CN109440869A - 一种高压水源的降压供水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压水源的降压供水系统，包括输水管线、蓄水池、调压装置、抽水泵、用水管网，还包括水力透平发电机组、控制装置，所述水力透平发电机组并联连接在所述输水管线与所述用水管网之间形成旁路管线，利用所述水力透平发电机组对水的降压作用，将所述水降压后供应到所述用水管网中，所述控制装置根据所述用水管网的用水量，通过控制所述电动阀，使与所述用水量对应的所述水力透平发电机发电，保持用水管网中水压的稳定。本发明利用水力透平发电机组对水降压后直接供应到用水管网，不仅充分利用了水的势能发电，更节约了抽水泵的电力消耗，同时通过控制装置保证了用水管网中水压的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及高压水源的降压供水系统，更具体地，涉及利用水力透平发电机对水源地的高压水源进行降压的供水系统。
背景技术
在人民生活和工业生产的用水中，如果从山上等位于高处的水源地取水，由于取水管线的末端水压过大，常常需要设置调压装置调节水的压力，使水降压后进入蓄水池蓄水，减压过程中，会损失掉大量的余压，造成无谓的能源浪费。而从蓄水池取水时又需要通过抽水泵加压后供应到用水管网中为用户供水，因此，整个供水过程中不仅取水阶段存在能源浪费，同时在供水阶段还需要额外的能源消耗。
在提倡低碳、节能和环保的时代，回收余压是减少能耗和碳排放、增加企业效益的有效之举。如果用水力透平发电机组代替调压装置，将高水源地的水减压后直接供应到用水管网中，不但能节约抽水泵的电力消耗，还能产生比较可观的发电收益。
但利用水力透平发电机组的发电来降低水压，受发电量和用水量的影响会出现供水水压不稳定等问题。如用水量小时，供水管线的水压会上升，用水量大时，供水管线的水压会下降，供水管线的水压无法保持稳定，即由于生活和生产用水的量不是固定的，用水量的变化会造成供水管线的水压变化，直接影响水的供应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压水源的降压供水系统，以解决利用水力透平发电机组的降压作用将高压水降压后供应到供水管线时，供水管线的水压变化，不能稳定供水的问题。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种高压水源的降压供水系统，包括输水管线、蓄水池、调压装置、抽水泵组、用水管网，所述输水管线连接水源地与所述蓄水池，所述水源地位于高处，利用高度差产生的势能将水源地的水引入所述蓄水池，所述调压装置用于调节所述输水管线的水压，使所述水降压后进入所述蓄水池，所述蓄水池的水通过所述抽水泵组抽取，供应到所述用水管网中为用户供水，其中：还包括水力透平发电机组和控制装置，在所述蓄水池的进水口与所述输水管线之间设置有闸阀，控制所述输水管线向所述蓄水池的供水，所述水力透平发电机组并联连接在所述输水管线与所述用水管网之间形成旁路管线，利用所述水力透平发电机组对水的降压作用，将所述水降压后供应到所述用水管网中，所述水力透平发电机组中的各个水力透平发电机分别通过电动阀与所述输水管线、所述用水管网连接，通过所述水力透平发电机组的降压向所述用水管网供水时，关闭所述闸阀并调节所述调压装置的压力，将所述输水管线中的水压调节在高压状态，所述控制装置根据所述用水管网的用水量，通过控制所述电动阀，使与所述用水量对应的所述水力透平发电机发电，保持用水管网中水压的稳定。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述用水管网的用水量为实际检测的用水量。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述用水管网的用水量为根据过去的使用情况或用水计划，设定的用水量。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述控制装置根据所述用水管网的水压控制所述水力透平发电机组的发电量，在水压低于设定值时降低发电量，高于设定值时增加发电量，以保持水压的稳定。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述水力透平发电机组的出水口与所述蓄水池之间设置泄压阀，以防止用水管网过压。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述水力透平发电机组中的各个水力透平发电机分别通过调压阀与所述用水管网连接。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述用水管网包括消防管网，所述输水管线通过减压阀与所述消防管网连接。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述用水管网包括生活水管网、生产水管网，所述生活水管网通过电动阀、所述生产水管网接与所述水力透平发电机组连接。
