專利名稱：高層建筑二次恒壓供水系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及恒壓供水技術領域，尤其涉及一種高層建筑二次恒壓供水系統。
背景技術：
隨著經濟的快速發展和城市規模的不斷擴大，出現了大量的高層、超高層建筑。高層建筑供水一般采用二次加壓的供水方式，目前最先進的是采用多級接力恒壓供水系統來實現二次加壓供水，避免了傳統的采用水箱二次加壓的方法，可能導致的自來水的二次污染和水箱對建筑物空間的占用。
多級接力恒壓供水系統，首先是要將樓宇分為低區(1 17層)、中區(18 35 層)和高區(36 50層)三個區，并在每個區的底部(1層、18層、36層)分別安裝單級變頻恒壓供水設備，然后將三套設備級聯構成的。整個供水系統控制的關鍵是各區供水設備之間的聯動和連鎖保護。為了防止各區水泵發生干轉，系統啟動時要從低區到高區的順序依次啟動，而絕不能同時啟動；正常運行時，當某區進水壓力不足是，必須先將該區以上的各區設備按照由高到低的順序依次停機，然后再使該區設備停止運行；整個系統因檢修需要停機時也必須按照從高到低的順序將各區設備依次停機。
多級接力恒壓供水系統，仍存在同一區底層和高層用戶間的用水壓力差別過大的缺陷，而通過進一步減少分區層數增加接力級數的方法，減少這種用水壓力差別，不僅要大幅增加投入，同時將使運行控制更加困難而降低可靠性，并進一步增加恒壓供水設備占據建筑物的空間，及進一步增加恒壓供水設備的運行噪音。因此，克服用戶間用水壓力差別過大的缺陷，需要另辟蹊徑。

發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單、不增加控制與管理難度、可靠性高、能有效減少各樓層用戶間的用水壓力差別、占用建筑物空間小、不增加設備運行噪音、自來水無二次污染的高層建筑二次恒壓供水系統。
本發明的目的是這樣實現的
—種高層建筑二次恒壓供水系統，包括變頻調速一次恒壓供水裝置、干管、二次恒壓供水裝置恒壓用水流量伺服閥、樓層用水支管，將變頻調速一次恒壓供水裝置按高度分區放置，通過干管串聯，干管位于建筑物的中心，垂直布置，樓層用水支管則由干管向兩側水平布置，在樓層用水支管入口處，安裝恒壓用水流量伺服閥，恒壓用水流量伺服閥，包括閥體、隔膜，水平放置的隔膜將閥體分割成參照壓力腔和用水流量感應腔兩部分，參照壓力腔中有，出氣孔、彈簧、絲杠、滑塊，絲杠的橫截面是圓形中空的，上連桿穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊套于絲杠外，兩者通過滑塊內孔和絲杠外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠中上連桿的上部設有出氣孔，絲杠的頂部設有臨時安裝調節扳手的十字豁口，水平放置的隔膜的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板，垂直于隔膜平面，位于隔膜上、下兩側的上、下連桿連在一起，從隔膜的中心穿過與隔膜的中垂線重合，通過上、下連桿的緊固螺絲將覆蓋隔膜的上、下兩面的不銹鋼板壓緊在隔膜上，用水流量感應腔中設有出水口，用水流量感應腔的下部連接進水節流閥，進水節流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節流閥座和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節流閥芯，進水節流閥芯垂直穿過進水節流閥座的水平圓形過水斷面，與進水節流閥座的水平圓形過水斷面的中垂線重合， 進水節流閥芯橫截面大的一端，位于進水節流閥座的進水一側，進水節流閥芯的迎水面為圓形平面，隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積遠遠大于進水節流閥芯的迎水面，進水節流閥芯的上部與下連桿連接，進水節流閥的下部是圓形進水通道，進水通道設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道內壁的三塊導流板。
高層建筑二次恒壓供水系統的工作原理如下
在本發明的高層建筑二次恒壓供水系統中，一次恒壓供水與現有技術相同，所不同的是采用了特別研制的恒壓用水流量伺服閥，并安裝在了樓層用水支管的入口處，通過恒壓用水流量伺服閥進行二次恒壓，消除了一次恒壓供水因高度變化使各樓層的用水支管供水壓力不一致的情況。
