水流量波動發生器及使用方法
【專利摘要】本發明提供一種水流量波動發生器及使用方法，屬于水處理【技術領域】。該發生器由恒位配水系統、矩形波變流量系統和類正弦波變流量系統組成。恒位配水箱下部分別接基流出水管、矩形波出水管、類正弦波出水軟管，基流出水管分別為矩形、類正弦波出水提供穩定基準水流；由多孔圓盤面板上等距間隔安裝組合式鐵片，在旋轉時實現矩形波周期性變流量出水；類正弦波出水軟管由掛繩固定于多孔圓盤的旋桿上，使恒位配水箱液面與出水管口高差隨時間按正弦曲線變化，由此產生類正弦波變流量出水。本發明彌補了調量池研究中實驗設備和功能檢測的空白，能夠滿足調量池的調節效果量化功能評價和結構優化的需要。
【專利說明】水流量波動發生器及使用方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于水處理【技術領域】，具體涉及一種能產生出水流量呈矩形、類正弦波變 化的出水水流量波動發生器W及該發生器的使用方法。
【背景技術】：
[0002] 在工業生產中排放的廢水流量、水質波動幅度很大，顯著降低了水處理設施的凈 化效能。對物化處理設施而言，如混凝沉淀池，流量、水質的變化都會使穩定的混凝劑投加 量偏離水實際需要的最佳投藥量。對于生化處理設施而言，則會因進水污染物量變化，超過 生化處理設施中原有微生物可降解量而導致出水嚴重超標，污染環境。
[0003] 調量池作為調節水質、流量的構筑物，其調節性能優劣將直接影響后續處理設施 的處理效果。為了提高調節效果，人們設計了很多種不同結構的調量池，然而，人們對各類 調量池的調節效果的評價還停留在定性階段，缺乏必要的量化評價方法和實驗設備，從而 影響對調量池調節效果進行量化評價和結構優化的研究。
[0004] 工業生產中排放廢水的流量和水質都是隨時間而不斷變化的，且有比較典型的類 似矩形波和正弦波動變化特征。然而，現在的調量池研究中還沒有能產生流量矩形、正弦波 動變化的設備，故本發明設計一種能夠產生流量矩形、類正弦流量波動發生器，彌補調量池 研究中實驗設備和功能檢測的空白，能夠滿足調量池的調節效果量化功能評價和結構優化 爭亜 而安O
【發明內容】
：
[0005] 本發明的目的在于提供一種水流量波動發生器W及該發生器的使用方法，該發生 器出水口流量呈矩形或類正弦變化，并且波動平均值、波動幅值和波動周期可調，W實現在 統一的流量波動條件下，對不同結構調量池的功能進行量化評價測試，W促進對調量池結 構功能優化。
[0006] 本發明所提供的水流量波動發生器由恒位配水系統、矩形波變流量系統W及類正 弦波變流量系統組成。
[0007] 所述恒位配水系統包括供水箱1、水粟2、壓水管3、溢流管4 W及恒位配水箱5,所 述供水箱1與所述水粟2相連經所述壓水管3通向所述恒位配水箱5中的進水緩沖槽12， 所述進水緩沖槽12位于所述恒位配水箱5液面W下，所述溢流管4連接所述恒位配水箱5 的溢流眶口并通向所述供水箱1。
[0008] 所述矩形波變流量系統包括基流出水管6、矩形波出水管7、多孔圓盤16、電感式 接近開關23、電動機24 W及調量池26 ;所述恒位配水箱5下部分別接基流出水管6和矩形 波出水管7,所述基流出水管6上沿水流方向依次設有第一調節閥9和第二轉子流量計15， 所述矩形波出水管7沿水流方向依次設有第二調節閥10、第一轉子流量計14 W及電磁閥 13,所述基流出水管6 W及所述矩形波出水管7皆接至所述調量池26 ;所述多孔圓盤16與 所述電動機24的輸出軸相連，所述多孔圓盤16上均勻設置不同半徑的定位圓孔，所述多孔 圓盤16面板沿圓周方向等角度間隔設有組合式鐵片22 ;所述電磁閥13供電線路上設有電 感式接近開關23,所述電感式接近開關23感應觸頭接近所述組合式鐵片22 ;電動機24轉 動帶動多孔圓盤16旋轉，電磁閥13周期性開關產生矩形波動水流，第一調節閥9調節基準 水流大小。
