过程结束，此虹吸过程完成辅助固液分离以及排泥过程;虹吸过程中随着存泥下锥体18内泥位高度的下降，偏离污泥界面仪19的泥位高度设定值，反馈信号反馈至排泥控制阀21使其关闭，同时信号反馈至进水管控制阀门14使其打开，开始进水;随着流体不断通过进水管15进入旋流沉淀装置，继续完成固液分离和虹吸排泥过程，进入下一个沉淀排泥周期，周而复始运行。
【主权项】
1.一种自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置包括顶部的虹吸装置、中部的旋流沉淀装置和底部的自动控制排泥装置； 所述虹吸装置包括虹吸储水槽、出水槽、出水管、可调式堰板、虹吸空气倒U型管、延时电磁控制阀、渐扩式半圆形虹吸罩和虹吸下降管；出水槽焊接于虹吸储水槽的外侧，之间有可调式堰板间隔，经沉淀后水体由虹吸储水槽越过可调式堰板至出水槽，顺着出水槽下部的出水管流出；渐扩式半圆形虹吸罩位于虹吸储水槽中央，虹吸下降管之上，虹吸下降管垂直穿过旋流沉淀装置直至存泥下锥体中；渐扩式半圆形虹吸罩顶部开孔连接虹吸空气倒U型管，两者之间设置有延时电磁控制阀；延时电磁控制阀通过导线与信号反馈控制器的信号输出端相连，渐扩式半圆形虹吸罩与旋流沉淀装置中的圆筒体直接相连； 所述旋流沉淀装置包括进水管、倒圆锥体、圆筒体、导向螺旋片、钟罩形喇叭口、转动叶轮、传动轴和排泥管，原水通过旋流沉淀装置底部进水管进入倒圆锥体，导向螺旋片安装于旋流沉淀装置内部，固定于中间部位的传动轴上，传动轴下部安装有单向的转动叶轮，虹吸下降管出口位于转动叶轮上方，当虹吸开启后，虹吸下降管水流可以推动转动叶轮转动，转动叶轮带动导向螺旋片旋转辅助固液分离;旋流沉淀装置通过支架垂直固定于底部的自动控制排泥装置之上； 所述自动控制排泥装置内包括存泥下锥体、信号反馈控制器、污泥界面仪、排泥管、排泥控制阀，存泥下锥体位于底部，圆锥形结构，锥形底部半圆形，存泥下锥体侧壁固定设置有污泥界面仪，污泥界面仪通过导线与信号反馈控制器的接收端相连;信号输出端同时连接进水管控制阀门。2.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述虹吸下降管为竖直的管子，上部位于渐扩式半圆形虹吸罩内部，下部直通至存泥下锥体中，出口与转动叶轮不接触。3.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述虹吸下降管与传动轴之间有空隙，两端密闭，通过轴承固定连接。4.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述导向螺旋片为逆时针单向布置，固定于旋流沉淀装置中心固定的传动轴上，盘旋上升直至顶部，与圆筒体和倒圆锥体的外壁均有空隙。5.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述传动轴底部与转动叶轮固定式连接，转动叶轮转向与导向螺旋片布置方向一致，转动叶轮上部罩有固定式钟罩形喇叭口。6.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述可调式堰板锚固于虹吸储水槽四周，与虹吸储水槽顶部留有空隙，可调式堰板可以上下调-K-T O7.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述旋流沉淀装置结构外壳上部为圆套筒形结构，下部为倒圆锥体套筒结构，倒圆锥体套筒固定于存泥下锥体中心部位，与存泥下锥体连通设置。8.根据权利要求1所述的自动控制系统排泥的旋流式螺旋沉淀装置，其特征在于:所述信号反馈控制器的信号接收端与污泥界面仪相连，信号输出端与延时电磁控制阀、进水管控制阀门和排泥控制阀相连。
【文档编号】B01D21/26GK106075968SQ201610666171
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610666171.7, CN 106075968 A, CN 106075968A, CN 201610666171, CN-A-106075968, CN106075968 A, CN106075968A, CN201610666171, CN201610666171.7
【发明人】张义龙, 翟计红, 马敏杰, 车跃龙, 魏举旺, 周继超, 裴露
【申请人】铁道第三勘察设计院集团有限公司