CN115305994A - 一种利用管网虹吸能力的节能装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程技术领域，公开了一种利用管网虹吸能力的节能装置及方法，所述利用管网虹吸能力的节能装置中水位罐的顶部和下部分别通过连通管连接到供水管道的顶部水流方向下降管道上，水位罐上安装有水位测量设备。水位罐安装在塔类设备或供水管道的顶部，供水管道顶部的最高点上通过顶部出水管道连接到真空泵；供水管道连接有循环水进水管和循环水出水管，循环水出水管与调节阀连接，水位测量设备为水位计或水位传感器。本发明最大程度的利用虹吸产生的节能效果的同时，解决了虹吸产生真空对生产带来的危害。

Description

一种利用管网虹吸能力的节能装置及方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种利用管网虹吸能力的节能装置及方法。

背景技术

目前，在供水系统中，有些特殊的结构，如图3所示。管道向往上，然后向下，形成一个凸字形。这种结构在化工设备的塔类设备和水利工程中用得比较多。在设备和管道设计过程中，一般会在最高标高点位置设置排气装置。因为当不设置排气装置时，这种结构会产生虹吸。液体从较高液位的一端经过高出液面的管道自动流向较低液位的另一端，这种现象就叫虹吸，虹吸会导致在高点产生真空；而真空可能使得高点汽化甚至发生气阻产生断流。在实际运行过程中必须保证最高点位置处于正压状态，但保持正压就没有利用到虹吸带来的节能效果。如果不用虹吸，就是指在管道的最高点维持正压状态。如果没有调节手段，一般会出现流量大幅度超过需求的情况，一方面浪费水，另外一方面塔类设备的温度也失去控制，所以必须通过出水管道上的阀门进行节流。只要通过了阀门节流，本质上就是通过节流浪费了能量，能量浪费的量可以通过以下公式计算：P＝ρ·g·Δp·Q；P—损失的功率(kW)；ρ—介质密度(kg/m²)；Δp—阀门前后压差(m)；Q—通过阀门的流量(m³/h)。假设充分的利用虹吸这一自然现象，则可以全部打开调节阀门，或更大程度的打开调节阀门，在维持Q不变的基础上，尽可能降低阀门前后的压差Δp，从而达到节能的效果。在利用虹吸来实现节能，还要克服启动及正常运行是不同压力需求的问题。在启动时，必须加大供水压，使水能克服重力，才能一直到达管道的最高点，然后接下水会向下流动，一直到充满管道，从而形成虹吸。这样一来供水泵就一定要既能满足到达最高点的压力；同时又要保证虹吸时供水压力下降的情况下，泵仍然运行在高效区，这样就为水泵参数的选择和设计带来了不必要的困难。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中虹吸会导致在高点产生真空，而真空可能使得高点汽化甚至发生气阻产生断流。在实际运行过程中必须保证最高点位置处于正压状态，但保持正压就不具有利用到虹吸带来的节能效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用管网虹吸能力的节能装置及方法。

本发明是这样实现的，一种利用管网虹吸能力的节能装置，所述利用管网虹吸能力的节能装置设置有水位罐；

水位罐的顶部和下部分别通过连通管连接到供水管道的顶部水流方向下降管道上，水位罐上安装有水位测量设备。

进一步，所述水位罐安装在塔类设备或供水管道的顶部。

进一步，所述供水管道顶部的最高点上通过顶部出水管道连接到真空泵。

进一步，所述供水管道连接有循环水进水管和循环水出水管。

进一步，所述循环水出水管与调节阀连接。

进一步，所述水位测量设备为水位计或水位传感器。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述利用管网虹吸能力的节能装置的利用管网虹吸能力的节能方法，所述利用管网虹吸能力的节能方法包括：

当发生汽化，聚集在管道的顶部，水位罐与管道顶部相连接，管道顶部有汽的情况下，水位罐的水位下降；当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，调整调节阀，直至水位罐的水位保持不变，管道顶部压力为最节能的状态；

