CN110107544B - 一种基于大数据的自然能提水系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及给水设备技术领域，具体公开了一种基于大数据的自然能提水系统，包括水锤泵和机座，水锤泵的泵体固定连接在基座上，水锤泵进口密封连接有进水管，进水管连接有水源；进水管的进水端高于进水管的出水端形成水头落差；进水管上安装有进水阀；还包括水池，机座固定在水池底部，水锤泵的泵体位于水池内；水锤泵的泵体上方连接有空气室；水锤泵出口连接有出水管，出水管上有出水阀。本专利的目的在于解决因水利工程建设不足导致的山区人民日常生活缺水的问题。

Description

一种基于大数据的自然能提水系统

技术领域

本发明属于给水设备领域，具体涉及一种基于大数据的自然能提水系统。

背景技术

中国是一个多山的国家,山地的面积占全国陆地面积的1/3。如果把山地、丘陵和高原等地形起伏的地区统称为山区,那么,我国山区的面积占到了全国陆地面积的2/3,也就是66.7％。

目前中国的偏远山区缺水十分严重，主要是因为降水少，蒸发旺盛，深居内陆，远离海洋等自然因素；水储存困难，没有很好的储水区域，喀斯特地貌等地理因素；以及水利工程建设不完善等建设因素。

由于缺水，山区存在农田灌溉以及养殖困难，山地种植灌溉、丘陵高地果园灌溉、污水排泄及泄洪、鱼塘换水、坡地人畜饮水等困难。尤其是我国南方广大山区、丘陵，存在工程性缺水的难题，导致了我国山区经济发展落后，人民的生活难以得到保障。

自然以及地理因素难以改变，但是水利工程建设却是可以改变的。解决山区的用水难题是关乎到国计民生的亟待解决的问题。因此很有必要设计出一种节能环保的提水系统，以满足山区人民的日常生活需求。

发明内容

针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供一种基于大数据的自然能提水系统，解决因水利工程建设不足导致的山区人民日常生活缺水的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于大数据的自然能提水系统，包括水锤泵和水锤泵的机座，水锤泵的泵体固定连接在基座上，水锤泵进口密封连接有进水管，进水管连接有水源；进水管的进水端高于进水管的出水端形成水头落差；进水管上安装有进水阀；还包括水池，所述机座固定在水池底部，所述水锤泵的泵体位于水池内；水锤泵的泵体上方连接有空气室；水锤泵出口连接有出水管，出水管上有出水阀；所述水源与进水管之间设置有净水机构，所述净水机构包含蓄水前池和机架，蓄水前池的上部开口，机架上固定有第一电机，第一电机连接有转动杆，转动杆远离第一电机的一端伸入蓄水前池内；转动杆位于蓄水前池口部以上的部分为直杆，转动杆位于蓄水前池内的部分为螺纹杆；直杆上花键连接有筛板，筛板设置为伞状，蓄水前池内壁上靠近口部的地方设置有水平方向的圆弧形槽口，圆弧形槽口上端面延伸至蓄水前池口部，筛板边缘延伸至圆弧形槽口内与圆弧形槽口滑动连接；螺纹杆上螺纹连接有活性炭箱，活性炭箱上开设有多个进水孔，蓄水前池内壁上设置有竖直方向的滑槽，活性炭箱的一端连接有限位块，限位块远离活性炭箱的一端卡入滑槽中并可在滑槽内滑动；蓄水前池的口部的下方的侧壁上设置有开口，开口密封连接进水管的进水端。

本技术方案的技术原理为：

1.设置水锤泵，水锤泵是一种以流水为动力，通过机械作用，产生水锤效应，将低水头能转换为高水头能的高级提水装置。利用水锤泵的提水原理将水从低处送往高处，无需额外的能源，节能又环保，非常适合山区等条件不便的地方用来提水使用。

2.设置水头落差，确保水锤泵的提水效率。

3.设置进水阀和出水阀，用来控制水锤泵的开启或者关停。

4.设置净水机构，利用筛板过滤水中的大颗粒杂质，然后利用第一电机驱动转动杆转动带动筛板转动产生离心力将杂质甩出去；转动杆转动还可带动活性炭箱上下往复移动除去水中的异味、有机物、有毒物质等。

本方案产生的有益效果是：

1.与现有技术中通过电泵提水，电泵耗电量大、不环保相比，本方案中利用水锤泵以流水为动力，通过机械作用产生水锤效应，实现将低处的水送往高处，无需消耗额外的能源，节能又环保。