[0009] 所述類正弦波變流量系統包括類正弦波出水軟管8、掛繩18、旋桿17、集水槽20、 集水槽出水管21 ;所述恒位配水箱5下部設有類正弦波出水軟管8,所述類正弦波出水軟管 8上設有第H調節閥11，所述類正弦波出水軟管8的出水口端通過掛繩18系在旋桿17上， 所述旋桿17能夠插入所述多孔圓盤16上均勻設置的不同半徑的定位圓孔中，所述掛繩18 的下方系有配重19,所述類正弦波出水軟管8的出水口下方設有集水槽20,所述集水槽20 經集水槽出水管21與所述調量池26相連。所述電動機24轉動帶動多孔圓盤16上的旋桿 17旋轉，牽引類正弦波出水軟管8 口轉動，與恒位配水箱5液面差按正弦波變化，產生類正 弦波動水流，第一調節閥9調節基準水流大小。
[0010] 所述多孔圓盤16的前后面板中也部位均裝有方形加固鋼板27,所述方形加固鋼 板27中也設有與所述電動機24轉軸同等直徑的圓孔及鍵槽；所述多孔圓盤16上均勻設置 的不同半徑的定位圓孔分布在所述多孔圓盤16的不同直徑圓周上。在矩形波變流量系統 中，定位圓孔上可W固定組合式鐵片22 ;在類正弦波變流量系統中，通過改變旋桿17在不 同半徑定位圓孔固定位置，改變正弦波出水流量的波動幅值。
[0011] 本發明所提供的水流量波動發生器使用方法之一，其具體步驟如下：
[0012] (1)開啟所述水粟2,將所述供水箱1的水送入所述恒位配水箱5,多余的水經所述 溢流管4回至所述供水箱1，保持所述恒位配水箱5液面恒定，保持第H調節閥11關閉，根 據第二轉子流量計15的讀數控制第一調節閥9的開度，確定基流量Qi,使基流出水管6 W 基流量Qi向調量池26供水；
[0013] (2)保持電磁閥13呈開啟狀態，根據第一轉子流量計14的讀數控制第二調節閥 10的開度，確定波動流量化；
[0014] (3)在多孔圓盤16上的定位圓孔上等距安裝組合式鐵片22,開啟電動機24,驅動 組合式鐵片22周期性經過電感式接近開關23,電磁閥13控制矩形波出水管周期性開啟閉 合，使基流出水管6、矩形波出水管7 W流量為矩形波動向調量池26供水；
[0015] (4)通過改變組合式鐵片22的數量或調節變頻器25改變電動機24的轉速，能夠 改變波動周期；通過第一轉子流量計14、第二轉子流量計15的讀數，控制第一調節閥9、第 二調節閥10的開度，能夠改變波動幅值和波動平均值；從而產生水流量矩形波動的變化水 流。
[0016] 本發明所提供的水流量波動發生器使用方法之二，其具體步驟如下：
[0017] (1)開啟水粟2,將供水箱1的水送入恒位配水箱5,多余的水經溢流管4回至供水 箱1，保持恒位配水箱5液面恒定，保持第二調節閥10關閉，根據波動幅值選擇定位圓孔，類 正弦波出水軟管8經掛繩18連接息桿17,息桿17插入特定的定位圓孔中；
[0018] (2)根據第二轉子流量計15的讀數控制第一調節閥9的開度，確定基流量Qi,使 基流出水管6 W基流量Qi向調量池26供水；
