CN108607243B - 寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置及减压破冰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置及减压破冰方法，它包括放置在沉淀池池壁附近的数个防护筒，防护筒由弹性材料制备而成，每个防护筒均与空气压缩机相连接，空气压缩机与PLC控制柜相连接；防护筒上设置有与PLC控制柜相连接的压力传感器，防护筒的顶部设置有相互连通的电磁阀和泄压管，电磁阀与PLC控制柜相连接。本发明所述的装置安装后通过PLC控制柜，可自动调节各防护筒内的压力，以适应冰盖径向压力的变化，通过防护筒的泄压变形到加压恢复原状的变化，消除了冰盖对沉淀池池壁的径向静冰压力，有效缓解了冰盖静冰压力对室外水处理沉淀池的结构和附属设备的破坏，有效地降低设备维修费用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理设施设备技术领域，具体的说是一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置及减压破冰方法。
背景技术
在中国西北寒旱地区的供水工程，设计时选择大型室外辐流式沉淀池进行水处理。该辐流池采用的是中心进水，周边出水的形式，在中央进水口周围设置有导流板，使进水在距池中心1.5米左右处进入沉淀池，在浑液面下部流向辐流池四周，边流动、边沉淀。尤其进池的高浊度水与池内上层澄清液具有一定的密度差，故密度大的原水以异重流的形式潜入澄清液；出水口的形式采用浅层取水法，通常由于工作水位在取水口以上50cm左右波动，会导致在导流板至池周边集水槽之间形成缓流区，此处水流动性较差，仅随水位变化出现小幅波动，因此在冬季单池处理水量下降的时候，水面波动更小。
当冬季水温和气温较低时，非常容易在水面形成厚度大约30~40cm的冰盖。在冰盖形成前，辐流池桁车进行最后一次排泥工作，而冰盖形成后则无法进行排泥。此外，冰盖形成后将辐流式沉淀池的排泥桁架以及环形集水槽连为一体，在冰盖下方水面波动的时候，尤其当工作水位下降时，整体重量约2500吨的冰盖全部由排泥桁架以及环形集水槽承担，造成冰与桁架各构件直接接触部位受挤压力过大，顶弯桁架构件，会造成桁架斜拉角钢拉伸强度疲劳，产生扭曲，甚至拉断的现象。而且由于冰盖形成后，随着冰盖厚度的增加，其体积不断膨胀对环形集水槽产生很大的径向挤压力。当水结冰后体积膨胀大约9%左右，对围限它的空间将产生较大的压力，也会对辐流池内接触面产生较大的径向挤压力，造成集水槽挤塌，导致环形槽作用消失，使辐流式沉淀池被迫停止运行。
当消除冰盖的静冰压力时，无论采用人工破冰还是机械破冰，均会产生较大的径向作用力，且冰盖的破坏力在时时变化，气温的日变化也决定了冰盖温度也呈周期性改变，当温度升高时，冰盖径向作用力增加，反之则减少。此外，冰盖当温度在零摄氏度以上时，接触面的冰盖还会出现融化的现象。并且冰盖温度变化的强弱和变化程度，与太阳辐射、冰层表面有无雪覆盖和冰层厚度均有一定的相关性。
发明内容
本发明的目的是提供一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置及减压破冰方法，以实现抵消沉淀池冰盖由气温和水温变化产生体积改变，进而对沉淀池池壁产生较大破坏作用的径向静冰压力。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置，它包括环绕放置在沉淀池池壁附近的数个防护筒，防护筒由弹性材料制备而成，每个防护筒均与设置在沉淀池池边的空气压缩机相连接，空气压缩机与PLC控制柜相连接；防护筒上设置有与PLC控制柜相连接的压力传感器，防护筒的顶部设置有相互连通的电磁阀和泄压管，电磁阀与PLC控制柜相连接。
优选的，所述空气压缩机与防护筒的连接管线上设置有空气热干装置。
优选的，所述防护筒为圆柱体，悬浮在沉淀池水面上，防护筒的底部设置有配重块，防护筒浮出水面部分高度为15-25cm，沉入水面部分高度为65-80cm。
