CN109267608B - 一种阶梯供水系统及其分层分布式控制方法 - Google Patents

一种阶梯供水系统及其分层分布式控制方法 Download PDF

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Abstract

一种阶梯供水系统及其分层分布式控制方法，该供水系统包括取水泵站、加压泵站、一号至四号水池、供水管线、各供水管线上设置的控制阀门以及控制柜；取水泵站的进水口通过供水管线连接水库，取水泵站的出水口分别连接一、三、四号水池的进水口；加压泵站的高程低于一号水池，前述加压泵站的进水口通过供水管线连接一号水池，出水口连接二号水池的进水口；控制柜的各控制信号端分别与取水泵站、加压泵站以及各控制阀门的对应控制信号端相连。本发明利用原始地形合理建不同高程的水池，节省成本；低水头水池给高程低的用户供水，高水头水池给高程大的用户供水，充分利用水池水势能；通过二次加压供水，极大降低成本且节省能源，符合节能要求。

Description

一种阶梯供水系统及其分层分布式控制方法
技术领域
本发明涉及供水面广且各供水面高程差较大的情况，尤其是一种阶梯供水系统，通过水泵抽水、水池充水给较小高程用户供水，通过水泵加压给较大高程用户供水，同时采用分层分布式控制方式。
背景技术
供水系统常采用水池或水塔的形式供水，水池或水塔高程必须比供水区域大，才能实现供水。当供水区域广、高程差较大时，只建一最高处水池或水塔，必须使用扬程超大的水泵进行抽水，水池或水塔容量也必须很大，成本巨大且浪费能源。
采用阶梯式供水系统，建多个不同高程的水池，各水池高程差会导致水池充水时水位上升速度不同，甚至出现有的水池水已满，有的水池还没有水的情况，水池难以实现协调控制。另外保证阶梯式供水系统控制安全可靠也是难点。
发明内容
本发明的目的是针对各供水面高程差较大，难以供水的问题，提出一种阶梯供水系统及其分层分布式控制方法。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种阶梯供水系统，该供水系统包括取水泵站、加压泵站、一号水池、二号水池、三号水池、四号水池、供水管线、各供水管线上设置的控制阀门以及控制柜；
取水泵站内设两台真空泵和四台多级离心泵，取水泵站的进水口通过供水管线连接水库，取水泵站的出水口分别连接一号水池、三号水池和四号水池的进水口；
加压泵站内设三台多级离心泵，加压泵站的高程低于一号水池，前述加压泵站的进水口通过供水管线连接一号水池，加压泵站的出水口连接二号水池的进水口；
控制柜的各控制信号端分别与取水泵站、加压泵站以及各控制阀门的对应控制信号端相连；
前述一号水池、三号水池和四号水池处于低阶高程位置，分别给各水池相应的高程位置供水，二号水池处于高阶高程位置，该水池由一号水池供水，给该水池所在高程位置供水。
进一步地，所述的水库的高程为45m，取水泵站高程为50m，加压泵站高程为125m；一号水池高程为130m，二号水池高程为320m，三号水池高程为125m，四号水池高程为115m。
进一步地，所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池采用钢筋混凝土结构，均为矩形水池。
进一步地，所述的一号水池容量为1000m3，最大水位为5m，设置警戒高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的二号水池容量为2000m3，最大水位为5m，设置警戒高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的三号水池容量为800m3，最大水位为4m，设置警戒高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的四号水池容量为800m3，最大水位为4m，设置警戒高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，警戒低水位0.5m。
进一步地，所述的取水泵站的多级离心泵扬程为130m，加压泵站的多级离心泵扬程为215m。
进一步地，所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池在池内设置水池液位计，所述的水池液位计用于检测各水池液位高度，水池液位计的检测信号输出端与控制柜的对应检测信号输入端相连。
进一步地，所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池的进水管线上还设置有遥控浮球阀，遥控浮球阀在水池水位上升到预设水位时自动关闭，防止水池水位过高产生溢水。
进一步地，所述水池液位计采用超声波液位计，通过光收发器将水池水位信号传给控制柜。
一种应用于阶梯供水系统的分层分布式控制方法，包括以下步骤：