[001引 做開啟電動機24,所述電動機24轉動帶動多孔圓盤16上的旋桿17旋轉，牽引 類正弦波出水軟管8 口轉動，與恒位配水箱5液面差按正弦波變化，產生類正弦波動水流， 出水流向集水槽20經集水槽出水管21流向調量池26 ;使基流出水管6 W及類正弦波出水 軟管8 W流量為矩形波動向調量池26供水；
[0020] (4)通過改變調節變頻器25改變電動機24的轉速，能夠改變波動周期；通過第一 轉子流量計14的讀數，控制第二調節閥10的開度，能夠改變波動平均值；通過改變息桿17 距多孔圓盤16不同距離的定位圓孔的位置，能夠改變波動幅值；從而產生水流量類正弦波 動的變化水流。
[0021] 本發明基于水力學中的短管出流計算原理，首先設計恒位配水箱，分別接出基流、 矩形和類正弦變流量系統，通過改變恒位配水箱液面與出流管口之間的自由液面差來改變 出水流量。基流系統用于分別配合矩形或類正弦波變流量系統，調整其基準流量大小。
[0022] 流量矩形波波動主要利用基流出水管6和矩形波出水管7周期性出流達到實現出 水流量呈矩形波動的目的。開啟基流出水管6上的第一調節閥9,使其持續出流，流量大小 即為Qi ;矩形波出水管7上的電磁閥13的線路上連接電感式接近開關23,電感式接近開關 23連接24V電源，電感式接近開關23保持常閉狀態，電磁閥13通電，閥口開啟，矩形波出水 管7正常出流，流量大小記為(? ;則進入調量池26流量大小為Q1+Q2 ;當電感式接近開關23 感應觸頭接近組合式鐵片，電感式接近開關23開啟，電磁閥13閉合，矩形波出水管7出流 流量為零，則進入調量池26的流量大小為QiD
[0023] 流量類正弦波波動利用短管出流原理G = A^^^/5^，在配水液面保持不變的前提 下，改變類正弦波變流量系統出水口高度，達到改變出水口流量的目的。恒位配水箱5保持 液面不變，類正弦波出水軟管8通過掛繩18系在旋桿17上，旋桿17可W插入開孔圓盤12 的定位圓孔中，掛繩18下方系有配重19,保證掛繩18在豎直方向垂直，電動機24驅動多孔 圓盤16,多孔圓盤16帶動類正弦波出水軟管8出水口做勻速圓周運動，使配水液面與出水 口之間的高差H發生標準正弦周期性變化，如附圖3所示；H = Hi+k AH = Hi+kR 'sin 0， 即H = Hi+kR ? sin (2 nt);故類正弦波出水軟管8的出水口流量大小如下式，出水流量Q 為一類似正弦波函數，該是其水力學特性決定的。
[0024] 。+L-R- Sin(ITUit))
[00巧]式中：
[002引 Q ;類正弦變化流量；
[0027] Hi ;配水箱液面與電機輸出軸中也面的高程差；
[002引 L ;掛繩長度；
[0029] R ;有效旋轉半徑；
[0030] n ;電動機轉速；
[003。 U ;出水管管道特性系數；
[0032] 故類正弦波出水軟管8出水口流量曲線近似正弦函數曲線波動變化。通過調節變 頻器25改變電動機24的轉速，可W調節波動周期；通過改變旋桿17固定在距多孔圓盤16 中也不同距離的定位圓孔，可調節波動幅值；通過調節基流出水管6上第一調節閥9的開度 和通過改變掛繩18的長度，可W改變波動平均值的大小。
[0033] 本發明的優點在于提供統一的接近現場實際的配水條件，滿足在實驗室基礎上的 對調量池調節效果進行量化評價和結構優化，彌補了調量池研究實驗設備的空白；在教學 上，實現將短管出流、圓周運動、電器控制等理論知識與實踐很好的結合。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0034] 圖1為本發明水流量波動發生器結構示意圖；
