公布日：2024.05.14
申请日：2024.04.12
分类号：C02F1/00(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;G06N3/0442(2023.01)I;G06N3/08(2023.01)I
摘要
本发明涉及污水处理技术领域，提供一种污水处理用供气曝气控制系统，包括：供气单元、调节单元、曝气单元，三个单元依次设置且曝气单元位于曝气池内；控制单元，分别与上述三个单元电性连接；其中，调节单元设有调节阀，调节阀包括流线型阀座、流线型阀芯、传动机构及执行机构，流线型阀座具有节流段，流线型阀芯具有线性调节体；执行机构通过传动机构驱使流线型阀芯沿流线型阀座的轴向移动，可改变线性调节体与节流段之间的流通面积以实现空气流量的调节。通过线性调节体，流线型阀芯可在0～100%的开度范围内对流量进行线性调节，阀门流量与阀芯开度变化为线性关系，避免了在大开度状况下可调节性差的问题，实现了曝气量精确化、稳定化调节。
权利要求书
1.一种污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于，包括：供气单元、调节单元、曝气单元，三个单元依次设置且所述曝气单元位于曝气池内；及控制单元，分别与上述三个单元电性连接，用于协调它们智能运行；其中，所述调节单元设有调节阀，所述调节阀包括流线型阀座、流线型阀芯、传动机构及执行机构，所述流线型阀座具有节流段，所述流线型阀芯具有线性调节体；所述执行机构通过所述传动机构驱使所述流线型阀芯沿所述流线型阀座的轴向移动，可改变所述线性调节体与所述节流段之间的流通面积以实现空气流量的调节。
2.根据权利要求1所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述流线型阀座沿介质进出方向依次分为入口直段、弧形收缩段、节流段及圆锥型出口段，所述弧形收缩段的内径逐渐减小，所述圆锥型出口段的内径逐渐增大、其最大内径与所述入口直段的内径相等，所述圆锥型出口段的长度大于所述入口直段的内径，各段流线形连接以构成文丘里管结构；所述流线型阀芯包括依次连接的推杆、滑架及线性调节体，所述推杆与所述传动机构相连接，所述线性调节体的截面外形线为一光滑曲线；所述光滑曲线一端点所对应的直径与所述节流段的内径相等、该点为阀门行程中0开度位置，所述光滑曲线另一端点为阀门行程中100%开度位置；所述光滑曲线上任意一点切向与所述线性调节体轴线的夹角随阀门开度的增大而增大，且所述光滑曲线的任意点上单位相对位移的变化与该点对应的流通面积的变化成正比。
3.根据权利要求2所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述入口直段内侧壁上连接有至少3块圆周均布的第一导流板；所述圆锥型出口段内侧壁上连接有至少3块圆周均布的第二导流板；所述第一导流板与第二导流板的横截面均呈纺锤形结构。
4.根据权利要求3所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述滑架包括套管及支板；所述套管滑动套装于所述传动机构的支管上，所述套管朝向所述调节阀出口的一端设有开口槽、用于与其对应的第二导流板穿过以与所述支管外侧壁垂直连接；所述支板垂直连接于所述套管朝向调节阀入口的一端，所述支板两端分别与所述推杆、线性调节体相连接。
5.根据权利要求4所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述传动机构包括与所述支管一体成型且内部连通的齿轮箱，所述齿轮箱外部连接有延伸至所述流线型阀座外的支座，所述齿轮箱内部转动连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有下端为第二锥齿轮的主传动轴，所述主传动轴密封转动贯穿所述支座后与所述执行机构相连接，所述执行机构通过支架支撑于所述流线型阀座外；所述推杆从所述支管中穿过、其朝向所述调节阀出口的一端为丝杆，所述丝杆伸入所述齿轮箱内与所述第一锥齿轮的内孔螺纹配合。
6.根据权利要求5所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述齿轮箱内与所述支管端部对应之处安装有多块圆周均布的第一永磁体，所述第一锥齿轮朝向所述调节阀入口的一端安装有多块圆周均布的第二永磁体，所述第二永磁体与第一永磁体磁极相同的一侧相对布置；所述第一锥齿轮、第二锥齿轮及主传动轴的材质均为无磁性的不锈钢。