恒壓用水流量伺服閥的工作原理因為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積遠遠大于節流閥芯的迎水面，通常情況下，該迎水面所承接的壓力也遠遠小于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板所承接的壓力，該迎水面產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力可以忽略不計。當用戶停止用水時，用水流量為最小值，用水流量感應腔內的液體停止流動，動水壓力為零， 而靜水壓力為最大值(等于出水壓力H。ut)，此時，作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力最大，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力最大(等于H。utXAp，Ap為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積)，使進水節流閥芯向上的位移最大(等于進水節流閥芯向上的最大位移^iax,附圖中有標注)；當用戶開始用水后，用水流量感應腔內的液體也隨之產生了流動， 一部分靜水壓力轉化為動水壓力，使作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力減少，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力也隨之減少，被壓縮的彈簧的彈力得到部分釋放，使進水節流閥芯從向上的位移最大處向下移動；用戶用水流量越大，用水流量感應腔內的液體流動的速度就越大，靜水壓力轉化為動水壓力的部分就越多，作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力就越少，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力也越小，被壓縮的彈簧的彈力得到釋放的就越多，使進水節流閥芯從向上的位移最大處向下移動的距離就越大。 如果用數學表達式來表示就是
s = f (Q)——1
S卩，進水節流閥芯的位移s是用戶用水流量Q的函數。更具體地說，進水節流閥芯的位移s與用戶用水流量Q負相關。
因為進水通道與一級恒壓系統連接，進水壓力Hin為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的目的是進行二級恒壓，出水口與二級用水設備(用戶)連接，出水壓力H。ut也為恒定值， 恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin_H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥滿足關系式_4] Hin-Hout = SuQ2——2
式中，&為恒壓用水流量伺服閥的阻力模數；Q為過閥流體的體積流量，即，用戶用水流量Q。因為恒壓用水流量伺服閥過水阻力的大小，主要取決于進水節流閥阻力的大小， &可以看成是進水節流閥的阻力模數。而進水節流閥的阻力模數&是進水節流閥的過水4斷面的面積A的函數，即
Su = f (A)-3
更具體地說，進水節流閥的阻力模數&與進水節流閥的過水斷面的面積A負相關。
而進水節流閥的過水斷面的面積A是進水節流閥芯的位移s的函數，即
A = f (s)-4
更具體地說，進水節流閥的過水斷面的面積A與進水節流閥芯的位移s負相關。
用3、4代換2式，得到下式
Hin-Hout = Su(f(s)) Q2——5
再變換為下式
(Hin-Houl) 1 =Q2 - 6Su(f(s))
從1式和6式可以看出用戶用水流量Q均是進水節流閥芯的位移s的函數，即， 每一次用戶用水流量Q的變化，均對應一個進水節流閥芯的位移s，而每一次進水節流閥芯的位移S的變化均對應一個恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(S))。
根據6式，要使恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-Hwt為恒定值，即，要使恒壓用水流量伺服閥起到恒壓作用，只需使恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(S))與用戶用水流量Q的平方呈反比關系即可。
彈簧采用下式選用
Ffflax = KX sfflax+F0 = Hout X Ap——7
式中，Fmax為彈簧位于最大壓縮點的彈力；K為彈簧的彈性模量^max為進水節流閥芯向上的最大位移(附圖中有標注)；Ftl為彈簧的初始彈力；H。ut為恒壓用水流量伺服閥的出水壓力，即，用戶用水壓力恒定值·’ΑΡ為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積。如果所選彈簧有偏差，即，Fmax出現了不等于H。utXAp的情況，可通過調節臨時安裝在絲杠頂部十字豁口的調節扳手，旋轉絲杠，使滑塊上、下移動，壓緊或放松彈簧，直到Fmax等于H。ut X Ap，卸下臨時扳手。設置此微調裝置的目的，是便于批量生產。