取水泵站的多级离心泵从水库抽水至一、三和四号水池，一号水池的水经加压泵站的多级离心泵加压送到二号水池；
S1、一号水池、三号水池、四号水池中任一个水位低于警戒低水位时，取水泵站的三台多级离心泵启动，并对警戒低水位的水池进行报警；
S2、一号水池、三号水池、四号水池水位全部高于警戒低水位，且至少有一个水池水位低于低水位时，取水泵站的三台多级离心泵启动；
S3、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于低水位，且至少有一个水池水位低于中水位时，取水泵站的两台多级离心泵启动；
S4、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于中水位，且至少有一个水池水位低于高水位时，取水泵站的一台多级离心泵启动；
S5、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于高水位时，取水泵站的多级离心泵全部停机；
S6、一号水池、三号水池、四号水池中任一个水位高于警戒高水位时，取水泵站多级离心泵全部停机，并对警戒高水位的水池进行报警；
S7、四个水池中，任一个水池水位比其他水位高一个等级时，处于高等级水池的进水阀关闭，待所有水池水位达到同一等级，控制柜控制其进水阀开启。
进一步地，二号水池的控制步骤如下：
S1、二号水池水位低于警戒低水位时，加压泵站的两台多级离心泵启动，并报警；
S2、二号水池水位高于警戒低水位且低于低水位时，加压泵站两台多级离心泵启动；
S3、二号水池水位高于低水位时且低于高水位时，加压泵站一台多级离心泵启动；
S4、二号水池水位高于高水位且低于警戒高水位时，加压泵站多级离心泵全部停止；
S5、二号水池水位高于警戒高水位时，加压泵站多级离心泵全部停止，并报警。
进一步地，所述的取水泵站的四台多极离心泵三主一备，设置四组优先启动顺序：1-2-3，2-3-4，3-4-1和4-1-2，当前组中优先级最高的泵运行满500h，切换组，更新优先启动顺序；加压泵站的三台多级离心泵两主一备，设置优先启动顺序1-2,2-3,3-1，当前组中优先级最高的泵运行满500h，切换组，更新优先启动顺序；真空泵一主一备。
控制柜通过控制离心泵，真空泵和进水阀的开启和关闭；液位计将液位信号传给控制系统；真空泵是配合离心泵工作，因为离心泵工作时里面不能有空气，所以启动离心泵时先启动真空泵抽空气，真空度满足时再启动离心泵。
由于取水泵站内离心泵高程比水库高，离心泵停止时肯定进空气，所以要设真空泵；加压泵站内离心泵高程比1号水池低，所以离心泵内没有空气，不需要设真空泵。
本发明的有益效果：
本发明利用原始地形合理选择位置建水池，节省成本；建不同高程的水池，低水头水池给高程低的用户供水，高水头水池给高程大的用户供水，充分利用水池水势能；通过二次加压给高程大的用户供水，极大降低成本且节省能源，符合节能要求；通过遥控浮球阀和手电两用进水阀的使用，实现不同高程的水池水位的协调控制；合理安装排气阀，减小水头损失；控制系统采用分层分布式，安全可靠性高。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明的阶梯供水系统结构示意图。
其中：1、取水泵站；2、加压泵站；3、水库。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
一种阶梯供水系统由取水泵站1、加压泵站2、一号水池、二号水池、三号水池、四号水池、供水管线和各种控制阀门等组成，取水泵站1内设两台真空泵和四台多级离心泵充满水，加压泵站2内设三台多级离心泵，多级离心泵从水库3抽水送到一号水池、三号水池、四号水池，一号水池的水经多级离心泵加压送到二号水池，供水系统控制系统由控制柜控制，控制柜内设有PLC控制器。
所述的水库3高程约为45m，取水泵站1高程为50m，加压泵站2高程为125m，一号水池高程为130m，二号水池高程为320m，三号水池高程为125m，四号水池高程为115m。各水池采用钢筋混凝土结构。
所述的多级离心泵扬程为130m，多级离心泵扬程为215m。
所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池采用钢筋混凝土结构，为矩形水池。
所述的一号水池容量为1000m3，最大水位为5m，设高高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，低低水位0.5m；所述的二号水池容量为2000m3，最大水位为5m，设高高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，低低水位0.5m；所述的三号水池容量为800m3，最大水位为4m，设高高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，低低水位0.5m；所述的四号水池容量为800m3，最大水位为4m，设高高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，低低水位0.5m；
