郭力寧

摘 要：對(duì)日常生活中的水箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考察、分析，找出了水箱溢水的原因，運(yùn)用水壓變化影響止回閥門開、關(guān)狀態(tài)原理，進(jìn)行了水箱進(jìn)、出水管路結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，制作了水箱進(jìn)、出水自動(dòng)控制裝置，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水箱全天全時(shí)段自動(dòng)進(jìn)水、貯水和出水，不需要人工干預(yù)，完全消除了溢水現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、安全、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：節(jié)水；安全；環(huán)保；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TU991.64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0030-02

水在我們的日常生活中不可或缺，許多家庭在樓頂或平房頂上、家中的衛(wèi)生間、廚房的墻上安裝了水箱，但由于種種原因，常常使水箱在供水時(shí)溢水，浪費(fèi)了寶貴的水資源，溢出的水流到地面上也影響行人，特別是冬天在地面結(jié)冰后極易滑倒行人，威脅人身安全。通過(guò)對(duì)水箱及管路進(jìn)行考察研究、制作試驗(yàn)，研制成功了水箱自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水箱進(jìn)水、貯水、出水全過(guò)程的自動(dòng)控制，既能使水箱隨時(shí)進(jìn)水、時(shí)時(shí)有水、隨時(shí)能用，方便人們的日常生活，提高生活品質(zhì)，又杜絕了溢水浪費(fèi)水資源，消除冬季結(jié)冰滑倒行人的安全隱患。

1 水箱溢水原因分析

通過(guò)考察，我發(fā)現(xiàn)這些水箱的管路或是由三路水管（進(jìn)水管、出水管、溢水管）組成如圖1，或是由兩路水管（進(jìn)水管、出水管）組成如圖2，而人們正是通過(guò)溢水來(lái)判斷水箱是否已上滿水。當(dāng)忘記關(guān)閥門時(shí)，就會(huì)使水大量外溢，造成水資源的浪費(fèi)。

2 水箱的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

水箱的工作過(guò)程分三步：進(jìn)水、貯水、出水，在這個(gè)過(guò)程中，水管作為水流的通道，是水箱發(fā)揮作用的關(guān)鍵。因此從對(duì)水箱的管路著眼設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱作用過(guò)程的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3。

具體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如下：

（1）水箱外的水管設(shè)計(jì)為一路。這一路水管在水箱進(jìn)水時(shí)做為進(jìn)水管、出水時(shí)做為水管。（2）靠近水箱底底部水管的側(cè)面安裝止回閥1（箭頭指向?yàn)樵试S水流方向，下同）。止回閥1在水箱進(jìn)水時(shí)關(guān)閉，出水時(shí)開通。（3）浮子進(jìn)水口與止回閥1之間的管路上安裝止回閥3。止回閥3在水箱進(jìn)水時(shí)開通，出水時(shí)關(guān)閉。（4）在進(jìn)水側(cè)水管上安裝止回閥2。止回閥2在進(jìn)水側(cè)進(jìn)水時(shí)開通，水箱出水時(shí)關(guān)閉，控制出水的水路流向。

3 自動(dòng)控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

供水過(guò)程：進(jìn)水管供水開始后，水箱從浮子的進(jìn)水口進(jìn)水，開始貯水，水面接觸到浮子的浮球時(shí)，隨著水位的上升，浮子的浮球受到的水的浮力逐漸加大，通過(guò)杠桿作用，浮子的堵頭向下運(yùn)動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口，對(duì)水箱的供水過(guò)程結(jié)束，如圖4、圖5。

（圖例說(shuō)明：止回閥（箭頭指向?yàn)樵试S水流方向）： 水體： 進(jìn)水流方向： 出水流方向：）

停水過(guò)程：供水停止時(shí)，供水壓力逐漸減小，對(duì)浮子堵頭的壓力也逐漸減小到零，浮子下方止回閥1受到水管供水的壓力也降為零，止回閥3受到進(jìn)水管中水柱的壓力和自身重力而關(guān)閉，如圖6。

出水過(guò)程：打開用水端閥門如水龍頭后，止回閥1因?yàn)樗渲兴畨旱淖饔米詣?dòng)打開，水箱中的水經(jīng)止回閥1、水管、用水端閥門流出，如圖7、圖8。隨著水位下降，浮球受到的浮力消失，使堵頭離開進(jìn)水口，當(dāng)水位降到浮子進(jìn)水口以下時(shí)，因止回閥3仍然受到其上方水管中水柱的壓力和自身重力而關(guān)閉，杜絕了空氣進(jìn)入水管中。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)分析

（1）主管路只需一根，將管路合三（進(jìn)水管、出水管、溢水管）為一或合二（進(jìn)水管、出水管）為一，節(jié)省材料消耗，節(jié)省安裝空間。（2）利用供水壓力和水箱水體壓力的變化自動(dòng)實(shí)現(xiàn)止回閥1的關(guān)閉與開通，在水箱進(jìn)水時(shí)由“止回”變?yōu)椤爸惯M(jìn)”，而在水箱出水時(shí)則由“止進(jìn)”變?yōu)樗涞某鏊?。這是由一根管路取代兩根或三根管路的關(guān)鍵。（3）止回閥3進(jìn)水時(shí)開通，出水時(shí)關(guān)閉，并且在水箱進(jìn)水結(jié)束后自動(dòng)封閉管路；在水箱出水當(dāng)水位下降到浮子進(jìn)水口以下時(shí)，止回閥3與水管中的水柱一起，杜絕空氣進(jìn)入水管。（4）進(jìn)水側(cè)水管上的止回閥2，既自動(dòng)起到停止供水時(shí)對(duì)水箱的貯水作用，又在水箱出水時(shí)起到控制水路的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用效果表明，該自動(dòng)控制裝置完全能實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱水位、貯水和出水的自動(dòng)控制，使水箱保持隨時(shí)進(jìn)水、時(shí)時(shí)有水、隨時(shí)能用，徹底消除了溢水造成的水源浪費(fèi)，也就避免了溢水冬季在地面結(jié)冰滑倒行人，同時(shí)節(jié)省了管路等資源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水環(huán)保安全的目標(biāo)，能極大地方便人們的日常生活。endprint