進水節流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線，可以根據4式和6 式展開，用計算的方法獲得，也可以用試驗標定的方法，先獲得進水節流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線的樣本，再通過曲線擬合的方法，通過數控車床進行批量加工生產。
所謂試驗標定的方法是在進水通道，加上壓力為Hin的變頻調速器驅動的恒壓源，保持Hin為恒定值，在出水口上安裝一個水龍頭，通過水龍頭的不同開度，模擬用戶用水流量的變化。每輸出一個流量，通過改變與進水節流閥座水平圓形進水口齊平的進水節流閥芯的圓形橫截面的半徑，使所測出水壓力穩定在設計的出水壓力恒定值H。ut上。將所獲得的一系列進水節流閥芯的圓形橫截面的半徑作為橫坐標X，對應的進水節流閥芯的縱向位移作為縱坐標y，進行作圖連線，就獲得了進水節流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線的樣本。
本發明具有如下積極效果
1、本發明的高層建筑二次恒壓供水系統，通過恒壓用水流量伺服閥進行二次恒壓，消除了一次恒壓供水因高度變化使各樓層的用水支管供水壓力不一致的情況，供水質量高；
2、本發明的高層建筑二次恒壓供水系統，結構簡單，不增加控制與管理難度，可靠性高，占用建筑物空間小，不增加設備運行噪音，自來水無二次污染。


附圖為恒壓用水流量伺服閥示意圖。
具體實施例方式
一種高層建筑二次恒壓供水系統，包括變頻調速一次恒壓供水裝置、干管、二次恒壓供水裝置恒壓用水流量伺服閥、樓層用水支管，將變頻調速一次恒壓供水裝置按高度分區放置，通過干管串聯，干管位于建筑物的中心，垂直布置，樓層用水支管則由干管向兩側水平布置，在樓層用水支管入口處，安裝恒壓用水流量伺服閥，恒壓用水流量伺服閥，如附圖所示，包括閥體1、隔膜2，水平放置的隔膜2將閥體1分割成參照壓力腔3和用水流量感應腔4兩部分，參照壓力腔3中有，出氣孔3-1、彈簧3-2、絲杠3-3、滑塊3_4，絲杠3_3 的橫截面是圓形中空的，上連桿8-2穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊3-4套于絲杠3-3外，兩者通過滑塊3-4內孔和絲杠3-3外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠3-3中上連桿8-2的上部設有出氣孔3-3-1，絲杠3-3的頂部設有臨時安裝調節扳手的十字豁口 3-3-2，水平放置的隔膜2的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板2-1、2-2，垂直于隔膜2平面，位于隔膜2上、下兩側的上、下連桿8-2、8-1連在一起，從隔膜2的中心穿過與隔膜2的中垂線重合，通過上、下連桿8-2、8-1的緊固螺絲將覆蓋隔膜2的上、下兩面的不銹鋼板2-1、2-2壓緊在隔膜2上，用水流量感應腔4中設有出水口 4-1，用水流量感應腔4的下部連接進水節流閥，進水節流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節流閥座6和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節流閥芯7，進水節流閥芯7垂直穿過進水節流閥座6的水平圓形過水斷面，與進水節流閥座6的水平圓形過水斷面的中垂線重合，進水節流閥芯7橫截面大的一端，位于進水節流閥座6的進水一側，進水節流閥芯7的迎水面7-1為圓形平面，隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2的面積遠遠大于進水節流閥芯7的迎水面7-1，進水節流閥芯 7的上部與下連桿8-1連接，進水節流閥的下部是圓形進水通道5，進水通道5設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道5內壁的三塊導流板5-1。
高層建筑二次恒壓供水系統的工作原理如下
在本發明的高層建筑二次恒壓供水系統中，一次恒壓供水與現有技術相同，所不同的是采用了特別研制的恒壓用水流量伺服閥，并安裝在了樓層用水支管的入口處，通過恒壓用水流量伺服閥進行二次恒壓，消除了一次恒壓供水因高度變化使各樓層的用水支管供水壓力不一致的情況。