7.根据权利要求2～6中任意一项所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述调节阀还包括位于所述流线型阀座外的检测机构及位移传感器；所述检测机构用于检测所述流线型阀座内线性调节体前后的压差；所述位移传感器用于测量所述线性调节体的轴线位移。
8.根据权利要求7所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于：所述检测机构包括第一取压管、第二取压管及微压差变送器，所述第一取压管一端与所述入口直段连通、另一端与所述微压差变送器连通，所述第二取压管一端与所述节流段连通、另一端与所述微压差变送器连通，所述微压差变送器与所述控制单元电性连接；所述位移传感器固定安装于所述节流段外侧壁上、其也与所述控制单元电性连接。
9.根据权利要求8所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于，所述控制单元包括以下控制方法：F1、将曝气池划分为2～3个目标控制区，每个目标控制区进行独立负荷评估和空气流量独立回路控制；F2、预测各目标控制区的溶解氧目标值。
10.根据权利要求9所述的污水处理用供气曝气控制系统，其特征在于，所述溶解氧目标值的预测包括以下步骤：S21、获取目标控制区监控数据，并对获取的监控数据进行预处理；S22、根据S21获取的监控数据，建立基于LSTM人工神经网络的池体低溶解氧预测模型；S23、采集目标控制区当前水质数据，同时随机初始化一组曝气操作参数数据；将上述水质数据和曝气操作参数数据同时输入S22建立的池体低溶解氧预测模型中，对未来目标控制区溶解氧值进行预测；S24、根据进水、出水水质和厂区工艺流程搭建活性污泥模型（ASM）并计算出曝气池设定的目标溶解氧阈值；S25、根据S24设定的目标溶解氧阈值，对S23预测的溶解氧值进行判断以输出曝气操作参数或通过遗传算法对曝气操作参数进行优化；S26、根据S25输出的曝气操作参数，对目标控制区的曝气器进行调控。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种污水处理用供气曝气控制系统，以解决现有控制系统难于精确化、稳定化调节曝气的问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种污水处理用供气曝气控制系统，包括：供气单元、调节单元、曝气单元，三个单元依次设置且所述曝气单元位于曝气池内；及控制单元，分别与上述三个单元电性连接，用于协调它们智能运行；其中，所述调节单元设有调节阀，所述调节阀包括流线型阀座、流线型阀芯、传动机构及执行机构，所述流线型阀座具有节流段，所述流线型阀芯具有线性调节体；所述执行机构通过所述传动机构驱使所述流线型阀芯沿所述流线型阀座的轴向移动，可改变所述线性调节体与所述节流段之间的流通面积以实现空气流量的调节。
在本申请公开的一个实施例中，所述流线型阀座沿介质进出方向依次分为入口直段、弧形收缩段、节流段及圆锥型出口段，所述弧形收缩段的内径逐渐减小，所述圆锥型出口段的内径逐渐增大、其最大内径与所述入口直段的内径相等，所述圆锥型出口段的长度大于所述入口直段的内径，各段流线形连接以构成文丘里管结构；所述流线型阀芯包括依次连接的推杆、滑架及线性调节体，所述推杆与所述传动机构相连接，所述线性调节体的截面外形线为一光滑曲线；所述光滑曲线一端点所对应的直径与所述节流段的内径相等、该点为阀门行程中0开度位置，所述光滑曲线另一端点为阀门行程中100%开度位置；所述光滑曲线上任意一点切向与所述线性调节体轴线的夹角随阀门开度的增大而增大，且所述光滑曲线的任意点上单位相对位移的变化与该点对应的流通面积的变化成正比。
在本申请公开的一个实施例中，所述入口直段内侧壁上连接有至少3块圆周均布的第一导流板；所述圆锥型出口段内侧壁上连接有至少3块圆周均布的第二导流板；所述第一导流板与第二导流板的横截面均呈纺锤形结构。