2.与现有技术中电泵提水24小时连续工作易导致电泵被烧坏相比，本方案中水锤泵可24小时不断连续提水，不易损坏，随时可满足人们的用水需求，使用更加方便。

3.现有技术中的电泵的使用寿命一般为3～5年，加上电线等投资成本高，本方案中的水锤泵的使用寿命可达30年，一次性投资可长久的使用，性价比高。

4.利用筛板过滤水中的大颗粒杂质，然后利用第一电机驱动转动杆转动带动筛板转动产生离心力将杂质甩出去；转动杆转动还可带动活性炭箱上下往复移动除去水中的异味、有机物、有毒物质等。

进一步，所述进水管与地面的夹角为7～14°。优化水锤泵的提水效率。

进一步，所述水头落差为0.5～7.5m。优化水锤泵的提水效率。

进一步，所述进水管出口的位置至少要比蓄水前池的最低运行水位低30cm。避免枯水期时空气进入进水管中从而进入水锤泵中导致水锤泵的提水效率降低甚至无法提水。

进一步，所述进水管的进水端设置有滤网。用来过滤水中的树枝、树叶等杂质，避免杂质进入管道和水锤泵中造成管道和水锤泵堵塞。

进一步，所述滤网沿竖直方向设置在开口的进水端；所述限位块与蓄水前池相接触的一端设置有凹槽，凹槽延伸至限位块的上下两个端面形成通槽，从而使限位块靠近蓄水前池内侧壁的一端形成两个凸起；所述滑槽的数量为两个，两个凸起分别卡入两个滑槽内并可沿滑槽滑动，凹槽凹陷处的底部可与滤网表面贴合，凹槽的凹陷的宽度与滤网的水平方向的宽度一致。

限位块对活性炭箱在水平方向上进行限位，活性炭箱上下往复移动会带动限位块沿着滑槽上下往复滑动，从而限位块的凹槽可以刮除滤网上的杂质，避免滤网堵塞。

进一步，所述活性炭箱下方的蓄水前池的底部内侧设置有按压阀，按压阀包括阀芯，当按压阀的阀芯被按压时，按压阀打开，当按压阀的阀芯不被按压时，按压阀关闭；当活性炭箱运动到最下端时，活性炭箱可按压到按压阀的阀芯。

实现蓄水前池自动间歇性排出底部的泥沙和杂质。

进一步，所述机架上设置有箱体，箱体内固定有第二电机，第二电机可周期性正转与反转，箱体底部内侧固定有开口向上的半球形的明矾储存槽，明矾储存槽的口部的中心设置有由第二电机驱动的旋转轴，旋转轴的转动平面与半球形的明矾储存槽的口部所在的平面垂直；箱体内还有量勺，量勺的手柄固定在旋转轴上，量勺的口部朝向旋转轴转动的一侧；所述箱体上开设有通孔，通孔处固定有溜槽，溜槽倾斜设置，溜槽向上倾斜的一端延伸至箱体内，当量勺向上转动的过程中量勺内的明矾能够自动落入溜槽中，溜槽向下倾斜的一段延伸至筛板上方。

实现自动间歇性定量添加明矾，利用明矾除去水中的泥沙，明矾溶于水后粘接成胶粒沉入水底，按压阀打开时可自动排出。

进一步，所述进水管的长度为水头落差的6～8倍。

根据长期经验得出在此范围内可优化水锤泵的提水效率。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为限位块的端部的俯视图

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：蓄水前池10、按压阀11、第一电机20、转动杆21、筛板22、活性炭箱23、限位块24、滤网25、箱体30、明矾储存槽31、旋转轴32、量勺33、加料口34、旋塞35、溜槽36、水池40、泵体50、水锤泵进口51、进水管52、水锤泵出口53、出水管54、空气室55、凹槽60。

实施例基本如附图1、附图2所示：

一种基于大数据的自然能提水系统，如图1所示，包括水锤泵和机座，为了使机座能够承受强大的水锤压力和震动，机座用混凝土浇筑而成。本实施例采用的水锤泵的型号为HT～SP～50。水锤泵是一种以流水为动力，通过机械作用，产生水锤效应，将低水头能转换为高水头能的高级提水装置。水锤泵是一种可以将动能转换为压力能的一种简单机械。

水锤泵的座体通过螺栓固定连接在基座上。水锤泵进口51密封连接有进水管52，进水管52采用直径为50mm的无缝钢管制成，进水管52为直管，进水管52连接有水源。进水管52的进水端高于进水管52的出水端形成水头落差，本实施例中水头落差设置为3米，进水管52的长度为水头落差的8倍，即24米，从而使进水管52与地面的夹角为7.18°，可优化水锤泵的提水效率。