恒壓用水流量伺服閥的工作原理如附圖所示，因為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板 2-2的面積遠遠大于節流閥芯7的迎水面7-1，通常情況下，該迎水面7-1所承接的壓力也遠遠小于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2所承接的壓力，該迎水面7-1產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力可以忽略不計。當用戶停止用水時，用水流量為最小值，用水流量感應腔4內的液體停止流動，動水壓力為零，而靜水壓力為最大值(等于出水壓力Hout)，此時，作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力最大，產生的壓縮參照壓力腔3 中的彈簧3-2的作用力最大(等于H。utXAp，Ap為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2的面積)， 使進水節流閥芯7向上的位移最大(等于進水節流閥芯7向上的最大位移^iax，附圖中有標注)；當用戶開始用水后，用水流量感應腔4內的液體也隨之產生了流動，一部分靜水壓力轉化為動水壓力，使作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力減少，產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力也隨之減少，被壓縮的彈簧3-2的彈力得到部分釋放，使進水節流閥芯7從向上的位移最大處向下移動；用戶用水流量越大，用水流量感應腔4內的液體流動的速度就越大，靜水壓力轉化為動水壓力的部分就越多，作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力就越少，產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力也越小，被壓縮的彈簧3-2的彈力得到釋放的就越多，使進水節流閥芯7從向上的位移最大處向下移動的距離就越大。如果用數學表達式來表示就是
s = f (Q)-1
S卩，進水節流閥芯7的位移s是用戶用水流量Q的函數。更具體地說，進水節流閥芯7的位移s與用戶用水流量Q負相關。
因為進水通道5與一級恒壓系統連接，進水壓力Hin為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的目的是進行二級恒壓，出水口 4-1與二級用水設備(用戶)連接，出水壓力H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥滿足關系式
Hin-Hout = SuQ2——2
式中，&為恒壓用水流量伺服閥的阻力模數；Q為過閥流體的體積流量，S卩，用戶用水流量Q。因為恒壓用水流量伺服閥過水阻力的大小，主要取決于進水節流閥阻力的大小， &可以看成是進水節流閥的阻力模數。而進水節流閥的阻力模數&是進水節流閥的過水斷面的面積A的函數，即
Su = f (A) -3
更具體地說，進水節流閥的阻力模數&與進水節流閥的過水斷面的面積A負相關。
而進水節流閥的過水斷面的面積A是進水節流閥芯7的位移s的函數，即
A = f (s)-4
更具體地說，進水節流閥的過水斷面的面積A與進水節流閥芯7的位移s負相關。
用3、4代換2式，得到下式
Hin-Hout = Su(f(s)) Q2——5
再變換為下式
(Hin - Houl) 1 = Q2 - 6Su(f(s))
從1式和6式可以看出用戶用水流量Q均是進水節流閥芯7的位移s的函數，即， 每一次用戶用水流量Q的變化，均對應一個進水節流閥芯7的位移s，而每一次進水節流閥芯7的位移s的變化均對應一個恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(S))。
根據6式，要使恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-Hwt為恒定值，即，要使恒壓用水流量伺服閥起到恒壓作用，只需使恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(S))與用戶用水流量Q的平方呈反比關系即可。
彈簧3-2采用下式選用
Ffflax = KX smax+F0 = Hout X Ap——7
式中，Fmax為彈簧3-2位于最大壓縮點的彈力；K為彈簧3-2的彈性模量^max為進水節流閥芯7向上的最大位移(附圖中有標注)；Ftl為彈簧3-2的初始彈力；H。ut為恒壓用水流量伺服閥的出水壓力，即，用戶用水壓力恒定值 ’Ap為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2 的面積。如果所選彈簧有偏差，即，Fmax出現了不等于H。utXAp的情況，可通過調節臨時安裝在絲杠3-3頂部十字豁口 3-3-2的調節扳手，旋轉絲杠3-3，使滑塊3_4上、下移動，壓緊或放松彈簧3-2，直到Fmax等于H。utXAp，卸下臨時扳手。設置此微調裝置的目的，是便于批量生產。
