一種疊壓供水穩壓罐及氣體缺失量的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及供水設備技術領域，具體而言，涉及一種疊壓供水穩壓罐及氣體缺失 量的測量方法。
【背景技術】
[0002] 疊壓供水穩壓罐內具有空氣和水，疊壓供水穩壓罐內的空氣部分氣體可以溶于 水，市政水進入罐體過程中又有部分氣體混入水中，這些進入水中的氣體又被水栗抽走，隨 著時間的流逝罐體內的空氣部分缺失或全部喪失。一旦罐體內的空氣部分缺失或全部喪 失，則疊壓供水穩壓罐消除水壓波動和防止水錘破壞的功能也將減弱或完全喪失。
[0003] 現有技術缺乏空氣缺失量的測量手段，疊壓供水穩壓罐沒有測量空氣缺失量的相 關裝置或者設備，導致不能及時補氣，進而導致疊壓供水穩壓罐不能起到應有的作用和功 能。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供疊壓供水穩壓罐以及利用該穩壓罐測量氣體缺失量的方 法，以改善上述的問題。
[0005] 本發明是這樣實現的：
[0006] -種疊壓供水穩壓罐，所述疊壓供水穩壓罐包括罐體，所述罐體的頂部、底部和側 壁分別設置有進水管、出水管和進氣管；所述罐體內設置有用于測量所述罐體內的液面高 度的水位傳感器，所述罐體上還設置有用于測量所述罐體內的氣體的壓力的壓力傳感器。
[0007] 進水管與供水管連通，水從罐體頂部的進水管進入罐體，罐體內的液面會上升。水 位低于進氣管的高度時，隨著液面上升，罐體內的氣體從進氣管排出，當液面上升到進氣管 的管壁的弧頂及以上時，罐體內剩余的氣體不能繼續從進氣管排出，罐體內剩余的氣體被 封存在罐體內，隨著液面繼續上升，氣體被壓縮，氣體的體積也逐漸縮小，之后氣體的體積 隨著水位的升降而變化。
[0008] 水位傳感器可以采用浮球式水位傳感器、超聲波水位傳感器或者光電式水位傳感 器，水位傳感器可以測量罐體內的液面高度，根據水位傳感器測得的液面高度可以計算出 氣體缺失后的實際體積改變量；壓力傳感器可以測量罐體內氣體的壓力，在不考慮氣體缺 失的前提下，根據氣體壓力和體積的關系可以計算出氣體的理論體積改變量，用理論體積 改變量減去實際體積改變量可以獲得氣體缺失的體積。
[0009] 獲得氣體缺失的體積后，可以根據氣體缺失的體積向罐體內補充氣體。
[0010] 作為優選，所述出水管與水栗連接，水栗的出水端連接有分支管；所述進氣管與所 述分支管連接，所述分支管上設置有截止閥門，所述進氣管和所述分支管之間連接有射流 器，所述射流器包括噴嘴、吸氣管和擴散管，所述擴散管與所述進氣管連接，所述噴嘴與所 述分支管連接，所述吸氣管上設置有進排氣閥。
[0011] 水栗出水端的壓力高于罐體內的水壓，當打開分支管上的截止閥門時，水栗出水 端的水從分支管流入罐體內，并且分支管上設置有射流器，流經射流器的水會在吸氣管處 形式負壓，進排氣閥打開，氣體被吸入吸氣管內與水混合并一起進入罐體內完成補氣。
[0012] 作為優選，所述截止閥門為電磁閥，所述罐體外設置有用于控制電磁閥的開閉的 補氣控制器，所述補氣控制器與電磁閥電連接。
[0013] 電磁閥受控于補氣控制器，補氣控制器可以自動控制電磁閥的開閉。
[0014] 作為優選，所述補氣控制器與壓力傳感器和所述水位傳感器電連接，所述補氣控 制器接收并處理來自壓力傳感器和所述水位傳感器的電信號。
[0015] 水位傳感器和壓力傳感器均可以將各自測得的數據轉化成電信號并向補氣控制 器輸出。補氣控制器內設置有編程控制器或單板機，編程控制器或單板機可以處理相關數 據。補氣控制器接收來自壓力傳感器和水位傳感器的數據后，結合相關數據計算氣體的缺 失量，并將計算得出的氣體缺失量與設置的閾值進行比較，若氣體缺失量大于閾值則補氣 控制器發出補氣命令，即補氣控制器發出打開電磁閥的命令進行補氣。
[0016] 作為優選，所述進排氣閥包括閥體，所述閥體的底端與所述吸氣管連通，所述閥體 的頂端設置有通氣孔，所述閥體內設置有能夠堵塞所述通氣孔的閥塞。
[0017] 作為優選，所述閥塞為浮球，所述通氣孔為圓孔，所述浮球的直徑等于或大于所述 通氣孔的直徑。
[0018] 該優選方案中，所述進排氣閥可以在電磁閥打開后自動打開，其工作原理是，閥體 內充滿液體時，浮球在液體的浮力作用下向上堵住通氣孔，當電磁閥打開后，射流器的吸氣 管內形成負壓，閥體內的水位下降，浮球下沉且通氣孔打開，外部氣體可以在負壓的作用下 通過射流器進入罐體。
[0019] 作為優選，所述進排氣閥的上方設置有與所述通氣孔連通的空氣濾清器。
[0020] 空氣濾清器可以凈化空氣，避免污濁的空氣進入罐體對罐體內的水造成污染。
