CN111572707A

CN111572707A - 一种紧凑型压力供水装置

Info

Publication number: CN111572707A
Application number: CN202010467285.5A
Authority: CN
Inventors: 陈雷; 甘霏斐
Original assignee: 708th Research Institute of CSIC
Current assignee: 708th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: CN111572707B

Abstract

本发明公开了一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：包括淡水舱、补水泵、压力水柜、控制单元和压力传感器，所述补水泵有多台，多台补水泵的进水端与淡水舱的出水端连接，多台补水泵的出水端通过止回阀与压力水柜进水口连接，压力水柜出水口连接供水管路，所述压力水柜上设有压力传感器，所述控制单元分别连接压力传感器和多台补水泵，用于接收压力传感器检测到的压力信号并根据压力传感器的设定值自动调节投入运行的补水泵的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵的排量。可在不减小峰值用水量、不增加补水泵起停频率的基础上，将压力水柜容积减小为原来的1/n，既节省成本又节约空间，既能减轻设备重量又便于实船布置。

Description

一种紧凑型压力供水装置

技术领域

本发明涉及一种紧凑型压力供水装置，属于船舶及海洋工程技术领域。

背景技术

压力供水装置是船舶及海洋工程上普遍使用的一种供水方式，传统压力供水装置通常由压力水柜、2×100％排量的补水泵及两个压力开关组成。压力水柜内部下方为水，上方为压缩空气，当压力水柜液位降低时，压力水柜上方压缩空气因体积膨胀而压力减小，当压力减小至压力开关的低压设定值时，补水泵起动进行补水，此时压力水柜内压缩空气的压力即为最小供水压力P_E；当压力水柜液位逐渐升高时，压力水柜上方压缩空气因体积压缩而压力增大，当压力增大至压力开关的高压设定值时，补水泵停止中断补水，此时压力水柜内压缩空气的压力即为最大供水压力P_A。两台补水泵为一用一备关系，通常不同时使用，一台补水泵的排量即可满足船舶及海洋工程峰值用水量的需求，只有当主用泵故障时，备用泵才接替主用泵投入运行。

压力水柜的总容积设为V_D(m³)，压力水柜高液位和低液位之间的容积差值为压力水柜的有效容积V_S(m³),补水泵的排量设为V_P(m³/h)，用水量设为q(m³/h)，补水泵每小时起停次数设为S，则：

即在压力柜有效容积V_S与补水泵的排量V_P都确定的前提下，补水泵每小时起停次数S是关于用水量q的一元二次函数，当压力柜出水量q等于补水泵排量V_P的一半时，补水泵每小时起停次数S最大，此时：

假设压力水柜低液位时，残水容积为压力水柜总容积的20％，根据理想气体等温膨胀公式可知：

P_A(0.8V_D-V_S)＝P_E×0.8V_D

整理可得：

即在补水泵每小时最大起停次数S、最大供水压力P_A及最小供水压力P_E都不变的前提下，压力水柜容积V_D与补水泵的排量V_P成正比。

随着船舶及海洋工程往大型化方向的发展，船舶及海洋工程上的定员数量及用水器具数量在不断增加，对供水量的需求也在不断增加，致使补水泵的排量越来越大。补水泵通常由电动机驱动，电动机每小时起停次数不宜过大，否则会对电机寿命不利，为保证补水泵起停频率在规定范围内，压力水柜的容积也随着补水泵排量的增加而不断增加，压力水柜的体积不断增大，不仅使采购成本增加，还给实船布置带来了诸多困难，对船舶及海洋工程项目的重量重心也带来了不利的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：传统压力供水装置要满足补水泵起停频率在规定范围内则压力水柜的容积必须随着补水泵排量增加而不断增大的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：包括淡水舱、补水泵、压力水柜、控制单元和压力传感器，所述补水泵有多台，多台补水泵的进水端与淡水舱的出水端连接，多台补水泵的出水端通过止回阀与压力水柜进水口连接，压力水柜出水口连接供水管路，所述压力水柜上设有压力传感器，用于检测压力水柜内的压力并将压力信号传输给控制单元，所述控制单元分别连接压力传感器和多台补水泵，用于接收压力传感器检测到的压力信号并根据压力传感器的设定值自动调节投入运行的补水泵的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵的排量。