当调节阀中的阀门调整完毕后接通通往真空系统的管道，将顶部的空气和剩余的蒸汽排出，使带入空气和产生少量的汽化及时排出；真空泵的抽吸和关小调节阀都将产生使管道顶部汽化的影响减少的外部特征；通过调整调节阀和真空泵，解决启动与正常运行时压力不同需求。

进一步，所述当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，调整调节阀，直至水位罐的水位保持不变具体过程为：

当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，逐步调小调节阀，一直到水位罐的水位保持不变，顶部压力是最节能的。

进一步，所述真空泵的抽吸和关小调节阀都将产生使管道顶部汽化的影响减少的外部特征具体过程为：

当调小调节阀中的阀门时，真空抽吸的频率减少；由于水带入空气，使得真空泵进行抽吸；在实践中根据不同的设备和介质的含气量，调整出合适的抽气频率。

进一步，所述通过调整调节阀，解决启动与正常运行时压力不同需求具体过程为：

供水设备满足在虹吸启动后的压力需求，在系统启动时，启动供水设备，关闭调节阀；同时启动真空泵对管道内部进行抽吸，直至水位罐的水位等于管道的顶部，开启调节阀，启动调节阀中阀门后断开真空泵，启动结束。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明最大程度的利用虹吸产生的节能效果的同时，解决了虹吸产生真空对生产带来的危害。

第二，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：现在化工厂的循环水系统有大量的塔类设备，几乎都是通过给最上部(最不利点)形成正压在工作，对于一些关键性的重大生产设备这还是必要的，但对与一些非关键设备，完全可以按本发明公布的方法降压运行。以发明者多年的节能项目实施经验来看，对于化工企业而言，实施降压后，循环水系统的平均节电率将达到10％。全国可改的项目节电费用将达1忆元人民币以上。

(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

目前国内外尚无此方法的介绍，本发明属于首次提出。

(3)本发明的技术方案克服了技术偏见：。

本发明提出的虹吸利用必须条件，实际上就是循环水系统整个管路设计过程中每一处都要维持的必要的安全生产条件，以前的设计方法一般是根据设计手册中介绍的经验公式，并未有具体的必要条件的表述，本发明在此提出了具体的核算方法。

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用管网虹吸能力的节能装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的测量冷流体侧的温度最高位置示意图；

图3是本发明实施例提供的供水系统中凸字形示意图；

图中：1、供水管道；2、循环水进水管；3、循环水出水管；4、调节阀；5、顶部出水管道；6、水位计；7、水位罐；8、连通管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的利用管网虹吸能力的节能装置中在塔类设备或供水管道1的顶部装有水位罐7，水位罐7的顶部和下部分别通过连通管8连接到供水管道1的顶部水流方向下降管道上，水位罐7上安装有水位计6或水位传感器，供水管道1顶部的最高点上通过顶部出水管道5连接到真空泵。供水管道1连接有循环水进水管2和循环水出水管3，循环水出水管3与调节阀4连接。为了保证顶部为真空的情况下，可以继续排出循环水带来的气体，同时避免在调整过程中汽化出的水蒸气，在供水管道1的最高点上用顶部出水管道5连接到真空泵。当测量到水位罐7水位下降，就连通真空泵抽气；同时调整调节阀。当水位达到水管最顶部的高度相同时，关闭与真空泵的联系。

如图2所示，提出虹吸利用必须条件：要利用虹吸，必须保证整个待控制系统是密闭的，也就是不与外界连通和物质交换。最高点的压力必须保证其不会汽化，循环水供水之所要送到高处，是因为高处有必要进行冷却或其它必要性供水。而水在不同的温度下，对应的有不同的汽化压力，当水的实际压力低于汽化压力，就会汽化，汽化会使水变成汽，失去冷却的作用，还会发生气阻产生断流。水的汽化与温度有关，不同的温度汽化压力不一样，所以事前要计算最高点的必须压力。对于非传热的管道而言，只需要通过水的温度查手册即可知道水的饱和压，饱和压就是汽化压。对于用来传热的管道，必须对传热管壁温度进行测量或者计算，按水接触到管壁而在局部产生的最高温度来确定汽化压力。对于复杂系统，应通过传热学有关理论计算出最高温度的具体位置，或用热仿真工具进行计算。