根据本发明的一种实施方式，其中，在所述水力透平发电机组的进水口与出水口之间设置有短路用的电动阀。
根据本发明的一种实施方式，其中，所述输水管线末端的水压为1.4～1.5MPa，所述水力透平发电机组减压后的水压为0.6～0.65MPa。
本发明提供的一种高压水源的降压供水系统具有如下优点：利用水力透平发电机组对水降压后直接供应到用水管网，不仅充分利用了水的势能发电，更节约了抽水泵的电力消耗，各个水力透平发电机之间形成冗余配置，确保水力透平发电机组的稳定运行，同时通过控制装置的控制保证了用水管网中水压的稳定。
附图说明
图1为本发明提供的高压水源的降压供水系统的结构说明图。
图2为高压水源的降压供水系统中水力透平发电机组的整体结构图。
图3为本发明提供的高压水源的降压供水系统的详细结构说明图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1示出了本发明提供的高压水源的降压供水系统的结构说明图。
如图1所示，高压水源的降压供水系统，包括输水管线1、蓄水池2、调压装置3、抽水泵组4、用水管网5。输水管线1连接水源地与蓄水池2，水源地位于高处，利用高度差产生的势能将水源地的水引入蓄水池2。调压装置3设置在输水管线1中，用于调节输水管线1中的水压，使水降压后进入蓄水池2。供水时，蓄水池2的水由通过抽水泵组4抽取，通过用水管网5为用户供水。图1中，用水管网5由多条供水管线组成，包括消防管网51、生活水管网52和生产水管网53。其中，消防管网51需要的水压较生产和生活用水的水压要高。
输水管线1的末端a处与蓄水池2的进水口之间设置有闸阀8，控制输水管线1向蓄水池2供水。
当向蓄水池2蓄水时，打开闸阀8，输水管线1中的水通过调压装置3降压后进入蓄水池2蓄水。由蓄水池2供水时，抽水泵组4从蓄水池2抽水，加压后向用水管网5供水。抽水泵组4中的各个水泵按照供水管线所需压力将不同压力的水输送到消防管网51、生活水管网52和生产水管网53中。
在输水管线1的末端a与用水管网5之间连接有水力透平发电机组6，即，水力透平发电机组6并联连接在输水管线1与用水管网5之间形成蓄水池2和抽水泵组4的旁路管线，因此能够利用水力透平发电机组6对水的降压作用，将输水管线1的高压水降压后直接供应到生活水管网52和生产水管网53中。
当通过水力透平发电机组6的降压作用向生活水管网52和生产水管网53中供水时，关闭闸阀8并调节调压装置3的压力，使输水管线1的末端a的水压处于高压状态。
由于消防管网51的水压要求较高，在本实施方式中，在水力透平发电机组6前增加一条管线，这条管线直接与输水管线1的末端a和消防管网51连接，管线上安装减压阀12，使输水管线1末端a的高压水经减压阀12减压后直接供入消防管网51。由于进入消防管网51的水不通过水力透平发电机组6，因此能够不受水力透平发电机组6的影响，直接提供消防用水。
在水力透平发电机组6的进水口和出水口之间设置有短路用的电动阀14。水力透平发电机组6的出水口与蓄水池2之间设置泄压阀10。水力透平发电机组6正常运行过程中，电动阀14处于完全关闭状态。水力透平发电机组6出现故障需要维修时，打开电动阀14使高压水不流过水力透平机发电机组，此时，泄压阀10泄压，防止生活水管网52和生产水管网53因超压爆裂。
通过设置泄压阀10还能够防止前面设置的调压装置3失效以及水力透平发电机组6减压不足造成的用水管网5超压爆裂。
图2示出了高压水源的降压供水系统中水力透平发电机组的整体结构图。
如图2所示，水力透平发电机组6由多个水力透平发电机61～6n组成，各个水力透平发电机61～6n一端分别通过电动阀91～9n与输水管线1的末端a连接，另一端通过减压阀111～11n与用水管网5连接，连接点为b。每台水力透平发电机由一台水力透平机和一台发电机组成，水力透平机与发电机之间通过水力透平机主轴连接，利用水力透平机将水的动能转换为机械能，再由发电机发电，实现能量的回收。输电控制器15与各个发电机连接，用于将各个发电机发出的电能通过输电控制器15输送到电网中。
本发明中设置多台水力透平发电机，各个水力透平发电机61～6n之间形成冗余配置，以确保水力透平发电机组6的稳定运行。
通过控制电动阀91～9n能够分别控制高压水进入对应的水力透平发电机61～6n，利用各个水力透平发电机61～6n所对应的流量，通过控制水力透平发电机61～6n的数量，达到调节流入生活水管网52和生产水管网53的水的压力的目的。
电动阀91～9n由控制装置7控制。
控制装置7根据用水管网5的用水量，通过控制电动阀9，使与用水量对应数量的水力透平发电机61～6n发电，不仅利用水的余压进行发电，并保证了生活水管网52、生产水管网53中水压的稳定。控制装置7的具体控制在以下实施例中详细说明。
用水管网5的用水量可通过实际检测得到，也可根据过去的使用情况或用水计划，预先设定。
当用水管网5的用水量为实际检测的用水量时，控制装置7根据实际的用水量的变化，通过控制连接各个水力透平发电机的电动阀9，使与用水量对应数量的水力透平发电机发电，从而保证用水管网中水压的稳定。
实施例
以下通过具体实施例对本发明进行详细说明：
图3示出了本发明提供的高压水源的降压供水系统的详细结构说明图。