進水節流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2，可以根據4式和6式展開，用計算的方法獲得，也可以用試驗標定的方法，先獲得進水節流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2的樣本，再通過曲線擬合的方法，通過數控車床進行批量加工生產。
所謂試驗標定的方法是在進水通道5，加上壓力為Hin的變頻調速器驅動的恒壓源，保持Hin為恒定值，在出水口 4-1上安裝一個水龍頭，通過水龍頭的不同開度，模擬用戶用水流量的變化。每輸出一個流量，通過改變與進水節流閥座6水平圓形進水口齊平的進水節流閥芯7的圓形橫截面的半徑，使所測出水壓力穩定在設計的出水壓力恒定值H。ut上。 將所獲得的一系列進水節流閥芯7的圓形橫截面的半徑作為橫坐標X，對應的進水節流閥芯7的縱向位移作為縱坐標y，進行作圖連線，就獲得了進水節流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2的樣本。
權利要求
1. 一種高層建筑二次恒壓供水系統，其特征在于包括變頻調速一次恒壓供水裝置、 干管、二次恒壓供水裝置恒壓用水流量伺服閥、樓層用水支管，將變頻調速一次恒壓供水裝置按高度分區放置，通過干管串聯，干管位于建筑物的中心，垂直布置，樓層用水支管則由干管向兩側水平布置，在樓層用水支管入口處，安裝恒壓用水流量伺服閥，恒壓用水流量伺服閥包括閥體(1)、隔膜O)，水平放置的隔膜⑵將閥體⑴分割成參照壓力腔(3)和用水流量感應腔⑷兩部分，參照壓力腔⑶中有，出氣孔(3-1)、彈簧(3-2)、絲杠(3-3)、滑塊 (3-4)，絲杠(3- 的橫截面是圓形中空的，上連桿(8- 穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊(3-4)套于絲杠(3- 外，兩者通過滑塊(3-4)內孔和絲杠(3- 外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠(3-3)中上連桿(8-2)的上部設有出氣孔(3-3-1)，絲杠(3-3)的頂部設有臨時安裝調節扳手的十字豁口(3-3-2)，水平放置的隔膜O)的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板“2-2)，垂直于隔膜(2)平面，位于隔膜(2)上、下兩側的上、 下連桿(8-2)、(8-1)連在一起，從隔膜O)的中心穿過與隔膜O)的中垂線重合，通過上、 下連桿(8-2)、(8-1)的緊固螺絲將覆蓋隔膜O)的上、下兩面的不銹鋼板0-1)、0-2)壓緊在隔膜( 上，用水流量感應腔中設有出水口 G-1)，用水流量感應腔(4)的下部連接進水節流閥，進水節流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節流閥座(6)和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節流閥芯(7)，進水節流閥芯(7)垂直穿過進水節流閥座(6)的水平圓形過水斷面，與進水節流閥座(6)的水平圓形過水斷面的中垂線重合，進水節流閥芯(7) 橫截面大的一端，位于進水節流閥座(6)的進水一側，進水節流閥芯(7)的迎水面(7-1)為圓形平面，隔膜(2)上覆蓋的下不銹鋼板0-2)的面積遠遠大于進水節流閥芯(7)的迎水面(7-1)，進水節流閥芯(7)的上部與下連桿(8-1)連接，進水節流閥的下部是圓形進水通道(5)，進水通道(5)設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道(5)內壁的三塊導流板(5-1)。
全文摘要
本發明涉及一種高層建筑二次恒壓供水系統，包括變頻調速一次恒壓供水裝置、干管、二次恒壓供水裝置恒壓用水流量伺服閥、樓層用水支管，將變頻調速一次恒壓供水裝置按高度分區放置，通過干管串聯，干管位于建筑物的中心，垂直布置，樓層用水支管則由干管向兩側水平布置，在樓層用水支管入口處，安裝恒壓用水流量伺服閥，通過恒壓用水流量伺服閥進行二次恒壓，消除了一次恒壓供水因高度變化使各樓層的用水支管供水壓力不一致的情況，供水質量高。結構簡單，不增加控制與管理難度，可靠性高，占用建筑物空間小，不增加設備運行噪音，自來水無二次污染。
文檔編號E03B7/07GK102505734SQ20111029160
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者高勝國, 黃修橋 申請人:中國農業科學院農田灌溉研究所