气浮装置的排水量与水位调节方法

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。

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。