凈水器增壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計與水系統(tǒng)優(yōu)化

徐廣飛

摘要：近年來，由于工業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)造成了水資源過度開發(fā)和水污染，飲用水安全已經(jīng)成為城市千家萬戶的心頭之患。國內(nèi)水源地、管網(wǎng)二次污染的情況非常嚴(yán)重，因此水質(zhì)健康的問題也慢慢成為人們關(guān)注的焦點。由此凈水器已經(jīng)成為像冰箱、空調(diào)等家電產(chǎn)品的家庭必需品，尤其是在重工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)?；诖?，本文主要對凈水器增壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計與水系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：凈水器；增壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計；水系統(tǒng)優(yōu)化

1、前言

近年來，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(jìn)入廣大消費(fèi)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。

2、帶一體化鐵殼的無刷電機(jī)增壓泵設(shè)計

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(jī)增壓泵，其主要結(jié)構(gòu)由有刷電機(jī)與泵體兩部分組成，其電機(jī)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(jī)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(jī)增壓泵，輸出功率與外形尺寸之比沒有無刷電機(jī)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(jī)增壓泵就體現(xiàn)出不足。同時，直流電機(jī)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。根據(jù)凈水器增壓泵的設(shè)計要求，設(shè)計增壓泵的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1電機(jī)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(jī)增壓泵，通過把電機(jī)鐵殼做成一體式，可以去掉普通直流電機(jī)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(jī)械噪音；其次，由于無刷電機(jī)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(jī)小，所以支座采用單孔固定在整機(jī)上，并焊接其支座在電機(jī)的中間面位置，大大方便增壓泵在整機(jī)里的安裝，適合整機(jī)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*L110mm*H57mm，當(dāng)輸入電壓為12-24V時，工況即額定工作點（0.2Mpa進(jìn)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(lán)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。

2.2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(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，帶動泵體中偏心輪的擺動，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為偏心輪的往復(fù)運(yùn)動，同時偏心輪又與隔膜片相連，也帶動膜片往復(fù)運(yùn)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。

3、凈水器制水控制系統(tǒng)設(shè)計

凈水器的工作系統(tǒng)水路圖如圖2所示，當(dāng)打開機(jī)器時，自來水進(jìn)入凈水器，經(jīng)過前置PP棉過濾，進(jìn)水電磁閥，然后自來水經(jīng)過增壓泵加壓進(jìn)入活性碳濾芯，及RO膜濾芯，純水通過逆止閥，進(jìn)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(fèi)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(jī)轉(zhuǎn)速，使出水流量到達(dá)平衡并提高制水流量，補(bǔ)償機(jī)器在長時間運(yùn)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。

3.1純凈水制取及尾水收集模塊

其由凈水器壓力桶、前三層濾芯、反滲透膜濾芯、增壓泵、自動補(bǔ)水箱構(gòu)成。水經(jīng)過pp棉濾芯、前置顆粒炭濾芯、壓縮活性炭濾芯一部分到達(dá)自動補(bǔ)水箱，一部分通過增壓泵經(jīng)反滲透膜濾芯獲得純凈水儲存于壓力桶內(nèi)，而此時產(chǎn)生的尾水流到自動補(bǔ)水箱。

3.2自動上水及水位調(diào)節(jié)模塊

它由可調(diào)節(jié)隔板、水位傳感器、可調(diào)節(jié)水箱、自動補(bǔ)水箱構(gòu)成。自動上水：水經(jīng)自動補(bǔ)水箱到達(dá)可調(diào)節(jié)水箱。水支撐可調(diào)節(jié)隔板上升，到達(dá)設(shè)定水位傳感器處，進(jìn)水電磁閥開關(guān)關(guān)閉停止為其補(bǔ)水。水位調(diào)節(jié)：通過模式設(shè)定可控制純凈水與洗漱用水的儲存比例，當(dāng)需要更多的純凈水時，用戶在控制面板設(shè)置太陽能用水水箱，通過水位傳感器讓隔板停留在不同的高度以實現(xiàn)不同水位的調(diào)節(jié)。

3.3純凈水加熱及輸送模塊

由凈水器壓力桶、螺旋換熱器、溫度傳感器、電輔助加熱器構(gòu)成。當(dāng)需要熱的純凈水時，打開熱水龍頭，壓力桶中的純凈水受到壓力到達(dá)螺旋換熱器中與太陽能中的熱水進(jìn)行換熱，如果溫度達(dá)不到所需溫度時，采取電輔助加熱。

4、結(jié)束語

通過實際的測試驗證，包括增壓泵以及水系統(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。無刷電機(jī)增壓泵因為具有低噪音，低振動，高可靠性，為母嬰凈水器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時也為凈水器往小型化，超薄化發(fā)展指明了方向，因此，它勢必將更加迎合消費(fèi)者的需求。由于其加上了流量傳感器和PWM控制系統(tǒng)，凈水器的制水穩(wěn)定性將進(jìn)一步加強(qiáng)，制水壽命將更長，靜音效果將更加突出。自此，更加智能化，更加安全，可靠的凈水器將展現(xiàn)在人們面前。

參考文獻(xiàn)：

[1]張彥魯，王新魁.反滲透凈水器的凈化效果分析[J].廣東化工，2016，43（17）：170-171.

[2]劉帥，周寧玉，謝朝新，等.便攜式正滲透凈水袋原理樣機(jī)的耐用性能研究[J].環(huán)境科技，2015，28（4）：33-37.