进水管52与蓄水前池10距离为50cm处安装有进水阀，进水阀用于启动和停止水锤泵工作。

本实施例还包括水池40，机座固定在水池40的底部，所述水锤泵的泵体50位于水池40内；水锤泵的泵体50上方连接有空气室55，空气室55内装有氮气；水锤泵出口53连接有出水管54，出水管54沿竖直方向布置将水从低处送往高处。出水管54上设置有出水阀，出水阀用于水锤泵的启动控制，同时可以防止水锤泵停止工作时出水管54里的水倒流回水锤泵里。本实施例中出水管54的直径设置为进水管52直径的一半，即25cm。

由于本提水系统主要用在山区等自然环境中，水源中含有树枝、树叶、泥沙和细菌等不利于提水或者不利于人们使用的物质，故本实施例在水源与进水管52之间设置了净水机构。

如图1所示，净水机构包含蓄水前池10和机架，蓄水前池10的外形为圆柱体形状，蓄水前池10的上部开口。蓄水前池10可根据不同用水需求和现有材料来选择，可以用砖泥砌，可以用钢材制做，可以用现成的大木桶、大塑料桶、废弃的大铁筒等来制作，优选为砖泥砌成，坚固耐用。蓄水前池10的容积的计算方法为每小时需求的水量乘以每天的用水时长。蓄水前池10的作用是储存并净化水，保证进入进水管52内的水的量与水质，避免杂质堵塞管道和水锤泵并提高水质以适于人们生活使用。

机架上固定有第一电机20，第一电机20的下端固定连接有转动杆21，转动杆21沿竖直方向布置，转动杆21的下端伸入蓄水前池10内侧中下部；转动杆21位于蓄水前池10口部以上的部分为直杆，转动杆21位于蓄水前池10口部以下的部分为螺纹杆；直杆上连接有筛板22，筛板22设置为伞状，筛板22与直杆通过花键连接，从而使筛板22可在竖直方向上滑动并在水平方向上被限位。蓄水前池10内壁上靠近口部的地方设置有水平方向的圆弧形槽口，圆弧形槽口上端面延伸至蓄水前池10的口部，筛板22边缘延伸至圆弧形槽口内与圆弧形槽口滑动连接，从而将筛板22在竖直方向上限位。筛板22的孔径尺寸为5mm，从水源流出的水从筛板22上侧进入蓄水前池10中，筛板22将大颗粒杂质过滤出去。

电机驱动转动杆21转动，转动杆21带动筛板22沿着圆弧形槽口旋转产生离心力，筛板22旋转一方面可以加快水的过滤，另一方面可将树枝、树叶等大颗粒杂质过滤出来并利用离心力将杂质甩出去，实现水的过滤并自动排出杂质。

蓄水前池10的内部、螺纹杆上螺纹连接有活性炭箱23，活性炭箱23内部装有活性炭，活性炭可以可有效除去水中的臭味、有机物、氯、氰及多种重金属离子等有害物质并可起到脱色的作用；活性炭箱23上开设有多个进水孔；蓄水前池10的内壁上设置有竖直方向的滑槽，活性炭箱23的一端连接有限位块24。限位块24远离活性炭箱23的一端卡入滑槽中并可在滑槽内滑动；活性炭箱23在水平方向上被限位。电机可周期性正转与反转，本实施例采用的电机是脉冲控制的伺服电机。

电机周期性正传与反转会驱动转动杆21周期性正转与反转，转动杆21带动活性炭箱23上下往复移动，性炭箱23对蓄水前池10内的水进行吸附，去除异味和有害物质。

活性炭箱23顶部设置有门，可通过打开门更换活性炭箱23内部的活性炭。同时，活性炭箱23与转动杆21螺纹连接可使活性炭箱23运动至蓄水前池10的口部，方便更换活性炭。

蓄水前池10的侧壁上设置有开口，开口密封连接进水管52的进水端。进水管52的进水端要比蓄水前池10的最低运行水位(枯水期的水位)低40cm，且进水管52的进水端伸入蓄水前池10内的长度为50cm，防止进水管52内吸入空气，减小水锤压力，导致水锤泵的提水效率降低，甚至导致水锤泵停止工作。进水管52的进水端与蓄水前池10底部的距离为至少为20cm，本实施例中设置为0.8m，从而避免蓄水前池10底部沉积的泥沙被吸入进水管52内，造成水质浑浊，不利于人们使用。