优选地，所述补水泵为小排量补水泵，排量按照不小于峰值用水量的1/n确定，其中n≥2。

优选地，所述补水泵的数量按照n+1确定，其中n≥2，其中一台为备用泵。

优选地，所述压力传感器设置n个高压设定值和n个低压设定值，其中n≥2，所述控制单元根据不同的压力设定值控制所述补水泵投入运行或退出运行。

优选地，所述压力传感器的高压设定值的最大值不大于压力水柜的最大供水压力，压力传感器的低压设定值的最小值不小于压力水柜的最低供水压力。

优选地，当用水量增加使得用水量大于补水量时，所述压力水柜内的压力会持续降低，当降低到所述压力传感器的n个低压设定值的最大值时，所述控制单元会自动增加投入运行一台所述小排量补水泵；如用水量仍大于补水量时，所述压力水柜内的压力会继续降低，当降低到所述压力传感器的下一个低压设定值时，所述控制单元会再自动增加投入运行一台所述小排量补水泵；直到压力水柜内的压力降低至所述压力传感器的n个低压设定值的最小值时，除备用泵以外的其他所有所述小排量补水泵均投入运行。

优选地，当用水量减小使得用水量小于补水量时，所述压力水柜内的压力会持续增加，当增加到所述压力传感器的n个高压设定值的最小值时，所述控制单元会自动停止一台正在运行的所述小排量补水泵；如用水量仍小于补水量时，所述压力水柜内的压力会继续增加，当增加到所述压力传感器的下一个高压设定值时，控制单元会再自动停止一台正在运行的所述小排量补水泵；直到压力水柜内的压力增加至所述压力传感器的n个高压设定值的最大值时，所有所述小排量补水泵均退出运行。

优选地，所述小排量补水泵具有一定的优先次序：当需要起动一台所述小排量补水泵时，所述控制单元先起动未投入运行的优先级别最高的一台所述小排量补水泵；当需要停止一台所述小排量补水泵时，所述控制单元先停止正在运行的优先级别最低的一台所述小排量补水泵。

优选地，所述小排量补水泵的优先次序可调整，以保证每台所述小排量补水泵的运行时间相对均衡。

优选地，所述压力水柜上设有处于常闭状态的充气口及泄放口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用多台小排量的补水泵，单台补水泵的排量按照不小于峰值用水量的1/n确定，补水泵的数量按照n+1确定，其中n≥2，补水泵的总排量(n+1)/n在满足峰值用水量的基础上，相比传统压力供水装置补水泵的总排量200％显著减小；

2、本发明可根据实际用水量的大小调节投入运行的补水泵的数量，可将补水量从原来的0—>100％改进为0—>1/n—>2/n……—>100％，更容易达到供需平衡；

3、本发明用压力传感器替代压力开关，可根据实际需要设置n个高压设定值和n个低压设定值，无需额外设置多个压力开关，减少控制用元件数量，降低故障发生率；

4、控制单元根据压力传感器的设定值自动调节投入运行的补水泵的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵的排量，可在不减小峰值用水量、不增加补水泵起停频率的基础上，将压力水柜容积减小为原来的1/n，既节省成本又节约空间，既能减轻设备重量又便于实船布置。

附图说明

图1为本发明一种紧凑型压力供水装置结构示意图；

图2为传统压力供水装置补水泵的起停频率S与用水量q之间的关系曲线图；

图3为本发明一种紧凑型压力供水装置补水泵的起停频率S’与用水量q之间的关系曲线图。

附图标记说明：1、补水泵；2、压力水柜；3、压力传感器；4、控制器；5、淡水舱；6、止回阀；7、压力水柜进水口；8、压力水柜出水口；9、供水管路；10、充气口；11、泄放口。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实施例以n值取2为例进行说明，单台补水泵1排量取峰值用水量V_Peak的50％，补水泵的数量取3台，2用1备。如图1所示，本实施例提供的紧凑型压力供水装置包括3台补水泵1、压力水柜2、压力传感器3、控制单元4、淡水舱5、止回阀6、压力水柜进水口7、压力水柜出水口8、供水管路9、充气口10、和泄放口11。淡水舱5设置在船舶及海洋工程上，补水泵1的进水端与淡水舱5的出水端连接，补水泵1的出水端通过止回阀6与压力水柜进水口7连接，压力水柜出水口8连接供水管路9，补水泵1从淡水舱5吸取淡水，经止回阀6后注入压力水柜2，然后供至船舶及海洋工程上的供水管路9。

