基于节水环保安全理念的水箱自动控制技术研究

郭力宁

摘 要：对日常生活中的水箱结构进行了考察、分析，找出了水箱溢水的原因，运用水压变化影响止回阀门开、关状态原理，进行了水箱进、出水管路结构的自动化设计，制作了水箱进、出水自动控制装置，并进行了实际应用，实现水箱全天全时段自动进水、贮水和出水，不需要人工干预，完全消除了溢水现象，实现了节水、安全、环保。

关键词：节水；安全；环保；自动控制

中图分类号：TU991.64 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0030-02

水在我们的日常生活中不可或缺，许多家庭在楼顶或平房顶上、家中的卫生间、厨房的墙上安装了水箱，但由于种种原因，常常使水箱在供水时溢水，浪费了宝贵的水资源，溢出的水流到地面上也影响行人，特别是冬天在地面结冰后极易滑倒行人，威胁人身安全。通过对水箱及管路进行考察研究、制作试验，研制成功了水箱自动控制装置，实现了对水箱进水、贮水、出水全过程的自动控制，既能使水箱随时进水、时时有水、随时能用，方便人们的日常生活，提高生活品质，又杜绝了溢水浪费水资源，消除冬季结冰滑倒行人的安全隐患。

1 水箱溢水原因分析

通过考察，我发现这些水箱的管路或是由三路水管（进水管、出水管、溢水管）组成如图1，或是由两路水管（进水管、出水管）组成如图2，而人们正是通过溢水来判断水箱是否已上满水。当忘记关阀门时，就会使水大量外溢，造成水资源的浪费。

2 水箱的自动控制设计

水箱的工作过程分三步：进水、贮水、出水，在这个过程中，水管作为水流的通道，是水箱发挥作用的关键。因此从对水箱的管路着眼设计，实现对水箱作用过程的自动控制，设计结构如图3。

具体设计的结构如下：

（1）水箱外的水管设计为一路。这一路水管在水箱进水时做为进水管、出水时做为水管。（2）靠近水箱底底部水管的侧面安装止回阀1（箭头指向为允许水流方向，下同）。止回阀1在水箱进水时关闭，出水时开通。（3）浮子进水口与止回阀1之间的管路上安装止回阀3。止回阀3在水箱进水时开通，出水时关闭。（4）在进水侧水管上安装止回阀2。止回阀2在进水侧进水时开通，水箱出水时关闭，控制出水的水路流向。

3 自动控制过程的实现

供水过程：进水管供水开始后，水箱从浮子的进水口进水，开始贮水，水面接触到浮子的浮球时，随着水位的上升，浮子的浮球受到的水的浮力逐渐加大，通过杠杆作用，浮子的堵头向下运动关闭进水口，对水箱的供水过程结束，如图4、图5。

（图例说明：止回阀（箭头指向为允許水流方向）： 水体： 进水流方向： 出水流方向：）

停水过程：供水停止时，供水压力逐渐减小，对浮子堵头的压力也逐渐减小到零，浮子下方止回阀1受到水管供水的压力也降为零，止回阀3受到进水管中水柱的压力和自身重力而关闭，如图6。

出水过程：打开用水端阀门如水龙头后，止回阀1因为水箱中水压的作用自动打开，水箱中的水经止回阀1、水管、用水端阀门流出，如图7、图8。随着水位下降，浮球受到的浮力消失，使堵头离开进水口，当水位降到浮子进水口以下时，因止回阀3仍然受到其上方水管中水柱的压力和自身重力而关闭，杜绝了空气进入水管中。

4 主要创新点分析

（1）主管路只需一根，将管路合三（进水管、出水管、溢水管）为一或合二（进水管、出水管）为一，节省材料消耗，节省安装空间。（2）利用供水压力和水箱水体压力的变化自动实现止回阀1的关闭与开通，在水箱进水时由“止回”变为“止进”，而在水箱出水时则由“止进”变为水箱的出水口。这是由一根管路取代两根或三根管路的关键。（3）止回阀3进水时开通，出水时关闭，并且在水箱进水结束后自动封闭管路；在水箱出水当水位下降到浮子进水口以下时，止回阀3与水管中的水柱一起，杜绝空气进入水管。（4）进水侧水管上的止回阀2，既自动起到停止供水时对水箱的贮水作用，又在水箱出水时起到控制水路的作用。

5 结语

应用效果表明，该自动控制装置完全能实现对水箱水位、贮水和出水的自动控制，使水箱保持随时进水、时时有水、随时能用，彻底消除了溢水造成的水源浪费，也就避免了溢水冬季在地面结冰滑倒行人，同时节省了管路等资源，实现了节水环保安全的目标，能极大地方便人们的日常生活。endprint