蓄水前池10的侧壁上的开口的进水端沿着竖直方向设置有滤网25。如图2所示，限位块24与蓄水前池10相接触的一端设置有凹槽60。凹槽60延伸至限位块24的上下两个端面形成通槽，从而使限位块24靠近蓄水前池10内侧壁的一端形成两个凸起；蓄水前池10内侧壁上的竖直方向的滑槽的数量为两个，两个凸起分别卡入两个滑槽内并可沿滑槽滑动，凸起完全卡入滑槽内，使凹槽60的底部内侧可与滤网25表面贴合，凹槽60的槽口宽度与滤网25与凹槽60接触的面的宽度一致，当凹槽60沿着滑槽上下滑动时，凹槽60的底部内侧从滤网25表面刮过，凹槽60的底部内侧能刮除滤网25表面的杂质，避免滤网堵塞。

限位块24的数量设置为两个且关于转动杆21对称分布，可以更加稳固地将活性炭箱23在水平方向上进行限位。

如图1所示，活性炭箱23下方、蓄水前池10的底部内侧设置有按压阀11，本实施例采用的按压阀11的型号为DD～8053，按压阀11包括控制按压阀11打开和关闭的按压阀11的阀芯，按压阀11的阀芯沿竖直方向布置，当按压阀11的阀芯被按压时，按压阀11打开，当按压阀11的阀芯不被按压时，按压阀11关闭，当活性炭箱23运动到最下端时，活性炭箱23可按压到按压阀11的阀芯。

活性炭箱23上下往复移动，活性炭箱23可间歇性按压按压阀11的阀芯使按压阀11自动间歇性打开，实现蓄水前池10底部自动间歇性排除泥沙和杂质。

机架上设置有箱体30，箱体30内固定有第二电机，第二电机，第二电机可周期性正转与反转，箱体30底部内侧固定有开口向上的半球形的明矾储存槽31，明矾储存槽31的口部的中心设置有由第二电机驱动的旋转轴32，旋转轴32顺时针转动，旋转轴32的转动平面与明矾储存槽31的口部所在的平面垂直；箱体30内还有量勺33，量勺33的手柄固定在旋转轴32上，量勺33的口部朝向旋转轴32转动的一侧；箱体30上开设有通孔，通孔处固定有溜槽36，溜槽36倾斜设置，溜槽36向上倾斜的一端延伸至箱体30内，当量勺33转动到最高位置时量勺33内的明矾能够自动落入溜槽36中，溜槽36向下倾斜的一端延伸至筛板22的上方。量勺33顺时针运动到最高位置后，第二电机反转使量勺33逆时针运动至最低位置，不断循环。

实现蓄水前池10内自动间歇性定量添加明矾，明矾溶于水后电离产生了Al³⁺，Al³⁺与水电离产生的OHˉ结合生成了氢氧化铝，氢氧化铝胶体粒子带有正电荷，与带负电的泥沙胶粒相遇，彼此电荷被中和，失去了电荷的胶粒，很快就会聚结在一起，粒子越结越大，最终会沉入水底，使水变得清澈干净。当按压阀11打开的时候，胶粒自动经按压阀11排出，实现自动除去水中的泥沙并自动排出。

明矾储存槽31的内壁设置为光滑面，明矾储存槽31内壁上端的明矾会在自身重力下滑动到明矾储存槽31内壁的下端，方便量勺33量取明矾。

溜槽36位于箱体30外部的一段的上方设置有盖板，本实施例采用的明矾为粉末状，设置盖板可防止明矾粉末被风刮走，避免明矾的浪费。

箱体30顶部设置有加料口34，加料口34螺纹连接有旋塞35，方便向明矾储存槽31内添加明矾，拧紧旋塞35可防止雨水进入箱体30内造成明矾粉末粘在一起不便于明矾的自动添加。

