一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器、安装方法及工作方法与流程

1.本发明属于服务二次供水节能增压领域，尤其是一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器、安装方法及工作方法。


背景技术：

2.由于城市建设发展迅速，建筑密度增高用水负荷加大，市政给水管网更新改造滞后，造成市政管网压力(以下简称余压)下降，不能满足老旧小区直接供水，为防止冲击市政管网，供水企业限制用户采用叠压供水，因此大量老旧小区的二次供水采用“水箱(池) 变频”方式调蓄增压。市政管网的水引入水箱时，余压白白泄掉归零，余压没有办法利用而浪费掉了。而夜间小流量用水时段，水泵低效甚至无效运行，例如某小区夜间小流量时段1：00至5：00，该时段占全天时间16.7％，用水量占全天0.8％，水泵功耗却占全天11.1％。
3.因此，对于普遍应用的“水箱(池) 变频”调蓄增压的建筑与小区二次供水，夜间微量用水时段迫切需要一种无外接动力的节能增压器，既满足用户稳压供水又避免水泵频繁启闭降耗减碳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有“水箱 变频”二次供水方式的上述技术缺点，提供一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器、安装方法及工作方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器，包括缸体，缸体顶部设有缸体盖板，缸体内设有活塞筒，活塞筒内设有控制杆，控制杆的底部设有辅助定位板，活塞筒的顶部设有上盖，控制杆穿过上盖延伸至缸体盖板外部，缸体盖板上设有三通换向阀，延伸到缸体盖板外部的控制杆的顶部设有换向板，换向板位于三通换向阀内部；
7.三通换向阀的阀体内部设有上、下两个挡板，两个挡板将三通换向阀分成上中下三个隔间，上中下三个隔间分别设有连接口；
8.缸体包括上下两部分，缸体下部设有向内的端面，该端面与活塞筒的筒体相贴合；活塞筒的上盖与缸体上部的筒壁相贴合，活塞筒上盖的面积大于底部面积；缸体下部的底部设有增压出水管，增压出水管内设有出水单向阀，缸体下部的一侧设有下腔充水管，下腔充水管内设有进水单向阀，缸体上部靠近下部的一侧设有中腔通气管；
9.缸体盖板上设有缸体上腔联络管，缸体上腔联络管的另一端连通有三通换向阀的中连接口；三通换向阀的下连接口接有三通换向阀进水管，三通换向阀的上连接口接有水箱进水管道；
10.当活塞筒在缸体最高处下行时，随着活塞筒的下行，活塞筒上盖与辅助定位板相抵触，之后控制杆随之下行，随着活塞筒的继续下行，活塞筒上盖与缸体盖板下部的端面接触，活塞筒下行至最低处，此时，控制杆的换向板位于三通换向阀的下挡板处，三通换向阀
下接口的三通换向阀进水管与缸体的腔体被隔断；
11.当活塞筒在缸体最低处上行时，随着活塞筒的上行，活塞筒的底部与辅助定位板相抵触，之后控制杆随之上行，随着活塞筒的继续上行，活塞筒与缸体盖板相接触，活塞筒上行至最高处，此时，控制杆的换向板位于三通换向阀的上挡板处，三通换向阀上接口的水箱进水管道与缸体的腔体被隔断。
12.进一步的，缸体底部设有底座。
13.本发明所述的利用市政供水管网余压保泵节能增压器的安装方法：将增压出水管连接终端用户管网，将下腔充水管和三通换向阀进水管接市政自来水，将水箱进水管道接水箱，将中腔通气管与大气相连通。
14.本发明所述的利用市政供水管网余压保泵节能增压器的工作方法，通过活塞筒下行实现增压供水；
15.通过活塞筒上行实现充水泄水。