如图3所示，水源地通过输水管线1、调压基站31、减压阀井32和阀门井33与蓄水池2连接。即，调压基站31、减压阀井32和阀门井33构成了图1中的调压装置3。
输水管线1与调压基站31的连接处、输水管线1的末端a处安装有压力变送器16a和16b，分别用于检测调压装置3的进水水压和输水管线1的末端a的出水水压。生活水管网52和生产水管网53与水力透平发电机组6连接的管道中安装有一个压力变送器16c和一个流量变送器FT，分别用于检测进入生活水管网52、生产水管网53的水压和用水量，其检测信号分别传递给控制装置7。
在本实施例中，水源地比蓄水池2高出146米，水源地的水通过输水管线1输送时，在调压基站31的进水口处形成1.4～1.5MPa的水压。
对蓄水池2蓄水时，调节调压基站31和减压阀井32中的减压阀使水的压力降压至0.6～0.65MPa后进入蓄水池2蓄水。由蓄水池2供水时，根据需要启动抽水泵组4中的水泵，从蓄水池2抽水，加压后向用水管网5中的消防管网51、生活水管网52和生产水管网53供水。
当蓄水池2中蓄水量达到规定值后，关闭闸阀8，改由水力透平发电机组6向生活水管网52和生产水管网53中供水。此时，通过调压基站31和减压阀井32中的减压阀，调节水压，使输水管线1的末端a的水压处于高压状态，即，在输水管线1的末端a处形成1.4～1.5MPa的水压，利用水流过水力透平发电机组6的减压作用将高压水减压至0.6～0.65MPa后，直接输送到生活水管网52和生产水管网53中。
泄压阀10的泄压压力如设定在0.8MPa。
在本实施例中，为优先保证生产用水，生活水管网52与水力透平发电机组6之间设置电动阀13，而生产水管网53直接与水力透平发电机组6连接，当来自水源地的水量不足时，关闭电动阀13，切断对生活水管网52的供水，以保证通过生产水管网53供应的生产用水。
控制装置7根据流量变送器FT传递的信号，按照进入生活水管网52和生产水管网53的用水量，控制电动阀9，使与用水量对应数量的水力透平发电机61～6n发电，保持生活水管网52、生产水管网53中水压的稳定。
在本实施例中，水力透平机选型为：XWT1450-8，其对应的参数见表1，配套发电机YF200kw。
表1：水力透平机的具体参数
| 型号 | 流量(m<sup>3</sup>/h) | 压差(MPa) | 效率(％) | 回收功率(kW) | 材质 |
| XWT1450-8 | 1450 | 0.80 | 80 | 252.8 | 铸铁 |
以下对水力透平发电机组与用水量的关系进行说明。
在本实施例中，生活水管网52和生产水管网53中每天最大用水量为140000m3，折算成每小时最大用水量约5800m3，因此设置4台水力透平发电机，每台水力透平发电机处理的最大流量为1450m3/h。
控制装置7根据流量变送器FT传递的信号，当用水量低于1450m3/h时，打开电动阀91～9n中任一个，使对应的一台水利透平发电机发电。此时，如果用水量达到1450m3/h，控制装置7控制输电控制器15，使水力透平发电机的发电量(回收功率)为252.8kw，在水力透平发电机的两端形成0.8MPa的压差，保证水力透平发电机组6与用水管网5连接点b处的水压稳定在0.6-0.65MPa。而当用水量增大时，控制装置7控制相应的电动阀91～9n，使与用水量对应的水力透平发电机发电，整体上以加大对水的处理量，在用水量增加的同时保证连接点b处的水压稳定在0.6-0.65MPa。以此类推在最大用水量时最多同时开启四台水力透平发电机。
流过各个水力透平发电机的流量不足1450m3/h或发电量过小时，水力透平发电机的出水口，即连接点b处的水压会上升，如果水压超过泄压阀10的泄压压力，泄压阀10工作，保证生活水管网52、生产水管网53中水压在规定值以内。通过泄压阀10的水流入蓄水池2。
当四台水力透平机以最大流量1450m3/h工作，各水力透平机的压差按0.8MPa计算，根据理论公式可计算得到四台水力透平发电机的发电量：4*252.8＝1011kW/h，即每小时处理5800m3的水可发电1011kW，这些电通过输电控制器15输送到电网中。
变形例
在以上实施例中，控制装置7根据实际使用的用水量，通过控制水力透平发电机的数量，保证生活水管网52、生产水管网53中水压的稳定。如果用水量不足1450m3/h或不满足水力透平发电机的流量(1450m3/h)的整数倍时，在水力透平发电机的两端有可能出现压差下降，导致出水口的水压上升。
变形例中，
控制装置7根据压力变送器16c传递的水压信号，控制输电控制器15使对应水力透平发电机输出到电网的电量输出的电量降低，使水力透平发电机的压差维持在0.6-0.65MPa，保证各个水力透平发电机的压差一致，防止各个水力透平发电机因压差不一致而互相干扰和影响，进一步保证了供水水压的稳定。
本发明提供的一种高压水源的降压供水系统具有如下优点：利用水力透平发电机组对水降压后直接供应到用水管网，不仅充分利用了水的势能发电，更节约了抽水泵的电力消耗，各个水力透平发电机之间形成冗余配置，确保水力透平发电机组的稳定运行，同时通过控制装置的控制保证了用水管网中水压的稳定。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
