水流量波动发生器及使用方法
【专利摘要】本发明提供一种水流量波动发生器及使用方法，属于水处理【技术领域】。该发生器由恒位配水系统、矩形波变流量系统和类正弦波变流量系统组成。恒位配水箱下部分别接基流出水管、矩形波出水管、类正弦波出水软管，基流出水管分别为矩形、类正弦波出水提供稳定基准水流；由多孔圆盘面板上等距间隔安装组合式铁片，在旋转时实现矩形波周期性变流量出水；类正弦波出水软管由挂绳固定于多孔圆盘的旋杆上，使恒位配水箱液面与出水管口高差随时间按正弦曲线变化，由此产生类正弦波变流量出水。本发明弥补了调量池研究中实验设备和功能检测的空白，能够满足调量池的调节效果量化功能评价和结构优化的需要。
【专利说明】水流量波动发生器及使用方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种能产生出水流量呈矩形、类正弦波变 化的出水水流量波动发生器W及该发生器的使用方法。
【背景技术】：
[0002] 在工业生产中排放的废水流量、水质波动幅度很大，显著降低了水处理设施的净 化效能。对物化处理设施而言，如混凝沉淀池，流量、水质的变化都会使稳定的混凝剂投加 量偏离水实际需要的最佳投药量。对于生化处理设施而言，则会因进水污染物量变化，超过 生化处理设施中原有微生物可降解量而导致出水严重超标，污染环境。
[0003] 调量池作为调节水质、流量的构筑物，其调节性能优劣将直接影响后续处理设施 的处理效果。为了提高调节效果，人们设计了很多种不同结构的调量池，然而，人们对各类 调量池的调节效果的评价还停留在定性阶段，缺乏必要的量化评价方法和实验设备，从而 影响对调量池调节效果进行量化评价和结构优化的研究。
[0004] 工业生产中排放废水的流量和水质都是随时间而不断变化的，且有比较典型的类 似矩形波和正弦波动变化特征。然而，现在的调量池研究中还没有能产生流量矩形、正弦波 动变化的设备，故本发明设计一种能够产生流量矩形、类正弦流量波动发生器，弥补调量池 研究中实验设备和功能检测的空白，能够满足调量池的调节效果量化功能评价和结构优化 争亜 而安O
【发明内容】
：
[0005] 本发明的目的在于提供一种水流量波动发生器W及该发生器的使用方法，该发生 器出水口流量呈矩形或类正弦变化，并且波动平均值、波动幅值和波动周期可调，W实现在 统一的流量波动条件下，对不同结构调量池的功能进行量化评价测试，W促进对调量池结 构功能优化。
[0006] 本发明所提供的水流量波动发生器由恒位配水系统、矩形波变流量系统W及类正 弦波变流量系统组成。
[0007] 所述恒位配水系统包括供水箱1、水粟2、压水管3、溢流管4 W及恒位配水箱5,所 述供水箱1与所述水粟2相连经所述压水管3通向所述恒位配水箱5中的进水缓冲槽12， 所述进水缓冲槽12位于所述恒位配水箱5液面W下，所述溢流管4连接所述恒位配水箱5 的溢流眶口并通向所述供水箱1。
[0008] 所述矩形波变流量系统包括基流出水管6、矩形波出水管7、多孔圆盘16、电感式 接近开关23、电动机24 W及调量池26 ;所述恒位配水箱5下部分别接基流出水管6和矩形 波出水管7,所述基流出水管6上沿水流方向依次设有第一调节阀9和第二转子流量计15， 所述矩形波出水管7沿水流方向依次设有第二调节阀10、第一转子流量计14 W及电磁阀 13,所述基流出水管6 W及所述矩形波出水管7皆接至所述调量池26 ;所述多孔圆盘16与 所述电动机24的输出轴相连，所述多孔圆盘16上均匀设置不同半径的定位圆孔，所述多孔 圆盘16面板沿圆周方向等角度间隔设有组合式铁片22 ;所述电磁阀13供电线路上设有电 感式接近开关23,所述电感式接近开关23感应触头接近所述组合式铁片22 ;电动机24转 动带动多孔圆盘16旋转，电磁阀13周期性开关产生矩形波动水流，第一调节阀9调节基准 水流大小。