[00巧]圖2為本發明中多孔圓盤固定結構示意圖；
[0036] 圖3為流量類正弦波原理不意圖。
[0037] 圖中；1-供水箱、2-水粟、3-壓水管、4-溢流管、5-恒位配水箱、6-基流出水管、 7-矩形波出水管、8-類正弦波出水軟管、9-第一調節閥、10-第二調節閥、11-第H調節 閥、12-進水緩沖槽、13-電磁閥、14-第一轉子流量計、15-第二轉子流量計、16-多孔圓盤、 17-旋桿、18-掛繩、19-配重、20-集水槽、21-集水槽出水管、22-組合式鐵片、23-電感式接 近開關、24-電動機、25-變頻器、26-調量池、27-方形加固鋼板。
【具體實施方式】：
[0038] 下面結合附圖進一步說明本發明：
[0039] 一、本發明所提供的水流量波動發生器裝置構成如下：
[0040] 如圖1所示，供水箱1與水粟2相連，水粟2的壓水管3通向恒位配水箱5的進水 緩沖槽12,進水緩沖槽12位于恒位配水箱5液面W下，恒位配水箱5溢流眶出口通過溢流 管4連接供水箱1且出水口在供水箱1自由液面之上。恒位配水箱5下方開有基流出水管 6、矩形波出水管7、類正弦波出水軟管8,基流出水管6裝有第一調節閥9和第二轉子流量 計15、矩形波出水管7裝有第二調節閥10、第二轉子流量計15和電磁閥13,根據第一轉子 流量計14、第二轉子流量計15的讀數，調節第一調節閥9、第二調節閥10的開度，可W調節 基流出水管6、矩形波出水管7的出水流量，類正弦波出水軟管8裝有第H調節閥11。
[0041] 如圖1、圖2所示，基流出水管6、矩形波出水管7的出水口通向調量池26且位于 自由液面之上，多孔圓盤16中也處開有與電動機24軸同等直徑的圓孔和鍵槽，可套入電動 機24輸出軸上，多孔圓盤16且前后安裝一塊方形加固鋼板27,方形加固鋼板27中也處開 有與電動機24軸同等直徑的圓孔和鍵槽，可W增加多孔圓盤16的剛度，多孔圓盤面板上沿 圓周方向等距離間隔安裝組合式鐵片；電磁閥13線路上安裝電感式接近開關23,電感式接 近開關23感應觸頭接近組合式鐵片22。
[0042] 如圖1所示，類正弦波出水軟管8通過掛繩18系在旋桿17上，旋桿17可W插入開 孔圓盤12的定位圓孔中，多孔圓盤16中也開有圓孔和鍵槽，套入電動機24轉軸上，掛繩18 下方系有配重19,保證掛繩18在豎直方向垂直，類正弦波出水軟管8下方設有集水槽20， 集水槽出水管21的出水口通向調量池26且位于自由液面之上。
[0043] 二、本發明提供的水流量波動發生器使用方法具體如下：
[0044] 1、產生水流量矩形波動的變化水流的使用方法，其具體步驟如下：
[0045] (1)開啟所述水粟2,將所述供水箱1的水送入所述恒位配水箱5,多余的水經所述 溢流管4回至所述供水箱1，保持所述恒位配水箱5液面恒定，保持第H調節閥11關閉，根 據第二轉子流量計15的讀數控制第一調節閥9的開度，確定基流量Qi,使基流出水管6 W 基流量Qi向調量池26供水；
[0046] (2)保持電磁閥13呈開啟狀態，根據第一轉子流量計14的讀數控制第二調節閥 10的開度，確定波動流量Q2 ;
[0047] (3)在多孔圓盤16上的定位圓孔上等距安裝組合式鐵片22,開啟電動機24,驅動 組合式鐵片22周期性經過電感式接近開關23,電磁閥13控制矩形波出水管周期性開啟閉 合，達到基流出水管6、矩形波出水管7 W流量為矩形波動向調量池26供水；
