劉磊

摘要：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平得到了顯著的提高。隨之而來的是越來越嚴峻的環(huán)境問題。水是生命之源，與我們的生活息息相關(guān)，越來越多的人開始關(guān)注飲用水的安全問題。

關(guān)鍵詞：凈水器；增壓泵；控制方式；水路

通過設(shè)計新型增壓泵以及水路原理圖實現(xiàn)流量可調(diào)的功能。同時在水路中布置一個流量傳感器，對增壓泵的性能衰減補償，防止消費者在使用過程中，凈水器制水流量偏低。從而使整個凈水器在制水過程中性能穩(wěn)定，噪音低，壽命長。

一、概述

我國隨著人們對飲用安全的日益關(guān)注，家用凈水器作為一種新興的電器產(chǎn)品正逐步進入廣大消費者的家中。作為凈水器的核心零部件，增壓泵具有自吸和增壓功能，為凈水器通過反滲透膜凈化水這一過程提供恰當(dāng)?shù)乃畨汉退髁?，最終使凈水器實現(xiàn)過濾出純凈水的目的。反滲透膜孔徑為1×10-10m，而水分子的直徑是4×10-10m，所以一般來說反滲透凈水器都需要有一個增壓泵，來把水分子擠到膜的另一面。目前，市面上現(xiàn)在凈水器里增壓泵，一般都是用的直流有刷電機增壓泵，其主要結(jié)構(gòu)由有刷電機與泵體兩部分組成，其電機里碳刷與換向器接觸易產(chǎn)生火花，同時碳刷容易磨損，噪音大，影響整機的噪音，導(dǎo)致EMC問題，并隨著使用頻率增加，碳粉沉積，對凈水器處于易爆氣體的空間，則不適用；直流有刷電機增壓泵，輸出功率與外形尺寸之比沒有無刷電機高，同時體積大，限制了凈水器往小型化發(fā)展，對其用在母嬰房，以及易爆粉塵環(huán)境里的凈水器，有刷電機增壓泵就體現(xiàn)出不足。同時，直流電機增壓泵隨著使用時間的增加，流量會有衰減，不能根據(jù)凈水器出水自動調(diào)控轉(zhuǎn)速。所以解決增壓泵噪音，體積以及性能衰減問題將會大大滿足用戶對凈水器的需求。

二、帶一體化鐵殼的無刷電機增壓泵設(shè)計

1.電機其泵體結(jié)構(gòu)設(shè)計。此技術(shù)有別于市場上的直流有刷電機增壓泵，通過把電機鐵殼做成一體式，可以去掉普通直流電機的后蓋，減少工藝工序，降低成本，同時，又能保證軸承與鐵殼的同心度，降低機械噪音；其次，由于無刷電機輸出功率與外形尺寸之比高，效率高，同時振動又比普通的直流有刷電機小，所以支座采用單孔固定在整機上，并焊接其支座在電機的中間面位置，大大方便增壓泵在整機里的安裝，適合整機不同的設(shè)計要求，利于超薄小型化凈水器的發(fā)展。經(jīng)過試驗，例如水泵的尺寸OD36mm*L 110mm*H 57mm，當(dāng)輸入電壓為12-24V時，工況即額定工作點（0.2Mpa進水壓，0.5Mpa出水壓）時，轉(zhuǎn)速范圍1200-1400rpm，電流≤1.5A，最大輸入功率范圍18-36W，流量≥550ml/min&噪音≤40dB（A）；6根原子線：紅線接“+”，綠線是速度信號控制輸出，黃線是CW/CCW轉(zhuǎn)向控制，黑線接“-”，藍線是PWM速度控制，白線是制動。同時，泵體的偏心輪，采用3.5度的設(shè)計，底面到中心高度18MM，增加膜片的擺動幅度，即增加自吸能力和流量。

2.增壓泵工作原理。RO凈水器在制水時，增壓泵開始工作，其通過電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，帶動泵體中偏心輪的擺動，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為偏心輪的往復(fù)運動，同時偏心輪又與隔膜片相連，也帶動膜片往復(fù)運動，致使隔膜腔體容積在不斷變化，從而實現(xiàn)增壓排水的效果。

三、凈水器制水控制系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)打開機器時，自來水進入凈水器，經(jīng)過前置PP棉過濾，進水電磁閥，然后自來水經(jīng)過增壓泵加壓進入活性碳濾芯，及RO膜濾芯，純水通過逆止閥，進入除異味，改善口感的后置活性碳濾芯，最后從水龍頭流出消費者感知的純凈水。其中在水龍頭中安置一個流量傳感器，當(dāng)凈水器的制水通量變少時，可以感應(yīng)純水的流量，以致反饋給控制器，由控制器再把信號反饋給直流無刷增壓泵，從而調(diào)控電機轉(zhuǎn)速，使出水流量到達平衡并提高制水流量，補償機器在長時間運轉(zhuǎn)中的損耗。同時，從RO膜濾芯出來的廢水，通過沖洗閥的控制，調(diào)控RO膜前壓力，保證適當(dāng)?shù)臐B透壓力，使制水系統(tǒng)維持平衡。