16.进一步的，通过活塞筒下行实现增压供水具体为：
17.市政自来水通过三通换向阀进水管进入三通换向阀内，经上腔联络管、盖板进入缸体上腔，在管网余压作用下缸体上腔进入有压水而容积扩大，推动活塞筒下移，活塞筒下移活塞筒以下的缸体，活塞筒以下与缸体下部端面之间的腔体通过中腔通气管进行排气，容积缩小；缸体下部腔体受活塞筒下移压缩，使缸体下部腔体内的水受压增压，增压水通过增压出水管和单向阀供给用户；
18.当活塞筒下移至最低位置时，增压供水工况结束，此时，控制杆随着活塞筒下行至最低位置，三通换向阀中的换向板到达下挡板，三通换向阀进水管与缸体被隔断；同时换向板离开三通换向阀的上挡板，水箱进水管道与缸体被连通。
19.进一步的，通过活塞筒上行实现充水泄水具体为：
20.市政自来水在管网余压作用下通过下腔充水管和单向阀进入缸体下部腔体，缸体下部腔体充水活塞筒上移，活塞筒以下与缸体下部端面之间的腔体通过中腔通气管进行吸气扩容，活塞筒以上的缸体内的原有带压水通过盖板上的腔联络管、三通换向阀流入水箱进水管道，把无压工作水泄入水箱；
21.当活塞筒上移至盖板时，到达最高位，此时，控制杆也到达最高位，换向板到达三通换向阀的上挡板，三通换向阀的进水三通换向阀进水管与缸体被连通，水箱进水管道与缸体连通被隔断，充水泄水工况结束。
22.进一步的，将两个所述的利用市政供水管网余压保泵节能增压器进行组合并行运行，通过水力压差控制起始工作时的活塞筒的位置，一个增压器的活塞筒上盖位于盖板处，另一个增压器活塞筒上盖位于缸体下部的端面处。
23.进一步的，两个增压器的增压值采用0.05mpa压差，实现一个增压器处于增压供水工况，另一个增压器处于充水泄水工况，交替运行，实现不间断增压供水。
24.进一步的，与气压水罐相配合使用实现不间断增压供水。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器，充分利用市政余压的能量来做功，驱动增压器内活塞筒两个行程，活塞筒上端面积是下端数倍，则上腔液压做功将在下腔产生高于市政余压数倍的压力，实现直接增压供水，余压利用过后的工作水，同样在市政余压
作功下驱动活塞反向行程，将上腔做功后的工作水注入水箱，虽然活塞筒第二行程中上腔压力低于市政余压，但足以把工作水送入无压水箱。本发明的增压器适用于小区夜间小流量时段无电耗绿色供水。
27.一种利用市政供水管网余压保泵节能增压器的工作方法，利用市政管网余压驱动活塞筒上下移动，活塞筒上下两个行程完成一个工作循环，把以往浪费掉的市政余压能量，利用来驱动增压器增压供水和充水泄水。
28.进一步的，为克服但个增压器两行程交替运行存在增压的间歇性，配合气压水罐联合工作，或双缸组合工作，实现夜间微量用水时段连续供水，避免了该时段水泵频繁启停和低效运转，达到节能保泵目的。
附图说明
29.图1为本发明的剖面图；
30.图2为本发明的活塞筒位于不同位置的剖面图，其中，图2(a)对应活塞筒下行过程中的剖面图，图2(b)对应活塞筒下行至最低处的剖面图，图2(c)对应活塞筒上行过程中的剖面图，图2(d)对应活塞筒上行至最高处的剖面图；
31.图3为两个利用市政供水管网余压保泵节能增压器并行运行的结构图；
32.图4为本发明的第一种安装方式；
33.图5为本发明的第二种安装方式。