Claims (10)
1.一种高压水源的降压供水系统，包括输水管线(1)、蓄水池(2)、调压装置(3)、抽水泵组(4)、用水管网(5)，
所述输水管线(1)连接水源地与所述蓄水池(2)，所述水源地位于高处，利用高度差产生的势能将水源地的水引入所述蓄水池(2)，
所述调压装置(3)用于调节所述输水管线(1)中的水压，使所述水降压后进入所述蓄水池(2)，
所述蓄水池(2)的水通过所述抽水泵组(4)抽取，供应到所述用水管网(5)中为用户供水，其特征在于：
还包括水力透平发电机组(6)、控制装置(7)，
在所述蓄水池(2)的进水口与所述输水管线(1)之间设置有闸阀(8)，控制所述输水管线(1)向所述蓄水池(2)的供水，
所述水力透平发电机组(6)并联连接在所述输水管线(1)与所述用水管网(5)之间形成旁路管线，利用所述水力透平发电机组(6)对水的降压作用，将所述水降压后供应到所述用水管网(5)中，
所述水力透平发电机组(6)中的各个水力透平发电机(61～6n)分别通过电动阀(91～9n)与所述输水管线(1)、所述用水管网(5)连接，
通过所述水力透平发电机组(6)的降压向所述用水管网(5)供水时，关闭所述闸阀(8)并调节所述调压装置(3)的压力，将所述输水管线(1)中的水压调节在高压状态，
所述控制装置(7)根据所述用水管网(5)的用水量，通过控制所述电动阀(9)，使与所述用水量对应的所述水力透平发电机(61～6n)发电，保持用水管网(5)中水压的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述用水管网(5)的用水量为实际检测的用水量。
3.根据权利要求1所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述用水管网(5)的用水量为根据过去的使用情况或用水计划，设定的用水量。
4.根据权利要求1所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述控制装置(7)根据所述用水管网(5)的水压控制所述水力透平发电机组(6)的发电量，在水压低于设定值时降低发电量，高于设定值时增加发电量，以保持水压的稳定。
5.根据权利要求1所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述水力透平发电机组(6)的出水口与所述蓄水池2之间设置泄压阀(10)，以防止用水管网(5)过压。
6.根据权利要求5所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述水力透平发电机组(6)中的各个水力透平发电机(61～6n)分别通过调压阀(111～11n)与所述用水管网(5)连接。
7.根据权利要求6所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述用水管网(5)包括消防管网(51)，所述输水管线(1)通过减压阀(12)与所述消防管网(51)连接。
8.根据权利要求7所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述用水管网(5)包括生活水管网(52)、生产水管网(53)，所述生活水管网(52)通过电动阀(13)、所述生产水管网(53)直接与所述水力透平发电机组(6)连接。
9.根据权利要求8所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：在所述水力透平发电机组(6)的进水口与出水口之间设置有短路用的电动阀(14)。
10.根据权利要求6所述的一种高压水源的降压供水系统，其特征在于：所述输水管线(1)末端的水压为1.4～1.5MPa，所述水力透平发电机组(6)减压后的水压为0.6～0.65MPa。
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2018
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Application publication date: 20190308 Assignee: Qinghai Salt Lake Magnesium Industry Co.,Ltd. Assignor: QINGHAI SALT LAKE INDUSTRY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023990000996 Denomination of invention: A depressurization water supply system with high-pressure water source Granted publication date: 20201204 License type: Exclusive License Record date: 20240102 |