四、凈水器的設(shè)計原理

1. 渦流反應(yīng)原理。加藥后水流先沿切線進入本設(shè)備底部的渦流反應(yīng)器內(nèi)，在渦流反應(yīng)器中呈螺旋線上升。在渦流反應(yīng)器中，粗細顆粒相互接觸碰撞，不斷旋轉(zhuǎn)翻滾上升，由快到慢，類似反應(yīng)池中的先快后慢的規(guī)律，有利于絮體的成長壯大。從渦流反應(yīng)器出來，水流面積迅速擴大，流速大幅度降低，個別大的顆粒開始下沉，由于水流的慣性作用，不可能在渦流反應(yīng)器內(nèi)沉淀，即使在渦流反應(yīng)器內(nèi)沉淀，也會和下面上來的細顆粒再次接觸吸附絮集在一起，形成更大的絮體而上升，只要進水不斷，則這個過程就不斷被重復(fù)。

2.豎板沉降原理。這個原理的設(shè)計來源于國外氧化鋁行業(yè)高效沉降槽的啟發(fā)。國外那些高效沉降槽都是瘦而高的形狀，高度與直徑比很大，沉淀效果確實好。在高效凈水器中安裝了細而密的豎向隔板，豎向隔板把圓柱體部分隔分成許多細而長的豎向通道，水流通過豎向隔板上升時，相當(dāng)于通過許多“高度與直徑比很大”的“微型高效沉降槽”，同時，在隔板內(nèi)，限制了水流的運動軌跡，穩(wěn)定了水流，Re 處于層流狀態(tài)，稍大一點的顆粒在重力作用下開始逆水流方向而下降，稍小稍輕的顆粒繼續(xù)隨水流上升，還有一部分不上不下懸浮在水中。在此過程中，有的顆粒相互碰撞接觸吸附形成大一點的顆粒。另外根據(jù)混凝動力學(xué)的解釋：凝聚后絮體的成長速度與水中的顆粒濃度的平方成正比，安裝豎向隔板相當(dāng)于間接地在水中增加了顆粒的濃度，增加了接觸碰撞吸附的機率。生產(chǎn)實踐證明，在豎板區(qū)域內(nèi)，沉淀效率很高。

3.高濃度污泥懸浮層。這個高濃度污泥懸浮層的設(shè)計來源于機械加速澄清池，不過，在機械加速澄清池內(nèi)的高濃度污泥懸浮層是靠污泥回流來實現(xiàn)的，本裝置的高濃度污泥懸浮層是靠纖維過濾層控制豎板沉降區(qū)的污泥濃度而形成的。試驗中發(fā)現(xiàn)，纖維層的下面沉積了厚約10 mm 污泥，說明在過濾過程中，有大量的污泥被截留到纖維過濾層以下，正是這種攔截、阻擋，使相當(dāng)細的污泥顆粒、絮體滯留在豎板區(qū)內(nèi)，不斷積累變濃，就在豎板區(qū)內(nèi)形成了高濃度污泥層。并非真正的污泥層的高度，在運轉(zhuǎn)過程中，也許污泥層上限在豎板內(nèi)，也許不在。污泥層的高度、濃度取決于具體的水處理對象的性質(zhì)，取決于運行過程中的控制參數(shù)，如上升流速、過濾周期等。一般來講，隨著運行時間的延長，過濾周期加長，懸浮層高度上升，濃度增大；反之，則懸浮層低、稀、薄。懸浮層的出現(xiàn)對固液分離是很理想的手段。懸浮層像一層厚厚的海綿一樣，廣泛的、全面的吸附、攔截陸續(xù)上來的水中細小絮體顆粒，顆粒變大后，自動在重力作用下下降，下降至污泥壓縮層。整個污泥層濃度自動平衡，高度自動移動。不存在反洗，不存在堵塞，效率很高，效果很好。在這種高效凈水器中形成污泥懸浮層是相對容易的，因為所有的細小顆粒在進入纖維過濾層前被攔截，在纖維層的外表面會形成一層細密污泥層，這個污泥層隨著時間的延長會向下延伸，這時高濃度污泥懸浮層就算形成了。只有纖維層被污泥堵塞，水流在纖維層的過濾水頭不斷上升而超過設(shè)計水頭時，纖維層需要反洗，才會停止運行，開始反洗。反洗時也是在纖維層下面設(shè)排水口，盡量不影響高濃度污泥懸浮層。這個特點是其它水處理單元中所沒有的。

4.可調(diào)密度纖維過濾層。纖維過濾的優(yōu)勢是孔隙率大、納污能力強、過濾速度快，遇到的最大問題就是反洗不徹底、反洗時間長。本裝置設(shè)計纖維過濾層密度可調(diào)，纖維層夾在兩個網(wǎng)板之間，其中一個網(wǎng)板是固定的，另一個網(wǎng)板是活動的。過濾時，通過壓縮活動板壓緊纖維，使纖維密度增大過濾精度提高；反洗時，放松活動板，使纖維處于膨脹狀態(tài)，密度下降，孔隙率變大，容易反洗徹底。這個特點目前在市場上的纖維過濾器中還沒有見到過。

增壓泵以及水系統(tǒng)的測試，該新型的增壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計和水系統(tǒng)控制，可以有效的提升凈水器的出水流量，提高凈水器的可靠性，滿足用戶用水需求。

參考文獻：

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