34.其中：1-缸体；2-活塞筒；3-缸体盖板；4-上腔联络管；5-换向板；6-三通换向阀缸体；7-控制杆；8-辅助定位板；9-下腔充水管；10-进水单向阀；11-三通换向阀进水管；12-增压出水管；13-出水单向阀；14-中腔通气管；15-水箱进水管道；16-缸体上腔；17-缸体中腔；18-缸体下腔；19-底座；20-增压器进水口；01-低位水箱进水管；02-低位水箱；03-变频泵；04-气压水罐；05-给水管网；06-用水设施；07-压力传感器；08-电气控制柜；09-利用市政管网余压保泵节能增压器；009-利用市政管网余压保泵节能增压器两个并行运行。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.本发明的目的是为了克服二次供水“水箱 变频”方式的缺陷，提供一件结构设计
合理、性能稳定可靠的利用市政管网余压保泵节能增压器，利用市政管网余压做功、利用水箱接纳完成做功后的工作水来蓄水，不消耗外接动力来实现增压供水，保护水泵避开低效或无效运行、频繁起停，节能降耗。
38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
39.参见图1，图1为本发明的利用市政供水管网余压保泵节能增压器的剖面图，本发明的增压器立式安装在泵房内部，本发明的利用市政供水管网余压保泵节能增压器，包括缸体1，缸体1顶部设有缸体盖板3，缸体1底部设有底座19，缸体1内设有活塞筒2，活塞筒2内设有控制杆7，控制杆7的底部设有辅助定位板8，活塞筒2的顶部设有上盖，控制杆7穿过上盖延伸至缸体盖板3外部，缸体盖板3上设有三通换向阀6，延伸到缸体盖板3外部的控制杆7的顶部设有换向板5，换向板5位于三通换向阀6内部；三通换向阀6的阀体内部设有上下两个挡板，两个挡板将三通换向阀6分成上中下三个隔间，上中下三个隔间分别设有连接口；缸体1包括上下两部分，缸体1下部设有向内的端面，该端面与活塞筒2的筒体相贴合；活塞筒2的上盖与缸体1上部的筒壁相贴合，活塞筒2上盖的面积大于底部面积；依据活塞筒2的运动将缸体分为缸体上腔16、缸体中腔17和缸体下腔18，活塞筒2上盖以上的腔体作为缸体上腔16，活塞筒2上盖以下与缸体1下部之间的腔体作为缸体中腔17，缸体1下部的腔体为缸体下腔18，缸体下腔18底部设有增压出水管12，增压出水管12内设有出水单向阀13，缸体下腔18的一侧设有下腔充水管9，下腔充水管9内设有进水单向阀10，缸体中腔17的一侧设有中腔通气管14；缸体1上设有缸体上腔联络管4，缸体上腔联络管4的另一端连通有三通换向阀6的中连接口；三通换向阀6的下连接口接有三通换向阀进水管11，三通换向阀6的上连接口接有水箱进水管道15，水箱进水管道15接有水箱，三通换向阀进水管11和下腔充水管9均接有市政自来水；当活塞筒2在缸体1下行时，随着活塞筒2的下行，活塞筒2上盖与辅助定位板8相抵触，之后控制杆7随之下行，随着活塞筒2的继续下行，活塞筒2上盖与缸体盖板3下部的端面接触，活塞筒2下行至最低处，此时，控制杆7的换向板5位于三通换向阀6的下挡板处，三通换向阀6下接口的三通换向阀进水管11与缸体1的腔体被隔断；
40.当活塞筒2在缸体1上行时，随着活塞筒2的上行，活塞筒2的底部与辅助定位板8相抵触，之后控制杆7随之上行，随着活塞筒2的继续上行，活塞筒2与缸体盖板3相接触，活塞筒2上行至最高处，此时，控制杆7的换向板5位于三通换向阀6的上挡板处，三通换向阀6上接口的水箱进水管道13与缸体1的腔体被隔断。
41.本发明的下腔增压压力和缸体上腔泄水压力为：
42.第一行程的增压供水过程中的活塞筒竖向受力平衡，则：
43.p0s1＝p2s2即p2＝p0s1/s244.第二行程的充水泄水工况过程中的活塞筒竖向受力平衡，则：
45.p0s2＝p1s1即p1＝p0s2/s146.式中：p
0-市政管网压力，mpa；p
2-下腔增压压力，mpa；
47.s
1-活塞筒上端面积，
㎡
；s
2-活塞筒下端面积，
㎡
，s1＞s2；
48.p