优选的，所述防护筒由高密度聚乙烯材料制备而成。
优选的，所述防护筒的数量根据沉淀池池面大小配置，将防护筒按照30-40个分为一组，分组后与选配适宜功率的空气压缩机串联连接。
一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压破冰方法，本方法利用上述的寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置进行自动减压破冰，该装置的压力调整过程为：
（a）、在沉淀池水面结冰形成冰盖前将防护筒放入沉淀池中，沿沉淀池池壁排放整齐，防护筒与空气压缩机、空气热干装置连接牢靠，防护筒内的压力处于工作压力值范围内；
（b）、防护筒泄压保护沉淀池池壁：当沉淀池水面结冰形成冰盖后，冰盖施加径向作用力于防护筒和沉淀池池壁上，防护筒在冰盖的挤压下发生变形，压力传感器将所检测到的防护筒所承受的压力传输给PLC控制柜，当防护筒所承受的压力超过设定压力值后，PLC控制柜发出指令控制电磁阀打开，通过泄压管排放防护筒中的空气进行泄压，待防护筒中的压力值降到工作压力值后，PLC控制柜发出指令控制电磁阀关闭，防护筒分担了冰盖的施加给沉淀池池壁的径向压力；
（c）、防护筒加压破冰保护沉淀池池壁：冰盖施加给防护筒和沉淀池池壁的径向作用力随着太阳辐射、环境温度、冰层厚度相关因素发生变化，为防止冰盖和防护筒侧壁间隙中的涌水重新结冰，增大径向作用力，当压力传感器所检测到的防护筒内的压力小于工作压力值时，PLC控制柜控制空气压缩机和空气热干装置启动，提供热空气充入防护筒中，防护筒内的压力恢复到正常工作压力值，PLC控制柜控制空气压缩机和空气热干装置关闭，防护筒的形状恢复原状，防护筒周边的薄冰发生碎裂，降低了冰盖对防护筒和沉淀池池壁的径向作用力。
根据环境的不同，本发明在使用时，需对冰盖的静冰压力值进行计算，依据静冰压力值来确定防护筒的工作压力值、压力上限值、压力下限值以及壁厚、材质。
压力值计算公式为：
式中：P —冰层平均膨胀压力(kg/cm2)；
t—早8时气温(℃)；
△t—早8时至14时气温增值（连日升温时取第一天早8时至第二天14时的气温增值)(℃)；
T—升温持续时间(t)；
KS—积雪影响系数，一般无雪情况Ks=1；
K—综合影响系数，一般取4~5 (小型水库可取3.5~4)；
Ch—与冰厚有关的系数；
本发明的有益效果为：
（1）本发明所述的装置安装后通过PLC控制柜，可自动调节各防护筒内的压力，以适应冰盖径向压力的变化，通过防护筒的变形到恢复原状的变化，消除了冰盖对沉淀池池壁的径向静冰压力，有效缓解冰盖静冰压力对室外水处理沉淀池的结构和附属设备的破坏，有效地降低设备维修费用；
（2）本发明所述装置实现了自动运行，能耗低，安装后无需人工/机械进行频繁破冰，降低了劳动强度，节省了资源；
（3）本发明安装、拆卸方便，运行方式灵活，一次投资可重复使用，可根据具体的安装环境选择适宜的安装方案。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是防护筒体积变化和冰盖温度变化与时间的变化关系图；
图中：1、防护筒，2、压力传感器，3、电磁阀，4、泄压管，5、空气热干装置，6、空气压缩机，7、PLC控制柜，8、配重块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置，它包括环绕放置在沉淀池池壁附近的数个防护筒1，防护筒1由高密度聚乙烯制备而成，具有弹性变形特性。每个防护筒1均与设置在沉淀池池边的空气压缩机6相连接，防护筒1为圆柱体，悬浮在沉淀池水面上，防护筒1的底部设置有配重块8，防护筒1浮出水面部分高度为15-25cm，沉入水面部分高度为65-80cm。空气压缩机6与PLC控制柜7相连接，空气压缩机6与防护筒1的连接管线上设置有空气热干装置5。防护筒1上设置有与PLC控制柜7相连接的压力传感器2，防护筒1的顶部设置有相互连通的电磁阀3和泄压管4，电磁阀3与PLC控制柜7相连接。