[0009] 所述类正弦波变流量系统包括类正弦波出水软管8、挂绳18、旋杆17、集水槽20、 集水槽出水管21 ;所述恒位配水箱5下部设有类正弦波出水软管8,所述类正弦波出水软管 8上设有第H调节阀11，所述类正弦波出水软管8的出水口端通过挂绳18系在旋杆17上， 所述旋杆17能够插入所述多孔圆盘16上均匀设置的不同半径的定位圆孔中，所述挂绳18 的下方系有配重19,所述类正弦波出水软管8的出水口下方设有集水槽20,所述集水槽20 经集水槽出水管21与所述调量池26相连。所述电动机24转动带动多孔圆盘16上的旋杆 17旋转，牵引类正弦波出水软管8 口转动，与恒位配水箱5液面差按正弦波变化，产生类正 弦波动水流，第一调节阀9调节基准水流大小。
[0010] 所述多孔圆盘16的前后面板中也部位均装有方形加固钢板27,所述方形加固钢 板27中也设有与所述电动机24转轴同等直径的圆孔及键槽；所述多孔圆盘16上均匀设置 的不同半径的定位圆孔分布在所述多孔圆盘16的不同直径圆周上。在矩形波变流量系统 中，定位圆孔上可W固定组合式铁片22 ;在类正弦波变流量系统中，通过改变旋杆17在不 同半径定位圆孔固定位置，改变正弦波出水流量的波动幅值。
[0011] 本发明所提供的水流量波动发生器使用方法之一，其具体步骤如下：
[0012] (1)开启所述水粟2,将所述供水箱1的水送入所述恒位配水箱5,多余的水经所述 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调节阀11关闭，根 据第二转子流量计15的读数控制第一调节阀9的开度，确定基流量Qi,使基流出水管6 W 基流量Qi向调量池26供水；
[0013] (2)保持电磁阀13呈开启状态，根据第一转子流量计14的读数控制第二调节阀 10的开度，确定波动流量化；
[0014] (3)在多孔圆盘16上的定位圆孔上等距安装组合式铁片22,开启电动机24,驱动 组合式铁片22周期性经过电感式接近开关23,电磁阀13控制矩形波出水管周期性开启闭 合，使基流出水管6、矩形波出水管7 W流量为矩形波动向调量池26供水；
[0015] (4)通过改变组合式铁片22的数量或调节变频器25改变电动机24的转速，能够 改变波动周期；通过第一转子流量计14、第二转子流量计15的读数，控制第一调节阀9、第 二调节阀10的开度，能够改变波动幅值和波动平均值；从而产生水流量矩形波动的变化水 流。
[0016] 本发明所提供的水流量波动发生器使用方法之二，其具体步骤如下：
[0017] (1)开启水粟2,将供水箱1的水送入恒位配水箱5,多余的水经溢流管4回至供水 箱1，保持恒位配水箱5液面恒定，保持第二调节阀10关闭，根据波动幅值选择定位圆孔，类 正弦波出水软管8经挂绳18连接息杆17,息杆17插入特定的定位圆孔中；
[0018] (2)根据第二转子流量计15的读数控制第一调节阀9的开度，确定基流量Qi,使 基流出水管6 W基流量Qi向调量池26供水；
[001引 做开启电动机24,所述电动机24转动带动多孔圆盘16上的旋杆17旋转，牵引 类正弦波出水软管8 口转动，与恒位配水箱5液面差按正弦波变化，产生类正弦波动水流， 出水流向集水槽20经集水槽出水管21流向调量池26 ;使基流出水管6 W及类正弦波出水 软管8 W流量为矩形波动向调量池26供水；
[0020] (4)通过改变调节变频器25改变电动机24的转速，能够改变波动周期；通过第一 转子流量计14的读数，控制第二调节阀10的开度，能够改变波动平均值；通过改变息杆17 距多孔圆盘16不同距离的定位圆孔的位置，能够改变波动幅值；从而产生水流量类正弦波 动的变化水流。
[0021] 本发明基于水力学中的短管出流计算原理，首先设计恒位配水箱，分别接出基流、 矩形和类正弦变流量系统，通过改变恒位配水箱液面与出流管口之间的自由液面差来改变 出水流量。基流系统用于分别配合矩形或类正弦波变流量系统，调整其基准流量大小。
[0022] 流量矩形波波动主要利用基流出水管6和矩形波出水管7周期性出流达到实现出 水流量呈矩形波动的目的。开启基流出水管6上的第一调节阀9,使其持续出流，流量大小 即为Qi ;矩形波出水管7上的电磁阀13的线路上连接电感式接近开关23,电感式接近开关 23连接24V电源，电感式接近开关23保持常闭状态，电磁阀13通电，阀口开启，矩形波出水 管7正常出流，流量大小记为(? ;则进入调量池26流量大小为Q1+Q2 ;当电感式接近开关23 感应触头接近组合式铁片，电感式接近开关23开启，电磁阀13闭合，矩形波出水管7出流 流量为零，则进入调量池26的流量大小为QiD