[004引 （4)通過改變組合式鐵片22的數量或調節變頻器25改變電動機24的轉速，可W 改變波動周期；通過第一轉子流量計14、第二轉子流量計15的讀數，控制第一調節閥9、第 二調節閥10的開度，可W改變波動幅值和波動平均值；從而產生水流量矩形波動的變化水 流。
[0049] 2、產生水流量類正弦波動的變化水流的使用方法，其步驟如下：
[0050] (1)開啟水粟2,將供水箱1的水送入恒位配水箱5,多余的水經溢流管4回至供水 箱1，保持恒位配水箱5液面恒定，保持第二調節閥10關閉，根據波動幅值選擇定位圓孔，類 正弦波出水軟管8經掛繩18連接息桿17,息桿17插入特定的定位圓孔中；
[0051] (2)根據第二轉子流量計15的讀數控制第一調節閥9的開度，確定基流量Qi,使 基流出水管6 W基流量Qi向調量池26供水；
[005引 做開啟電動機24,所述電動機24轉動帶動多孔圓盤16上的旋桿17旋轉，牽引 類正弦波出水軟管8 口轉動，與恒位配水箱5液面差按正弦波變化，產生類正弦波動水流， 出水流向集水槽20經集水槽出水管21流向調量池26 ;達到基流出水管6、類正弦波出水軟 管8 W流量為矩形波動向調量池26供水；
[0053] (4)通過改變調節變頻器25改變電動機24的轉速，可W改變波動周期；通過第一 轉子流量計14的讀數，控制第二調節閥10的開度，可W改變波動平均值；通過改變息桿17 距多孔圓盤16不同距離的定位圓孔的位置，可W改變波動幅值；從而產生水流量類正弦波 動的變化水流。
【權利要求】
1. 水流量波動發生器，其特征在于該水流量波動發生器由恒位配水系統、矩形波變流 量系統以及類正弦波變流量系統組成；所述恒位配水系統包括供水箱（1)、水泵（2)、壓水 管（3)、溢流管（4)以及恒位配水箱（5)，所述供水箱（1)與所述水泵（2)相連經所述壓水管 (3)通向所述恒位配水箱（5)中的進水緩沖槽（12)，所述進水緩沖槽（12)位于所述恒位配 水箱（5)液面以下，所述溢流管（4)連接所述恒位配水箱（5)的溢流堰口并通向所述供水 箱⑴；所述矩形波變流量系統包括基流出水管（6)、矩形波出水管（7)、多孔圓盤（16)、電 感式接近開關（23)、電動機（24)以及調量池（26);所述恒位配水箱（5)下部分別接基流出 水管（6)和矩形波出水管（7)，所述基流出水管（6)上沿水流方向依次設有第一調節閥（9) 和第二轉子流量計（15)，所述矩形波出水管（7)沿水流方向依次設有第二調節閥（10)、第 一轉子流量計（14)以及電磁閥（13)，所述基流出水管（6)以及所述矩形波出水管（7)皆接 至所述調量池（26);所述多孔圓盤（16)與所述電動機（24)的輸出軸相連，所述多孔圓盤 (16)上均勻設置不同半徑的定位圓孔，所述多孔圓盤（16)面板沿圓周方向等角度間隔設 有組合式鐵片（22);所述電磁閥（13)供電線路上設有電感式接近開關（23)，所述電感式接 近開關（23)感應觸頭接近所述組合式鐵片（22);所述類正弦波變流量系統包括類正弦波 出水軟管（8)、掛繩（18)、旋桿（17)、集水槽（20)、集水槽出水管（21);所述恒位配水箱（5) 下部設有所述類正弦波出水軟管（8)，所述類正弦波出水軟管（8)上設有第三調節閥（11)， 所述類正弦波出水軟管（8)的出水口端通過所述掛繩（18)系在所述旋桿（17)上，所述旋 桿（17)能夠插入所述多孔圓盤（16)上均勻設置的不同半徑的定位圓孔中，所述掛繩（18) 的下方系有配重（19)，所述類正弦波出水軟管（8)的出水口下方設有所述集水槽（20)，所 述集水槽（20)經所述集水槽出水管（21)與所述調量池（26)相連。