防护筒1的数量根据沉淀池池面大小配置，将防护筒1按照30-40个分为一组，分组后与选配适宜功率的空气压缩机6串联连接。
一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压破冰方法，本方法利用上述寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置进行自动减压破冰，该装置的压力调整过程为：
（a）、在沉淀池水面结冰形成冰盖前将防护筒1放入沉淀池中，沿沉淀池池壁排放整齐，防护筒1与空气压缩机6、空气热干装置5连接牢靠，防护筒1内的压力处于工作压力值范围内；
（b）、防护筒泄压保护沉淀池池壁：当沉淀池水面结冰形成冰盖后，冰盖施加径向作用力于防护筒1和沉淀池池壁上，防护筒1在冰盖的挤压下发生变形，压力传感器2将所检测到的防护筒1所承受的压力传输给PLC控制柜7，当防护筒1所承受的压力超过设定压力值后，PLC控制柜7发出指令控制电磁阀3打开，通过泄压管4排放防护筒1中的空气进行泄压，待防护筒1中的压力值降到工作压力值后，PLC控制柜7发出指令控制电磁阀3关闭，防护筒1分担了冰盖的施加给沉淀池池壁的径向压力；
（c）、防护筒加压破冰保护沉淀池池壁：冰盖施加给防护筒1和沉淀池池壁的径向作用力随着太阳辐射、环境温度、冰层厚度相关因素发生变化，为防止冰盖和防护筒1侧壁间隙中的涌水重新结冰，增大径向作用力，当压力传感器2所检测到的防护筒1内的压力小于工作压力值时，PLC控制柜7控制空气压缩机6和空气热干装置5启动，提供热空气充入防护筒1中，防护筒1内的压力恢复到正常工作压力值，PLC控制柜7控制空气压缩机6和空气热干装置5关闭，防护筒1的形状恢复原状，防护筒1周边的薄冰发生碎裂，降低了冰盖对防护筒1和沉淀池池壁的径向作用力。
本发明使用时，需对冰盖的静冰压力值进行计算，依据静冰压力值来确定防护筒的工作压力值、压力上限值、压力下限值以及壁厚、材质。
压力值计算公式为：
式中：P —冰层平均膨胀压力(kg/cm2)；
t—早8时气温(℃)；
△t—早8时至14时气温增值（连日升温时取第一天早8时至第二天14时的气温增值)(℃)；
T—升温持续时间(t)；
KS—积雪影响系数，一般无雪情况Ks=1；
K—综合影响系数，一般取4~5 (小型水库可取3.5~4)；
Ch—与冰厚有关的系数；
在兰州地区，防护筒的工作压力经计算设定为0.13-0.17MPa，压力上限值P上限为0.2MPa，压力下限值P下限为0.1MPa。
本发明所述的装置安装后通过PLC控制柜，可自动调节各防护筒内的压力，以适应冰盖径向压力的变化，通过防护筒的变形到恢复原状的变化，消除了冰盖对沉淀池池壁的径向静冰压力，有效缓解冰盖静冰压力对室外水处理沉淀池的结构和附属设备的破坏，有效地降低设备维修费用。
Claims (4)
1.一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置，其特征在于：包括环绕放置在沉淀池池壁附近的数个防护筒（1），防护筒（1）由弹性材料制备而成，每个防护筒（1）均与设置在沉淀池池边的空气压缩机（6）相连接，空气压缩机（6）与PLC控制柜（7）相连接；防护筒（1）上设置有与PLC控制柜（7）相连接的压力传感器（2），防护筒（1）的顶部设置有相互连通的电磁阀（3）和泄压管（4），电磁阀（3）与PLC控制柜（7）相连接；
所述防护筒（1）的数量根据沉淀池池面大小配置，将防护筒（1）按照30-40个分为一组，分组后与选配适宜功率的空气压缩机（6）串联连接；所述空气压缩机（6）与防护筒（1）的连接管线上设置有空气热干装置（5）；
寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置的压力调整过程为：（a）、在沉淀池水面结冰形成冰盖前将防护筒（1）放入沉淀池中，沿沉淀池池壁排放整齐，防护筒（1）与空气压缩机（6）、空气热干装置（5）连接牢靠，防护筒（1）内的压力处于工作压力值范围内；