具体实施过程如下：

选取合适的地址并安装好本发明后，启动第二电机，向蓄水前池10内间歇性添加明矾。同时启动第一电机20，水源流出的水经过筛板22过滤后除去水中的大颗粒杂质后进入蓄水前池10中，明矾溶于水中后电离产生了Al³⁺，Al³⁺与水电离产生的OHˉ结合生成了氢氧化铝，氢氧化铝胶体粒子带有正电荷，与带负电的泥沙胶粒相遇，彼此电荷被中和，失去了电荷的胶粒，很快就会聚结在一起，粒子越结越大，最终会沉入水底，使水变得清澈干净；杂质则留在筛板22上，第一电机20驱动转动杆21转动，转动杆21一方面带动筛板22转动，筛板22转动产生离心力将筛板22上的杂质甩出去实现杂质的自动排出；转动杆21另一方面带动活性炭箱23上下往复移动吸附水中的臭味、有机物、氯、氰及多种重金属离子等有害物质并可起到脱色的作用，活性炭箱23运动到最低位置的时候会按压到按压阀11的阀芯，按压阀11打开，实现蓄水前池10自动间歇性排出胶粒、杂质和泥沙；当蓄水前池10的水装满后打开进水阀和出水阀，水锤泵开始工作，部分杂质会留在滤网25的表面，活性炭箱23上下往复运动的过程中带动限位块24沿着滑槽上下往复运动，限位块24的凹槽60对滤网25上的杂质进行刮除，避免滤网25堵塞。从而实现将水源的水净化后从低处提到高处，解决因水利工程建设不足导致的山区人民日常生活缺水的问题。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种基于大数据的自然能提水系统，包括水锤泵和水锤泵的机座，其特征在于：水锤泵的泵体固定连接在基座上，水锤泵进口密封连接有进水管，进水管连接有水源；进水管的进水端高于进水管的出水端形成水头落差；进水管上安装有进水阀；还包括水池，所述机座固定在水池底部，所述水锤泵的泵体位于水池内；水锤泵的泵体上方连接有空气室；水锤泵出口连接有出水管，出水管上有出水阀；所述水源与进水管之间设置有净水机构，所述净水机构包含蓄水前池和机架，蓄水前池的上部开口，机架上固定有第一电机，第一电机连接有转动杆，转动杆远离第一电机的一端伸入蓄水前池内；转动杆位于蓄水前池口部以上的部分为直杆，转动杆位于蓄水前池内的部分为螺纹杆；直杆上花键连接有筛板，筛板设置为伞状，蓄水前池内壁上靠近口部的地方设置有水平方向的圆弧形槽口，圆弧形槽口上端面延伸至蓄水前池口部，筛板边缘延伸至圆弧形槽口内与圆弧形槽口滑动连接；螺纹杆上螺纹连接有活性炭箱，活性炭箱上开设有多个通孔，蓄水前池内壁上设置有竖直方向的滑槽，活性炭箱的一端连接有限位块，限位块远离活性炭箱的一端卡入滑槽中并可在滑槽内滑动；蓄水前池的口部的下方的侧壁上设置有开口，开口密封连接进水管的进水端。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述进水管与地面的夹角为7～14°。

3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述水头落差为0.5～7.5m。

4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述进水管出口的位置至少要比蓄水前池的最低运行水位低30cm。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述进水管的进水端设置有滤网。

6.根据权利要求5所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述滤网沿竖直方向设置在开口的进水端；所述限位块与蓄水前池相接触的一端设置有凹槽，凹槽延伸至限位块的上下两个端面形成通槽，从而使限位块靠近蓄水前池内侧壁的一端形成两个凸起；所述滑槽的数量为两个，两个凸起分别卡入两个滑槽内并可沿滑槽滑动，凹槽凹陷处的底部可与滤网表面贴合，凹槽的凹陷的宽度与滤网的水平方向的宽度一致。

7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述活性炭箱下方的蓄水前池的底部内侧设置有按压阀，按压阀包括阀芯，当按压阀的阀芯被按压时，按压阀打开，当按压阀的阀芯不被按压时，按压阀关闭；当活性炭箱运动到最下端时，活性炭箱可按压到按压阀的阀芯。

8.根据权利要求7所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述机架上设置有箱体，箱体内固定有第二电机，第二电机可周期性正转与反转，箱体底部内侧固定有开口向上的半球形的明矾储存槽，明矾储存槽的口部的中心设置有由第二电机驱动的旋转轴，旋转轴的转动平面与半球形的明矾储存槽的口部所在的平面垂直；箱体内还有量勺，量勺的手柄固定在旋转轴上，量勺的口部朝向旋转轴转动的一侧；所述箱体上开设有通孔，通孔处固定有溜槽，溜槽倾斜设置，溜槽向上倾斜的一端延伸至箱体内，当量勺向上转动的过程中量勺内的明矾能够自动落入溜槽中，溜槽向下倾斜的一段延伸至筛板上方。

9.根据权利要求8所述的一种基于大数据的自然能提水系统，其特征在于：所述进水管的长度为水头落差的6～8倍。

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