2. 根據權利要求1所述水流量波動發生器，其特征在于所述多孔圓盤（16)的前后面板 中心部位均裝有方形加固鋼板（27)，所述方形加固鋼板（27)中心設有與所述電動機（24) 轉軸同等直徑的圓孔及鍵槽；所述多孔圓盤（16)上均勻設置的不同半徑的定位圓孔分布 在所述多孔圓盤（16)的不同直徑圓周上。
3. 權利要求1所述水流量波動發生器的使用方法，其特征在于該使用方法具體步驟如 下： (1) 開啟所述水泵（2)，將所述供水箱（1)的水送入所述恒位配水箱（5)，多余的水經所 述溢流管（4)回至所述供水箱（1)，保持所述恒位配水箱（5)液面恒定，保持所述第三調節 閥（11)關閉，根據所述第二轉子流量計（15)的讀數控制所述第一調節閥（9)的開度，確定 基流量Q 1，使所述基流出水管（6)以基流量Q1向所述調量池（26)供水； (2) 保持所述電磁閥（13)呈開啟狀態，根據所述第一轉子流量計（14)的讀數控制所述 第二調節閥（10)的開度，確定波動流量Q 2 ; (3) 在所述多孔圓盤（16)上的定位圓孔上等距安裝所述組合式鐵片（22)，開啟所述 電動機（24)，驅動所述組合式鐵片（22)周期性經過所述電感式接近開關（23)，所述電磁閥 (13)控制矩形波出水管周期性開啟閉合，達到所述基流出水管（6)以及所述矩形波出水管 (7)以流量為矩形波動向所述調量池（26)供水； (4) 通過改變所述組合式鐵片（22)的數量或調節變頻器（25)改變所述電動機（24)的 轉速，能夠改變波動周期；通過所述第一轉子流量計（14)以及第二轉子流量計（15)的讀 數，控制所述第一調節閥（9)以及第二調節閥（10)的開度，能夠改變波動幅值和波動平均 值，從而產生水流量矩形波動的變化水流。
4.權利要求1所述水流量波動發生器的使用方法，其特征在于該使用方法具體步驟如 下： (1) 開啟所述水泵（2)，將所述供水箱（1)的水送入所述恒位配水箱（5)，多余的水經所 述溢流管（4)回至所述供水箱（1)，保持所述恒位配水箱（5)液面恒定，保持所述第二調節 閥（10)關閉，根據波動幅值選擇定位圓孔，所述類正弦波出水軟管⑶經掛繩（18)連接懸 桿（17)，所述懸桿（17)插入特定的定位圓孔中； (2) 根據所述第二轉子流量計（15)的讀數控制所述第一調節閥（9)的開度，確定基流 量Q1，使所述基流出水管（6)以基流量Q 1向所述調量池（26)供水； (3) 開啟所述電動機（24)，所述電動機（24)轉動帶動所述多孔圓盤（16)上的旋桿 (17)旋轉，牽引所述類正弦波出水軟管⑶口轉動，與所述恒位配水箱（5)液面差按正弦波 變化，產生類正弦波動水流，出水流向所述集水槽（20)經所述集水槽出水管（21)流向所述 調量池（26);使所述基流出水管（6)以及所述類正弦波出水軟管（8)以流量為矩形波動向 所述調量池（26)供水； (4) 通過調節所述變頻器（25)改變所述電動機（24)的轉速，能夠改變波動周期；通過 所述第一轉子流量計（14)的讀數，控制所述第二調節閥（10)的開度，能夠改變波動平均 值；通過改變所述懸桿（17)距所述多孔圓盤（16)不同距離的定位圓孔的位置，能夠改變波 動幅值；從而產生水流量類正弦波動的變化水流。
【文檔編號】C02F1/00GK104310512SQ201410641942
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】張新喜, 王保, 胡小兵, 汪明明, 黃俊生 申請人:安徽工業大學