[0021] 本發明還提供了一種利用以上所述疊壓供水穩壓罐測量氣體缺失量的方法，該方 法為：利用壓力傳感器測得的壓力值計算罐體內的理論氣體體積改變量\，利用水位傳感 器測得的液面高度并計算罐體內的實際氣體體積改變量V;，將實際氣體體積改變量 '與理 論氣體體積改變量\作差得到氣體缺失體積V s。
[0022] 作為優選，所述理論氣體體積改變量
_際氣體體積改變量' = XS，氣體缺失體積
[0023] 其中，H。為設定初始狀態下的液面高度；
[0024] P。為穩壓罐內初始狀態下的初始氣體壓力；
[0025] V。為穩壓罐內初始狀態下的氣體體積；
[0026] S為穩壓罐的截面積；
[0027] P。為壓力傳感器測得的穩壓罐內的氣體壓力；
[0028] H。為水位傳感器測得的液面的高度。
[0029] 波義耳-馬略特定律：一定質量的氣體，在溫度保持不變時，它的壓強和體積成反 比。在實際操作過程中，溫度變化很小，所以可以忽略溫度的影響。
[0030] 在不考慮氣體缺失的前提下，根據波義耳-馬略特定律可以得出 Pcxvc,
V。為根據壓力傳感器測得的P。值而計算得出的理論氣體體積。
[0031] 理論氣體體積改變量\= |V。_1|，從而理論氣體體積改變量
[0032] 實際的氣體改變量可以通過實際的液面高度差乘以罐體的截面積得出。
[0033] 由于有氣體缺失，實際的氣體體積變化量大于理論的氣體體積變化量。
[0034] 氣體的缺失量等于實際氣體改變量減去理論氣體體積改變量。所以氣體缺失量等 于Vj減去V P
[0035] 罐體中部的截面恒定，而水位在升降過程中液面在該截面恒定的區域上下浮 動，所以實際的氣體改變量可以用液面高度改變量乘以罐體的截面積s得出，即v;=
H0-HC|XS〇
[0036] 所以最終氣體缺失量
[0037] 需要說明的是，采用本發明的方法，實際需要的是水位傳感器測量當前時刻的水 位與設定的初始水位的差值，所以水位傳感的安裝位置不受限制。
[0038] 作為優選，所述進氣管的軸心線沿水平設置，初始狀態下的液面位于所述進氣管 的管壁的弧頂處。
[0039] 液面位于所述進氣管的管壁的弧頂處時，罐體內的剩余空氣被封存，此時罐體內 的空氣壓力等于大氣壓，空氣未被壓縮，也沒有空氣缺失，以此時的液面高度作為初始液面 高度計算氣體缺失量誤差最小。
[0040] 液面位于所述進氣管的管壁的弧頂處時，以此時的液面高度設定為初始狀態下的 液面高度，即H。;以此時罐體內的氣體壓力為穩壓罐內初始狀態下的初始氣體壓力，即P。； 以此時罐體內的液面以上的氣體體積為穩壓罐內初始狀態下的氣體體積，即V。。
[0041] 作為優選，與氣體缺失體積1等效的水位上升高度為H s，
[0042] 算出氣體缺失體積后可以進一步算出氣體缺失體積Vs等效的水位上升高度H s，也 可以設定Hs的閾值，當Η 3大于閾值時即可向罐體補氣。
[0043] 本發明實現的有益效果：本發明提供的氣體缺失量的測量方法可以對罐體內氣體 缺失量進行測量和計算，以便于及時向罐體內補充氣體，使疊壓供水穩壓罐內的氣體始終 保持在規定的范圍內；從而使疊壓供水穩壓罐消除水壓波動和防止水錘破壞的功能始終有 效、也不會減弱。
【附圖說明】
[0044] 圖1示出了本發明的實施例的疊壓供水穩壓罐的示意圖；
[0045] 圖2示出了利用本發明的實施例的疊壓供水穩壓罐測量氣體缺失量的示意圖。
[0046] 其中，圖1~圖2的附圖標記為：
[0047] 罐體101 ; 進水管102 ; 出水管103 ;
[0048] 進氣管104 ; 水位傳感器105 ; 壓力傳感器106 ;
[0049] 水栗107 ; 分支管108 ; 電磁閥109 ;
[0050] 射流器110 ; 進排氣閥111 ; 閥體112 ;
[0051] 浮球113; 空氣濾清器114; 噴嘴115;
[0052] 吸氣管116; 擴散管117; 通氣孔118;
[0053] 補氣控制器119。
【具體實施方式】
[0054] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施 例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
[0055] 因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護 的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范 圍。
[0056] 應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一 個附圖中被定