本发明的工作原理为：如果发生汽化，必然会聚集在管道的顶部，而水位罐是与管道顶部相连接的，所以顶部有汽的情况下，水位罐7的水位会下降。当系统通过水位计6或传感器检测到水位下降后，应该逐步关小调节阀4，一直到水位罐7的水位基本不再下降，这时候的顶部压力是最节能的。当调节阀4中的阀门调整完毕后接通通往真空系统的管道，把顶部的空气和剩余的蒸汽排出；即使带入空气和产生少量的汽化也可以及时排出。真空泵的抽吸和关小调节阀4都将产生使管道顶部汽化的影响减少的外部特征，但当关小调节阀4中的阀门时，真空抽吸的频率将减少。由于水带入空气，使得真空泵不可能完全不抽吸；在实践中根据不同的设备和介质的含气量，调整出一个满意的抽气频率即可。为解决启动与正常运行时压力不同需求的问题，供水设备只需要满足在虹吸启动后的压力需求，在系统启动时，启动供水设备，关闭调节阀4；同时启动真空泵对管道内部进行抽吸，一直到水位罐7的水位等于管道的顶部，打开调节阀4，打开调节阀4中阀门后断开真空泵，启动结束。关于真空系统是不需要通过不间断的开着真空泵来使系统需要时随时进行抽吸，这样真空系统能耗太高，可以使用真空维持系统，但具体结构在本发明中不做介绍。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述利用管网虹吸能力的节能装置设置有：

水位罐；

水位罐的顶部和下部分别通过连通管连接到供水管道的顶部水流方向下降管道上，水位罐上安装有水位测量设备。

2.如权利要求1所述利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述水位罐安装在塔类设备或供水管道的顶部。

3.如权利要求2所述利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述供水管道顶部的最高点上通过顶部出水管道连接到真空泵。

4.如权利要求2所述利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述供水管道连接有循环水进水管和循环水出水管。

5.如权利要求4所述利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述循环水出水管与调节阀连接。

6.如权利要求1所述利用管网虹吸能力的节能装置，其特征在于，所述水位测量设备为水位计或水位传感器。

7.一种利用如权利要求1～6任意一项所述利用管网虹吸能力的节能装置的利用管网虹吸能力的节能方法，其特征在于，所述利用管网虹吸能力的节能方法包括：

当发生汽化，聚集在管道的顶部，水位罐与管道顶部相连接，管道顶部有汽的情况下，水位罐的水位下降；当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，调整调节阀，直至水位罐的水位保持不变，管道顶部压力为最节能的状态；

当调节阀中的阀门调整完毕后接通通往真空系统的管道，将顶部的空气和剩余的蒸汽排出，使带入空气和产生少量的汽化及时排出；真空泵的抽吸和关小调节阀都将产生使管道顶部汽化的影响减少的外部特征；通过调整调节阀和真空泵，解决启动与正常运行时压力不同需求。

8.如权利要求7所述利用管网虹吸能力的节能方法，其特征在于，所述当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，调整调节阀，直至水位罐的水位保持不变具体过程为：

当系统通过水位计或传感器检测到水位下降后，逐步调小调节阀，一直到水位罐的水位保持不变，顶部压力是最节能的。

9.如权利要求7所述利用管网虹吸能力的节能方法，其特征在于，所述真空泵的抽吸和关小调节阀都将产生使管道顶部汽化的影响减少的外部特征具体过程为：

当调小调节阀中的阀门时，真空抽吸的频率减少；由于水带入空气，使得真空泵进行抽吸；在实践中根据不同的设备和介质的含气量，调整出合适的抽气频率。

10.如权利要求7所述利用管网虹吸能力的节能方法，其特征在于，所述通过调整调节阀，解决启动与正常运行时压力不同需求具体过程为：

供水设备满足在虹吸启动后的压力需求，在系统启动时，启动供水设备，关闭调节阀；同时启动真空泵对管道内部进行抽吸，直至水位罐的水位等于管道的顶部，开启调节阀，启动调节阀中阀门后断开真空泵，启动结束。

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