所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池在池内设置遥控浮球阀，遥控浮球阀在水池水位上升到设计水位时自动关闭，防止水池水位过高产生溢水，同时解决了由于高程差以及管道水头损失原因，各水池水位上升速度不同，导致部分水池无法充满水的问题。
所述的一号水池、三号水池、四号水池在进水管处安装进水阀，为手电两用法兰式伸缩蝶阀。
所述的供水管线根据需要沿路安装气缸式排气阀，防止管道中空气产生涡流，造成水头损失。
各现地控制单元与控制柜可以相互通讯，也可以独立运行，某一单元设备故障不会影响到其他单元正常工作。
电源能够在断电时给现地控制单元供电，提供可靠的不间断电源保障。
所述的遥控浮球阀设计水位低于高高水位，高于高水位。
所述的取水泵站1的四台多极离心泵三主一备，设置优先启动顺序“1/2/3，2/3/4，3/4/1，4/1/2”，优先级最高的泵运行满500h，切换优先启动顺序；加压泵站2三台多级离心泵两主一备，设置优先启动顺序，切换规则和取水泵站多级离心泵相同；真空泵一主一备。
所述水池液位计采用超声波液位计，通过光收发器将水池水位信号传给控制柜。
一种阶梯供水系统分层分布式控制方式包括以下步骤：
S1、一号水池、三号水池、四号水池有水位低于低低水位情况，取水泵站1三台多级离心泵启动，并报警；
S2、一号水池、三号水池、四号水池水位全部高于低低水位，且有水位低于低水位时，取水泵站1三台多级离心泵启动；
S3、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于低水位，且有水位低于中水位时，取水泵站1两台多级离心泵启动；
S4、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于中水位，且有水位低于高水位，取水泵站1一台多级离心泵启动；
S5、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于高水位，取水泵站1多级离心泵全部停机。
S6、一号水池、三号水池、四号水池有水位高于高高水位，取水泵站1多级离心泵全部停机，并报警。
S7、当一个水池水位比其他水位高一个等级时，其进水阀自动关闭(如当4号水池达到中水位，1号水池仍处于低水位时，自动关闭4号水池进水阀)，待所有水池水位达到同一等级，其进水阀自动开启。
二号水池的控制步骤：
S1、二号水池水位低于低低水位时，加压泵站2两台多级离心泵启动，并报警；
S2、二号水池水位高于低低水位且低于低水位时，加压泵站2两台多级离心泵启动；
S3、二号水池水位高于低水位时且低于高水位时，加压泵站2一台多级离心泵启动；
S4、二号水池水位高于高水位且低于高高水位时，加压泵站2多级离心泵全部停止；
S5、二号水池水位高于高高水位时，加压泵站2多级离心泵全部停止，并报警。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种阶梯供水系统的分层分布式控制方法，所述的阶梯供水系统包括取水泵站（1）、加压泵站（2）、一号水池、二号水池、三号水池、四号水池、供水管线、各供水管线上设置的控制阀门以及控制柜；
取水泵站（1）内设两台真空泵和四台多级离心泵，取水泵站（1）的进水口通过供水管线连接水库（3），取水泵站（1）的出水口分别连接一号水池、三号水池和四号水池的进水口；
加压泵站（2）内设三台多级离心泵，加压泵站（2）的高程低于一号水池，前述加压泵站（2）的进水口通过供水管线连接一号水池，加压泵站（2）的出水口连接二号水池的进水口；
控制柜的各控制信号端分别与取水泵站（1）、加压泵站（2）以及各控制阀门的对应控制信号端相连；
前述一号水池、三号水池和四号水池处于低阶高程位置，分别给各水池相应的高程位置供水，二号水池处于高阶高程位置，该水池由一号水池供水，给该水池所在高程位置供水；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
取水泵站（1）的多级离心泵从水库（3）抽水至一、三和四号水池，一号水池的水经加压泵站（2）的多级离心泵加压送到二号水池；
S1、一号水池、三号水池、四号水池中任一个水位低于警戒低水位时，取水泵站（1）的三台多级离心泵启动，并对警戒低水位的水池进行报警；
S2、一号水池、三号水池、四号水池水位全部高于警戒低水位，且至少有一个水池水位低于低水位时，取水泵站（1）的三台多级离心泵启动；