[0023] 流量类正弦波波动利用短管出流原理G = A^^^/5^，在配水液面保持不变的前提 下，改变类正弦波变流量系统出水口高度，达到改变出水口流量的目的。恒位配水箱5保持 液面不变，类正弦波出水软管8通过挂绳18系在旋杆17上，旋杆17可W插入开孔圆盘12 的定位圆孔中，挂绳18下方系有配重19,保证挂绳18在竖直方向垂直，电动机24驱动多孔 圆盘16,多孔圆盘16带动类正弦波出水软管8出水口做匀速圆周运动，使配水液面与出水 口之间的高差H发生标准正弦周期性变化，如附图3所示；H = Hi+k AH = Hi+kR 'sin 0， 即H = Hi+kR ? sin (2 nt);故类正弦波出水软管8的出水口流量大小如下式，出水流量Q 为一类似正弦波函数，该是其水力学特性决定的。
[0024] 。+L-R- Sin(ITUit))
[00巧]式中：
[002引 Q ;类正弦变化流量；
[0027] Hi ;配水箱液面与电机输出轴中也面的高程差；
[002引 L ;挂绳长度；
[0029] R ;有效旋转半径；
[0030] n ;电动机转速；
[003。 U ;出水管管道特性系数；
[0032] 故类正弦波出水软管8出水口流量曲线近似正弦函数曲线波动变化。通过调节变 频器25改变电动机24的转速，可W调节波动周期；通过改变旋杆17固定在距多孔圆盘16 中也不同距离的定位圆孔，可调节波动幅值；通过调节基流出水管6上第一调节阀9的开度 和通过改变挂绳18的长度，可W改变波动平均值的大小。
[0033] 本发明的优点在于提供统一的接近现场实际的配水条件，满足在实验室基础上的 对调量池调节效果进行量化评价和结构优化，弥补了调量池研究实验设备的空白；在教学 上，实现将短管出流、圆周运动、电器控制等理论知识与实践很好的结合。
【专利附图】
【附图说明】：
[0034] 图1为本发明水流量波动发生器结构示意图；
[00巧]图2为本发明中多孔圆盘固定结构示意图；
[0036] 图3为流量类正弦波原理不意图。
[0037] 图中；1-供水箱、2-水粟、3-压水管、4-溢流管、5-恒位配水箱、6-基流出水管、 7-矩形波出水管、8-类正弦波出水软管、9-第一调节阀、10-第二调节阀、11-第H调节 阀、12-进水缓冲槽、13-电磁阀、14-第一转子流量计、15-第二转子流量计、16-多孔圆盘、 17-旋杆、18-挂绳、19-配重、20-集水槽、21-集水槽出水管、22-组合式铁片、23-电感式接 近开关、24-电动机、25-变频器、26-调量池、27-方形加固钢板。
【具体实施方式】：
[0038] 下面结合附图进一步说明本发明：
[0039] 一、本发明所提供的水流量波动发生器装置构成如下：
[0040] 如图1所示，供水箱1与水粟2相连，水粟2的压水管3通向恒位配水箱5的进水 缓冲槽12,进水缓冲槽12位于恒位配水箱5液面W下，恒位配水箱5溢流眶出口通过溢流 管4连接供水箱1且出水口在供水箱1自由液面之上。恒位配水箱5下方开有基流出水管 6、矩形波出水管7、类正弦波出水软管8,基流出水管6装有第一调节阀9和第二转子流量 计15、矩形波出水管7装有第二调节阀10、第二转子流量计15和电磁阀13,根据第一转子 流量计14、第二转子流量计15的读数，调节第一调节阀9、第二调节阀10的开度，可W调节 基流出水管6、矩形波出水管7的出水流量，类正弦波出水软管8装有第H调节阀11。
[0041] 如图1、图2所示，基流出水管6、矩形波出水管7的出水口通向调量池26且位于 自由液面之上，多孔圆盘16中也处开有与电动机24轴同等直径的圆孔和键槽，可套入电动 机24输出轴上，多孔圆盘16且前后安装一块方形加固钢板27,方形加固钢板27中也处开 有与电动机24轴同等直径的圆孔和键槽，可W增加多孔圆盘16的刚度，多孔圆盘面板上沿 圆周方向等距离间隔安装组合式铁片；电磁阀13线路上安装电感式接近开关23,电感式接 近开关23感应触头接近组合式铁片22。
