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气浮装置的排水量与水位调节方法

时间:2017-12-10     

气浮技术由于其效率高、装置体积小、容易操作、管理简单而被广泛应用。但是气浮技术也还有不完善待改进的地方,如释放器堵塞问题。尽管现有的释放器设计了许多防堵措施,但仍不理想,还不时会出现堵塞。又如刮渣机的设计还不能很好地解决浮渣上升堆积的问题。本文主要就气浮池水位与排水量之间的调节进行一些探讨。

1 水位与排水量调节方法

  笔者在设计气浮装置时,也遇到了气浮池水位与出水量调整的问题,经过反复比较,最后确定如图1所示的调节机构。该机构的原理是:由浮筒铰点2处调节浮筒连杆的高度来确定调节阀杆4和调节阀5的高度,调节阀直接作用到橡胶管8上,改变橡胶管的过水面积,控制气浮池的排水量。当池内水位升高时,浮筒上升,杠杆上移,带动连杆4和调节阀5上移,放大橡胶管通水面积,增加排水量;排水量增大后,气浮池水位必然要下降。反之,若气浮池水位下降,浮筒就下降,带动连杆4和调节阀5下移,调节阀5下移必然缩小橡胶管过水断面,减少排水量,排水量减水后,气浮池水位随之而上升。这样自动调节平衡,只要根据撤除浮渣的要求,确定了水位高度,则水位与排水量之间自动平衡,省人省力。这种装置结构简单,巧妙实用,是小型气浮装置中适宜的机构。

2 水力学计算
  孔口出流计算公式:
    Q=μω(2gH)1/2 (1)
  式中:Q-孔口出水量,m3/s;
     μ-流速系数;
     ω-孔口面积,m3,ω=πd2/4 (d为排水管径);
     H-水位,m。
  根据(1)孔口出流计算方法[1],将上述调节机构简化为如图2所示:
  若水位往上调高为△H,要保证排水量Q不变,必然要缩小排水管面积,设缩小面积为△ω,孔口变形后,μ值不变,则有如下公式成立。
    ω(2gH)1/2=(ω-Δω)[2g(H+ΔH)]1/2 (2)
  变换等式:
   [ω/(ω-Δω]2=(H+ΔH)/H
  设变换后的孔口面积为ω1则为:
    [(ω1+Δω)/ω1]2=(H+ΔH)/H      (3)
    1+2(Δω/ω1)+(Δω/ω1)2=1+ΔH/H   (4)
  合并同类项:(Δω/ω1]2值太小,忽略不计,则有
    2(Δω/ω1)=ΔH/H      (5)
  上式可以写成:
    ΔH/H=2(ω/ω1-1)      (6)
  从(6)式中可以看出,H、ω为定值,ΔH的变化只与ω1有关,此公式推导可为调节方法的可行性从理论上作进一步证明。

3 计算举例
  某一气浮装置参数如下:处理水量Q=20m3/h,水位高H=1.6m,排水管d=40mm,欲提高水位0.04m,求排水管面积改变多少?
  将参数代入公式(6)中,有
    0.04/1.6=2(ω/ω1-1)
  得:
    ω/ω1=1.0125
  则:
    ω1/ω=1/1.0125≈98.8%
  结果是排水管面积变化为原来的98.8%,这么小的改变量用橡胶管来做变形部分的排水管,是完全能够满足水位调节要求的。

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