压力水柜2内部上方为压缩空气，下方为水，充气口10设置在压力水柜10的顶部，泄放口11设置在压力水柜10的底部，正常情况下充气口10及泄放口11上的阀门均为常闭状态，压力水柜2内部上方压缩空气的压力即供水压力，当液位降低时，压力水柜2内部上方压缩空气因体积膨胀而压力降低，当液位升高时，压力水柜2内部上方压缩空气因体积压缩而压力升高。压力传感器3安装在压力水柜10上，用来检测压力水柜2内部上方压缩空气的压力，其最大值即为最大供水压力P_A，最小值即为最小供水压力P_E，压力传感器3设置2个高压设定值和2个低压设定值，由高到低依次为P_H1、P_H2、P_L1、P_L2，其中P_H1等于最大供水压力P_A，P_L2等于最小供水压力P_E，P_H2略低于最大供水压力P_A，P_L1略高于最小供水压力P_E。

控制单元4可安装在压力水柜2上或集成在船舶的中央控制系统中，控制单元4分别连接压力传感器3和三台补水泵1，根据压力传感器3检测到的压力水柜2内的压力自动调节投入运行的所述小排量补水泵1的数量，以确保补水量与用水量差值不超过单台小排量补水泵1的排量。

当用水量小于峰值用水量V_Peak的50％时，假设初始状态下压力水柜2内的液位在高水位，补水泵1均为停泵状态，补水量为0，压力水柜2内的液位及供水压力随着用水量的增加而持续降低，当供水压力降低到P_L1时，控制单元4起动第一台补水泵1以50％的峰值用水量进行补水，此时用水量小于补水量，压力水柜2内的液位及供水压力会持续升高，当供水压力升高至P_H1时，控制单元4停止第一台补水泵1中断补水，以此往复。

当用水量等于峰值用水量V_Peak的50％时，假设初始状态下压力水柜2内的液位在高水位，补水泵1均为停泵状态，补水量为0，压力水柜2内的液位及供水压力随着用水量的增加而持续降低，当供水压力降低到P_L1时，控制单元4起动第一台补水泵1以50％的峰值用水量进行补水，此时用水量等于补水量，第一台补水泵将保持持续运行，压力水柜2内的液位及供水压力将保持不变。

当用水量大于峰值用水量V_Peak的50％且小于峰值用水量V_Peak时，假设初始状态下压力水柜2内的液位在高水位，补水泵1均为停泵状态，补水量为0，压力水柜2内的液位及供水压力随着用水量的增加而持续降低，当供水压力降低到P_L1时，控制单元4起动第一台补水泵1以50％的峰值用水量进行补水，此时用水量仍大于补水量，压力水柜2内的液位及供水压力会持续降低，当供水压力降低至P_L2时，控制单元4起动第二台补水泵1，两台补水泵1以100％的峰值用水量进行补水，此时用水量小于补水量，压力水柜2内的液位及供水压力会持续升高，当供水压力升高至P_H2时，控制单元4控制第二台补水泵1停止，第一台补水泵1仍以50％的峰值用水量进行补水，以此往复。

当用水量等于峰值用水量V_Peak时，假设初始状态下压力水柜2内的液位在高水位，补水泵1均为停泵状态，补水量为0，压力水柜2内的液位及供水压力随着用水量的增加而持续降低，当供水压力降低到P_L1时，控制单元4起动第一台补水泵1以50％的峰值用水量进行补水，此时用水量仍大于补水量，压力水柜2内的液位及供水压力会持续降低，当供水压力降低至P_L2时，控制单元4起动第二台补水泵1，两台补水泵1以100％的峰值用水量进行补水，此时用水量等于补水量，两台补水泵将保持持续运行，压力水柜2内的液位及供水压力将保持不变。

传统压力供水装置补水泵排量V_P约等于峰值用水量V_Peak，补水泵的起停频率为：

绘制曲线如图2所示，由图2可知，当用水量q等于峰值用水量V_Peak的50％时，补水泵每小时起停次数S最大，此时：

本实施例单台补水泵1排量V_P取峰值用水量V_Peak的50％，补水泵1的数量取3台，2用1备,补水泵1的起停频率为：

当用水量q小于等于峰值用水量V_Peak的50％时，

当用水量q大于等于峰值用水量V_Peak的50％时，

绘制曲线如图3所示，由图3可知，当用水量q等于峰值用水量V_Peak的25％和75％时，补水泵1每小时起停次数S’最大，此时：

令S’＝S，由V_P’＝50％V_P可得：

V_S’＝50％V_S

根据公式：

可得：

V_D’＝50％V_D

即，通过设置3台单台排量相当于50％峰值用水量V_Peak的补水泵1，用控制单元4根据压力传感器3的设定值自动调节投入运行的补水泵1的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵1的排量，可在不减小峰值用水量、不增加补水泵1起停频率的基础上，将压力水柜2的容积减小为原来的50％。