1-缸体上腔泄水压力，mpa。活塞筒2上盖的面积是活塞筒2底部面积n倍，n≥2。
49.本发明的工作原理是通过活塞筒上下不等面积而产生上下压差，活塞筒下移增压供水、下移至最低后，暂停供水、自动转换为下腔充水活塞筒上移，缸体上腔水排至水箱内，恢复原始作用位置时，自动关闭进水箱通道、开启市政进水，进入增压供水工况，循环交替，
以实现节能与保泵作用，具体工作流程为：
50.本增压器安装于传统“水箱 变频”的二次供水泵房内，水箱腾出空余库容，通过市政余压对增压器活塞筒滑动组件做功，实现两个行程循环往复，自动平稳地间歇性增压供水。第一行程：活塞筒2下移增压供水工况，市政管网自来水经三通换向阀6、盖板3进入缸体上腔16，由于活塞筒上下不等面积，造成活塞筒上下压差增加至阈值，活塞筒2下移将缸体下腔18水通过缸体底部出水管12供给用户管网；当活塞筒2下移至最低位时，缸体上腔16充满水、缸体下腔18存水全部增压供给用户，第一行程结束。第二行程：活塞筒2上移充水泄水工况，三通换向阀6内的换向板5关闭通往活塞缸体上腔16的通道，缸体上腔失压，市政管网自来水经下腔充水管9及其上的单向阀10进入缸体下腔18，随着缸体下腔18充水，活塞筒2上移，缸体上腔16的水进入水箱内，当活塞筒2上升至最高位时，缸体下腔18充满水，缸体上腔16内的水全部泄入水箱，三通换向阀内的换向板5关闭进水箱通道15、开启市政管网有压自来水经三通换向阀进水管11、缸体上腔联络管4进入缸体上腔16，转换为第一行程的增压供水工况。循环交替，以实现节能与保泵作用。
51.参见图2，图2为本发明的两个行程循环的结构示意图，其中，图2(a)活塞筒下行过程中，即第一行程的过程中，第一行程为：市政自来水通过三通换向阀进水管11进入三通换向阀6，经缸体上腔联络管4、把有压水穿过盖板3，进入缸体上腔16，在管网余压作用下缸体上腔16进有压水而容积扩大，推动活塞筒2下移压缩缸体中腔17和缸体下腔18，无压缸体中腔17通过中腔通气管14排气，容积缩小；缸体下腔18受活塞筒2下移压缩，使缸体下腔18内的水受压增压，缸体下腔18内的增压水通过增压出水管12和单向阀13、供给用户和气压水罐。当活塞筒2下移至最低位置时，增压供水工况结束。图2(b)活塞筒下行至最低处，对应为第一行程结束，第二行程开始，此时控制杆7随着活塞筒2下行至最低位置，三通换向阀6中的换向板5到达下挡板，三通换向阀进水管11与缸体1被隔断；而换向板5离开三通换向阀6的上挡板，水箱进水管道15与缸体1被连通；图2(c)活塞筒上行过程中，对应的为第二行程，市政自来水给缸体下腔18充水，缸体下腔18内的带压水驱动活塞筒2上移，缸体上腔16泄水，市政自来水在余压作用下通过下腔充水管9、单向阀10进入缸体下腔18，缸体下腔18充水活塞筒2迅速上移，缸体中腔17通过中腔通气管14吸气扩容，缸体上腔16原有带压水通过盖板3缸体上腔联络管4、三通换向阀6流入水箱进水管道15，把无压工作水泄入水箱。当活塞筒2上移至盖板3时，到达最高位，此时，控制杆7也到达最高位，换向板5到达三通换向阀6的上挡板，三通换向阀进水三通换向阀进水管11与缸体1被连通，水箱进水管道15与缸体1连通被隔断，充水泄水工况结束，图2(d)的活塞筒上行至最高处，对应的为第二行程结束，第三行程开始。接下来切换转入第一行程的增压供水工况，循环往复。
52.参见图3，图3为两个利用市政供水管网余压保泵节能增压器并行运行的结构图，两个增压器分别为1号和2号，1号和2号的三通换向阀6的上接口分别接有水箱，1号和2号的三通换向阀6的中接口分别通过缸体上腔联络管4与对应的缸体上腔16相连通，1号和2号的三通换向阀6的下接口均接有市政管网自来水，1号和2号的缸体下腔18的下腔充水管9也均接有市政自来水20，1号和2号的缸体1的增压出水管12相连通后供给用户。通过控制活塞筒起始状态，使两个活塞筒分别位于最高处和最低处，两个相连通的增压器交替的进行增压供水和充水泄水的工况，以实现不间断增压供水。