[0042] 如图1所示，类正弦波出水软管8通过挂绳18系在旋杆17上，旋杆17可W插入开 孔圆盘12的定位圆孔中，多孔圆盘16中也开有圆孔和键槽，套入电动机24转轴上，挂绳18 下方系有配重19,保证挂绳18在竖直方向垂直，类正弦波出水软管8下方设有集水槽20， 集水槽出水管21的出水口通向调量池26且位于自由液面之上。
[0043] 二、本发明提供的水流量波动发生器使用方法具体如下：
[0044] 1、产生水流量矩形波动的变化水流的使用方法，其具体步骤如下：
[0045] (1)开启所述水粟2,将所述供水箱1的水送入所述恒位配水箱5,多余的水经所述 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调节阀11关闭，根 据第二转子流量计15的读数控制第一调节阀9的开度，确定基流量Qi,使基流出水管6 W 基流量Qi向调量池26供水；
[0046] (2)保持电磁阀13呈开启状态，根据第一转子流量计14的读数控制第二调节阀 10的开度，确定波动流量Q2 ;
[0047] (3)在多孔圆盘16上的定位圆孔上等距安装组合式铁片22,开启电动机24,驱动 组合式铁片22周期性经过电感式接近开关23,电磁阀13控制矩形波出水管周期性开启闭 合，达到基流出水管6、矩形波出水管7 W流量为矩形波动向调量池26供水；
[004引 （4)通过改变组合式铁片22的数量或调节变频器25改变电动机24的转速，可W 改变波动周期；通过第一转子流量计14、第二转子流量计15的读数，控制第一调节阀9、第 二调节阀10的开度，可W改变波动幅值和波动平均值；从而产生水流量矩形波动的变化水 流。
[0049] 2、产生水流量类正弦波动的变化水流的使用方法，其步骤如下：
[0050] (1)开启水粟2,将供水箱1的水送入恒位配水箱5,多余的水经溢流管4回至供水 箱1，保持恒位配水箱5液面恒定，保持第二调节阀10关闭，根据波动幅值选择定位圆孔，类 正弦波出水软管8经挂绳18连接息杆17,息杆17插入特定的定位圆孔中；
[0051] (2)根据第二转子流量计15的读数控制第一调节阀9的开度，确定基流量Qi,使 基流出水管6 W基流量Qi向调量池26供水；
[005引 做开启电动机24,所述电动机24转动带动多孔圆盘16上的旋杆17旋转，牵引 类正弦波出水软管8 口转动，与恒位配水箱5液面差按正弦波变化，产生类正弦波动水流， 出水流向集水槽20经集水槽出水管21流向调量池26 ;达到基流出水管6、类正弦波出水软 管8 W流量为矩形波动向调量池26供水；
[0053] (4)通过改变调节变频器25改变电动机24的转速，可W改变波动周期；通过第一 转子流量计14的读数，控制第二调节阀10的开度，可W改变波动平均值；通过改变息杆17 距多孔圆盘16不同距离的定位圆孔的位置，可W改变波动幅值；从而产生水流量类正弦波 动的变化水流。
【权利要求】
1. 水流量波动发生器，其特征在于该水流量波动发生器由恒位配水系统、矩形波变流 量系统以及类正弦波变流量系统组成；所述恒位配水系统包括供水箱（1)、水泵（2)、压水 管（3)、溢流管（4)以及恒位配水箱（5)，所述供水箱（1)与所述水泵（2)相连经所述压水管 (3)通向所述恒位配水箱（5)中的进水缓冲槽（12)，所述进水缓冲槽（12)位于所述恒位配 水箱（5)液面以下，所述溢流管（4)连接所述恒位配水箱（5)的溢流堰口并通向所述供水 箱⑴；所述矩形波变流量系统包括基流出水管（6)、矩形波出水管（7)、多孔圆盘（16)、电 感式接近开关（23)、电动机（24)以及调量池（26);所述恒位配水箱（5)下部分别接基流出 水管（6)和矩形波出水管（7)，所述基流出水管（6)上沿水流方向依次设有第一调节阀（9) 和第二转子流量计（15)，所述矩形波出水管（7)沿水流方向依次设有第二调节阀（10)、第 一转子流量计（14)以及电磁阀（13)，所述基流出水管（6)以及所述矩形波出水管（7)皆接 至所述调量池（26);所述多孔圆盘（16)与所述电动机（24)的输出轴相连，所述多孔圆盘 (16)上均匀设置不同半径的定位圆孔，所述多孔圆盘（16)面板沿圆周方向等角度间隔设 有组合式铁片（22);所述电磁阀（13)供电线路上设有电感式接近开关（23)，所述电感式接 近开关（23)感应触头接近所述组合式铁片（22);所述类正弦波变流量系统包括类正弦波 出水软管（8)、挂绳（18)、旋杆（17)、集水槽（20)、集水槽出水管（21);所述恒位配水箱（5) 下部设有所述类正弦波出水软管（8)，所述类正弦波出水软管（8)上设有第三调节阀（11)， 所述类正弦波出水软管（8)的出水口端通过所述挂绳（18)系在所述旋杆（17)上，所述旋 杆（17)能够插入所述多孔圆盘（16)上均匀设置的不同半径的定位圆孔中，所述挂绳（18) 的下方系有配重（19)，所述类正弦波出水软管（8)的出水口下方设有所述集水槽（20)，所 述集水槽（20)经所述集水槽出水管（21)与所述调量池（26)相连。