以此类推，作为优选的实施方式，通过使用n+1台单台排量相当于1/n峰值用水量的补水泵，将压力传感器设置n个高压设定值和n个低压设定值，用控制单元根据压力传感器的设定值自动调节投入运行的补水泵的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵的排量，可在不减小峰值用水量、不增加补水泵起停频率的基础上，将压力水柜容积减小为原来的1/n，既节省成本又节约空间，既能减轻设备重量又便于实船布置。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：包括淡水舱(5)、补水泵(1)、压力水柜(2)、控制单元(4)和压力传感器(3)，所述补水泵(1)有多台，多台补水泵(1)的进水端与淡水舱(5)的出水端连接，多台补水泵(1)的出水端通过止回阀(6)与压力水柜进水口(7)连接，压力水柜出水口(8)连接供水管路(9)，所述压力水柜(2)上设有压力传感器(3)，用于检测压力水柜(2)内的压力并将压力信号传输给控制单元(4)，所述控制单元(4)分别连接压力传感器(3)和多台补水泵(1)，用于接收压力传感器(3)检测到的压力信号并根据压力传感器(3)的设定值自动调节投入运行的补水泵(1)的数量，使补水量与用水量差值不超过单台补水泵(1)的排量。

2.如权利要求1所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述补水泵(1)为小排量补水泵(1)，排量按照不小于峰值用水量的1/n确定，其中n≥2。

3.如权利要求1所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述补水泵(1)的数量按照n+1确定，其中n≥2，其中一台为备用泵。

4.如权利要求1所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述压力传感器(3)设置n个高压设定值和n个低压设定值，其中n≥2，所述控制单元(4)根据不同的压力设定值控制所述补水泵(1)投入运行或退出运行。

5.如权利要求4所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述压力传感器(3)的高压设定值的最大值不大于压力水柜(2)的最大供水压力，压力传感器(3)的低压设定值的最小值不小于压力水柜(2)的最低供水压力。

6.如权利要求4所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：当用水量增加使得用水量大于补水量时，所述压力水柜(2)内的压力会持续降低，当降低到所述压力传感器(3)的n个低压设定值的最大值时，所述控制单元(4)会自动增加投入运行一台所述小排量补水泵(1)；如用水量仍大于补水量时，所述压力水柜(2)内的压力会继续降低，当降低到所述压力传感器(3)的下一个低压设定值时，所述控制单元(4)会再自动增加投入运行一台所述小排量补水泵(1)；直到压力水柜(2)内的压力降低至所述压力传感器(3)的n个低压设定值的最小值时，除备用泵以外的其他所有所述小排量补水泵(1)均投入运行。

7.如权利要求4所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：当用水量减小使得用水量小于补水量时，所述压力水柜(2)内的压力会持续增加，当增加到所述压力传感器(3)的n个高压设定值的最小值时，所述控制单元(4)会自动停止一台正在运行的所述小排量补水泵(1)；如用水量仍小于补水量时，所述压力水柜(2)内的压力会继续增加，当增加到所述压力传感器(3)的下一个高压设定值时，控制单元(4)会再自动停止一台正在运行的所述小排量补水泵(1)；直到压力水柜(2)内的压力增加至所述压力传感器(3)的n个高压设定值的最大值时，所有所述小排量补水泵(1)均退出运行。

8.如权利要求2所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述小排量补水泵(1)具有一定的优先次序：当需要起动一台所述小排量补水泵(1)时，所述控制单元(4)先起动未投入运行的优先级别最高的一台所述小排量补水泵(1)；当需要停止一台所述小排量补水泵(1)时，所述控制单元(4)先停止正在运行的优先级别最低的一台所述小排量补水泵(1)。

9.如权利要求2所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述小排量补水泵(1)的优先次序可调整，以保证每台所述小排量补水泵(1)的运行时间相对均衡。

10.如权利要求1所述的一种紧凑型压力供水装置，其特征在于：所述压力水柜(2)上设有处于常闭状态的充气口(10)及泄放口(11)。