S3、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于低水位，且至少有一个水池水位低于中水位时，取水泵站（1）的两台多级离心泵启动；
S4、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于中水位，且至少有一个水池水位低于高水位时，取水泵站（1）的一台多级离心泵启动；
S5、一号水池、三号水池、四号水池全部水位高于高水位时，取水泵站（1）的多级离心泵全部停机；
S6、一号水池、三号水池、四号水池中任一个水位高于警戒高水位时，取水泵站（1）多级离心泵全部停机，并对警戒高水位的水池进行报警；
S7、四个水池中，任一个水池水位比其他水位高一个等级时，处于高等级水池的进水阀关闭，待所有水池水位达到同一等级，控制柜控制其进水阀开启；
所述的取水泵站（1）的四台多级离心泵三主一备，设置四组优先启动顺序：1-2-3，2-3-4，3-4-1和4-1-2，当前组中优先级最高的泵运行满500h，切换组，更新优先启动顺序；加压泵站（2）的三台多级离心泵两主一备，设置优先启动顺序1-2,2-3,3-1，当前组中优先级最高的泵运行满500h，切换组，更新优先启动顺序；真空泵一主一备；
二号水池的控制步骤如下：
S1、二号水池水位低于警戒低水位时，加压泵站（2）的两台多级离心泵启动，并报警；
S2、二号水池水位高于警戒低水位且低于低水位时，加压泵站（2）两台多级离心泵启动；
S3、二号水池水位高于低水位时且低于高水位时，加压泵站（2）一台多级离心泵启动；
S4、二号水池水位高于高水位且低于警戒高水位时，加压泵站（2）多级离心泵全部停止；
S5、二号水池水位高于警戒高水位时，加压泵站（2）多级离心泵全部停止，并报警。
2.一种权利要求1所述阶梯供水系统的分层分布式控制方法所采用的阶梯供水系统，其特征在于，该供水系统包括取水泵站（1）、加压泵站（2）、一号水池、二号水池、三号水池、四号水池、供水管线、各供水管线上设置的控制阀门以及控制柜；
取水泵站（1）内设两台真空泵和四台多级离心泵，取水泵站（1）的进水口通过供水管线连接水库（3），取水泵站（1）的出水口分别连接一号水池、三号水池和四号水池的进水口；
加压泵站（2）内设三台多级离心泵，加压泵站（2）的高程低于一号水池，前述加压泵站（2）的进水口通过供水管线连接一号水池，加压泵站（2）的出水口连接二号水池的进水口；
控制柜的各控制信号端分别与取水泵站（1）、加压泵站（2）以及各控制阀门的对应控制信号端相连；
前述一号水池、三号水池和四号水池处于低阶高程位置，分别给各水池相应的高程位置供水，二号水池处于高阶高程位置，该水池由一号水池供水，给该水池所在高程位置供水；
所述的水库（3）的高程为45m，取水泵站（1）高程为50m，加压泵站（2）高程为125m；一号水池高程为130m，二号水池高程为320m，三号水池高程为125m，四号水池高程为115m；所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池采用钢筋混凝土结构，均为矩形水池；
所述的一号水池容量为1000m3，最大水位为5m，设置警戒高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的二号水池容量为2000m3，最大水位为5m，设置警戒高水位4.5m，高水位4m，中水位2.5m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的三号水池容量为800m3，最大水位为4m，设置警戒高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，警戒低水位0.5m；
所述的四号水池容量为800m3，最大水位为4m，设置警戒高水位3.5m，高水位3m，中水位2m，低水位1m，警戒低水位0.5m。
3.根据权利要求2所述的一种阶梯供水系统，其特征在于，所述的取水泵站（1）的多级离心泵扬程为130m，加压泵站（2）的多级离心泵扬程为215m。
4.根据权利要求2所述的一种阶梯供水系统，其特征在于，所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池在池内设置水池液位计，所述的水池液位计用于检测各水池液位高度，水池液位计的检测信号输出端与控制柜的对应检测信号输入端相连。
5.根据权利要求2所述的一种阶梯供水系统，其特征在于，所述的一号水池、二号水池、三号水池、四号水池的进水管线上还设置有遥控浮球阀，遥控浮球阀在水池水位上升到预设水位时自动关闭，防止水池水位过高产生溢水。
6.根据权利要求4所述的一种阶梯供水系统，其特征在于，所述水池液位计采用超声波液位计，通过光收发器将水池水位信号传给控制柜。
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