2. 根据权利要求1所述水流量波动发生器，其特征在于所述多孔圆盘（16)的前后面板 中心部位均装有方形加固钢板（27)，所述方形加固钢板（27)中心设有与所述电动机（24) 转轴同等直径的圆孔及键槽；所述多孔圆盘（16)上均匀设置的不同半径的定位圆孔分布 在所述多孔圆盘（16)的不同直径圆周上。
3. 权利要求1所述水流量波动发生器的使用方法，其特征在于该使用方法具体步骤如 下： (1) 开启所述水泵（2)，将所述供水箱（1)的水送入所述恒位配水箱（5)，多余的水经所 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，保持所述第三调节 阀（11)关闭，根据所述第二转子流量计（15)的读数控制所述第一调节阀（9)的开度，确定 基流量Q 1，使所述基流出水管（6)以基流量Q1向所述调量池（26)供水； (2) 保持所述电磁阀（13)呈开启状态，根据所述第一转子流量计（14)的读数控制所述 第二调节阀（10)的开度，确定波动流量Q 2 ; (3) 在所述多孔圆盘（16)上的定位圆孔上等距安装所述组合式铁片（22)，开启所述 电动机（24)，驱动所述组合式铁片（22)周期性经过所述电感式接近开关（23)，所述电磁阀 (13)控制矩形波出水管周期性开启闭合，达到所述基流出水管（6)以及所述矩形波出水管 (7)以流量为矩形波动向所述调量池（26)供水； (4) 通过改变所述组合式铁片（22)的数量或调节变频器（25)改变所述电动机（24)的 转速，能够改变波动周期；通过所述第一转子流量计（14)以及第二转子流量计（15)的读 数，控制所述第一调节阀（9)以及第二调节阀（10)的开度，能够改变波动幅值和波动平均 值，从而产生水流量矩形波动的变化水流。
4.权利要求1所述水流量波动发生器的使用方法，其特征在于该使用方法具体步骤如 下： (1) 开启所述水泵（2)，将所述供水箱（1)的水送入所述恒位配水箱（5)，多余的水经所 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，保持所述第二调节 阀（10)关闭，根据波动幅值选择定位圆孔，所述类正弦波出水软管⑶经挂绳（18)连接悬 杆（17)，所述悬杆（17)插入特定的定位圆孔中； (2) 根据所述第二转子流量计（15)的读数控制所述第一调节阀（9)的开度，确定基流 量Q1，使所述基流出水管（6)以基流量Q 1向所述调量池（26)供水； (3) 开启所述电动机（24)，所述电动机（24)转动带动所述多孔圆盘（16)上的旋杆 (17)旋转，牵引所述类正弦波出水软管⑶口转动，与所述恒位配水箱（5)液面差按正弦波 变化，产生类正弦波动水流，出水流向所述集水槽（20)经所述集水槽出水管（21)流向所述 调量池（26);使所述基流出水管（6)以及所述类正弦波出水软管（8)以流量为矩形波动向 所述调量池（26)供水； (4) 通过调节所述变频器（25)改变所述电动机（24)的转速，能够改变波动周期；通过 所述第一转子流量计（14)的读数，控制所述第二调节阀（10)的开度，能够改变波动平均 值；通过改变所述悬杆（17)距所述多孔圆盘（16)不同距离的定位圆孔的位置，能够改变波 动幅值；从而产生水流量类正弦波动的变化水流。
【文档编号】C02F1/00GK104310512SQ201410641942
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】张新喜, 王保, 胡小兵, 汪明明, 黄俊生 申请人:安徽工业大学