（b）、防护筒泄压保护沉淀池池壁：当沉淀池水面结冰形成冰盖后，冰盖施加径向作用力于防护筒（1）和沉淀池池壁上，防护筒（1）在冰盖的挤压下发生变形，压力传感器（2）将所检测到的防护筒（1）所承受的压力传输给PLC控制柜（7），当防护筒（1）所承受的压力超过设定压力值后，PLC控制柜（7）发出指令控制电磁阀（3）打开，通过泄压管（4）排放防护筒（1）中的空气进行泄压，待防护筒（1）中的压力值降到工作压力值后，PLC控制柜（7）发出指令控制电磁阀（3）关闭，防护筒（1）分担了冰盖的施加给沉淀池池壁的径向压力；
（c）、防护筒加压破冰保护沉淀池池壁：冰盖施加给防护筒（1）和沉淀池池壁的径向作用力随着太阳辐射、环境温度、冰层厚度相关因素发生变化，为防止冰盖和防护筒（1）侧壁间隙中的涌水重新结冰，增大径向作用力，当压力传感器（2）所检测到的防护筒（1）内的压力小于工作压力值时，PLC控制柜（7）控制空气压缩机（6）和空气热干装置（5）启动，提供热空气充入防护筒（1）中，防护筒（1）内的压力恢复到正常工作压力值，PLC控制柜（7）控制空气压缩机（6）和空气热干装置（5）关闭，防护筒（1）的形状恢复原状，防护筒（1）周边的薄冰发生碎裂，降低了冰盖对防护筒（1）和沉淀池池壁的径向作用力。
2.根据权利要求1所述的寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置，其特征在于：所述防护筒（1）为圆柱体，悬浮在沉淀池水面上，防护筒（1）的底部设置有配重块（8），防护筒（1）浮出水面部分高度为15-25cm，沉入水面部分高度为65-80cm。
3.根据权利要求1或2所述的寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置，其特征在于：所述防护筒（1）由高密度聚乙烯材料制备而成。
4.一种寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压破冰方法，本方法利用上述权利要求1至3任一项所述的寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置进行自动减压破冰，其特征在于：寒区室外大型水处理沉淀池冰盖减压装置的压力调整过程为：
（a）、在沉淀池水面结冰形成冰盖前将防护筒（1）放入沉淀池中，沿沉淀池池壁排放整齐，防护筒（1）与空气压缩机（6）、空气热干装置（5）连接牢靠，防护筒（1）内的压力处于工作压力值范围内；
（b）、防护筒泄压保护沉淀池池壁：当沉淀池水面结冰形成冰盖后，冰盖施加径向作用力于防护筒（1）和沉淀池池壁上，防护筒（1）在冰盖的挤压下发生变形，压力传感器（2）将所检测到的防护筒（1）所承受的压力传输给PLC控制柜（7），当防护筒（1）所承受的压力超过设定压力值后，PLC控制柜（7）发出指令控制电磁阀（3）打开，通过泄压管（4）排放防护筒（1）中的空气进行泄压，待防护筒（1）中的压力值降到工作压力值后，PLC控制柜（7）发出指令控制电磁阀（3）关闭，防护筒（1）分担了冰盖的施加给沉淀池池壁的径向压力；
（c）、防护筒加压破冰保护沉淀池池壁：冰盖施加给防护筒（1）和沉淀池池壁的径向作用力随着太阳辐射、环境温度、冰层厚度相关因素发生变化，为防止冰盖和防护筒（1）侧壁间隙中的涌水重新结冰，增大径向作用力，当压力传感器（2）所检测到的防护筒（1）内的压力小于工作压力值时，PLC控制柜（7）控制空气压缩机（6）和空气热干装置（5）启动，提供热空气充入防护筒（1）中，防护筒（1）内的压力恢复到正常工作压力值，PLC控制柜（7）控制空气压缩机（6）和空气热干装置（5）关闭，防护筒（1）的形状恢复原状，防护筒（1）周边的薄冰发生碎裂，降低了冰盖对防护筒（1）和沉淀池池壁的径向作用力。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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