53.参见图4，图4为本发明的第一种安装方式，原有“水箱 变频”二次供水系统包含：
低位水箱进水管01，低位水箱02，变频泵03，气压水罐04，用户管网05，用水设施06，压力传感器07，电气控制柜08。添置安装“利用市政管网余压保泵节能增压器”09，需增加安装a、b、c共3个管段，即增压器进水管段1个、增压器出水管段2个。安装的第一个管段a是：从市政供水管网进水箱的管段上开一分支口，安装增压器进水管段，将市政自来水接入图1中的增压器进水口20；安装的第二个管段b是：从增压器的出水单向阀13起始，终点是水泵出水管止回阀之后；安装的第三条管段c是：从增压器缸体顶部水箱进水管道15起始，接入水箱终止。水箱的水位处于最高水位无池容，不能收纳增压器的缸体上腔泄水时，则增压器停止工作，在通过变频泵从水箱吸水增压向用户供水，降低水箱水位后，增压器即可重启工作。增压器能在夜间小流量用水时段替代水泵低效运行，同时利用气压水罐补偿增压器间歇性增压缺点，实现连续供水。
54.参见图5，图5为本发明的第二种安装方式，即两个增压器并行。原有“水箱 变频”二次供水系统包含：低位水箱进水管01，低位水箱02，变频泵03，气压水罐04，用户管网05，用水设施06，压力传感器07，电气控制柜08。利用市政管网余压保泵节能增压器两个并行009，需增加安装3个管段a、b、c，即增压器进水管段1个、增压器出水管段2个。安装的第一个管段a是：从市政供水管网进水箱的管段上开一分支口，安装增压器进水管段，将市政自来水接入增压器的中的增压器进水口20；安装的第二个管段b是：从增压器的出水单向阀13起始，终点是水泵出水管止回阀之后；安装的第三条管段c是：从增压器缸体顶部水箱进水管道15起始，接入水箱终止。水箱的水位处于最高水位无池容，不能收纳增压器的缸体上腔泄水时，则增压器停止工作，在通过变频泵从水箱吸水增压向用户供水，降低水箱水位后，增压器即可重启工作。两个相连通的增压器交替的进行增压供水和充水泄水的流程，以实现连续供水。
55.以增压倍数为3为例，即市政管网余压0.2mpa，用户管网所需压力0.6mpa，压力比1:3。则增压器活塞筒上腔上端的面积是下端面积的3倍，即缸体上腔的进水量是增压器缸体下腔增压供出水量的3倍。例如：增压器从市政管网取水4m3，增压器供水1m3供给用户，缸体上腔需进入3m3的水来做功驱动活塞筒，在第二行程里完成做功后的此3m3工作水需要全部排出缸体上腔存入水箱，水箱收纳的工作水最终由变频泵加压供给用户管网，才能腾出水箱容积继续接纳增压器上腔排泄出的无压工作水。假如小区日用水量100m3，则可利用市政管网余压的能量做功增压供水25m3，而经增压器排入水箱的总水量是供水量的3倍：3
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25＝75m3，水箱内的无压水需靠变频泵机组加压供给用户管网，增压器节能率约25％，所以增压器不能完全替代水泵机组，而是协同工作发挥一定的节能保泵作用。
56.本发明的增压器与水箱、变频泵协同工作。水箱受纳增压器工作水的泄放，变频泵定时运行把增压器泄放的水供出，腾空水箱库存以服务增压器工作水的泄放。水箱储存的失去余压的工作水未受污染，须由变频泵增压供给用户管网。
57.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。