在本申请公开的一个实施例中，所述滑架包括套管及支板；所述套管滑动套装于所述传动机构的支管上，所述套管朝向所述调节阀出口的一端设有开口槽、用于与其对应的第二导流板穿过以与所述支管外侧壁垂直连接；所述支板垂直连接于所述套管朝向调节阀入口的一端，所述支板两端分别与所述推杆、线性调节体相连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述传动机构包括与所述支管一体成型且内部连通的齿轮箱，所述齿轮箱外部连接有延伸至所述流线型阀座外的支座，所述齿轮箱内部转动连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有下端为第二锥齿轮的主传动轴，所述主传动轴密封转动贯穿所述支座后与所述执行机构相连接，所述执行机构通过支架支撑于所述流线型阀座外；所述推杆从所述支管中穿过、其朝向所述调节阀出口的一端为丝杆，所述丝杆伸入所述齿轮箱内与所述第一锥齿轮的内孔螺纹配合。
在本申请公开的一个实施例中，所述齿轮箱内与所述支管端部对应之处安装有多块圆周均布的第一永磁体，所述第一锥齿轮朝向所述调节阀入口的一端安装有多块圆周均布的第二永磁体，所述第二永磁体与第一永磁体磁极相同的一侧相对布置；所述第一锥齿轮、第二锥齿轮及主传动轴的材质均为无磁性的不锈钢。
在本申请公开的一个实施例中，所述调节阀还包括位于所述流线型阀座外的检测机构及位移传感器；所述检测机构用于检测所述流线型阀座内线性调节体前后的压差；所述位移传感器用于测量所述线性调节体的轴线位移。
在本申请公开的一个实施例中，所述检测机构包括第一取压管、第二取压管及微压差变送器，所述第一取压管一端与所述入口直段连通、另一端与所述微压差变送器连通，所述第二取压管一端与所述节流段连通、另一端与所述微压差变送器连通，所述微压差变送器与所述控制单元电性连接；所述位移传感器固定安装于所述节流段外侧壁上、其也与所述控制单元电性连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述控制单元包括以下控制方法：F1、将曝气池划分为2～3个目标控制区，每个目标控制区进行独立负荷评估和空气流量独立回路控制；F2、预测各目标控制区的溶解氧目标值。
在本申请公开的一个实施例中，所述溶解氧目标值的预测包括以下步骤：S21、获取目标控制区监控数据，并对获取的监控数据进行预处理；S22、根据S21获取的监控数据，建立基于LSTM人工神经网络的池体低溶解氧预测模型；S23、采集目标控制区当前水质数据，同时随机初始化一组曝气操作参数数据；将上述水质数据和曝气操作参数数据同时输入S22建立的池体低溶解氧预测模型中，对未来目标控制区溶解氧值进行预测；S24、根据进水、出水水质和厂区工艺流程搭建活性污泥模型（ASM）并计算出曝气池设定的目标溶解氧阈值；S25、根据S24设定的目标溶解氧阈值，对S23预测的溶解氧值进行判断以输出曝气操作参数或通过遗传算法对曝气操作参数进行优化；S26、根据S25输出的曝气操作参数，对目标控制区的曝气器进行调控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、调节阀采用微压差式文丘里管结构的流线型阀座，其具有的圆锥型出口段有利于阀门调节过程中产生的压差得到有效恢复，因此调节阀在低开度下进出口压力损失极小，可以防止鼓风机背压过高；通过截面外形线为特定光滑曲线的线性调节体，流线型阀芯可在0～100%的开度范围内对流量进行线性调节，阀门流量与阀芯开度变化为线性关系，避免了在大开度状况下可调节性差的问题，阀门调节性能好，实现了曝气量精确化、稳定化调节。
2、横截面为纺锤形的第一导流板和第二导流板，可以避免流线型阀座变径引起的紊流，有效减少空气在流动中的压力损失。
3、设置的第一永磁体和第二永磁体之间形成的排斥力可以持续推动第一锥齿轮，使其与第二锥齿轮之间的锥齿轮副紧密贴合，能够消除齿轮传动间隙，具有间隙随时补偿性，有效提高了传动的重复精度。
4、调节阀集空气流量线性调节和压差检测功能为一体，由于流线型阀座具有文丘里管特性，其检测机构的检测位置与阀门开度调节位置相同，减少了配气系统设备对管道的安装要求，避免了由于距离、时间、紊流、压损等影响造成的检测误差，彻底解决了调节阀实际流量与外置流量计检测流量存在误差的问题，提高了流量检测时效性和精确度。
5、调节阀通过控制系统，实现自我检测和调节的功能，保证了流量检控不受静态和动态压力变化的影响，提高了流量分配和调节的精确性，系统流量的测控精度优于3%。
6、控制系统根据各目标控制区，进行独立负荷评估和空气流量独立回路控制，采用了调节阀与鼓风机协作调节，运行过程中根据负荷变化及时评估，进行DO值优化调整，保证了出水水质在各种工况下均能稳定达标，避免了工艺过程中过度曝气现象，实现节能降耗。
（发明人：欧阳云生）