技术领域本发明涉及一种山丘区长距离输水工程系统水泵选型节能方法，山丘区输水工程系统为一种长距离具有多级提水和加压泵站、输水明渠、压力管道、隧洞、暗渠、引水闸、节制闸、倒虹吸等建筑物型式和加压输水、无压重力流输水、有压重力流输水方式的复杂输水系统。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展，水资源短缺问题越来越突出，长距离、跨流域调水工程作为重要的基础设施不断兴建。长距离大型输水工程涉及的输水建筑物型式种类繁多：如引水闸、节制闸、倒虹吸、提水泵站、加压泵站、输水明渠、渡槽、管道、暗渠、隧洞、明渠分水闸、管道分水口、调节水池等；输水方式常见的有：无压重力流输水、加压输水、有压重力流输水，以及多种输水方式的结合等。长距离调水工程是重要的能耗大户，能耗成本往往占很大的比例。但由于大型调水工程投资大、组成建筑物多、系统总体布局复杂、涉及面广，以及目前我国在长距离大型输水工程的规划设计、设备制造、施工和运行管理等方面存在的不合理现象和不同程度的技术差距，造成了工程能源浪费、利用效率低和工程运行成本高等问题。因此，在长距离调水工程系统中研究节约能源，具有特别重要的意义，也是本发明需要解决的问题。
技术实现要素：
：针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种经济合理、安全可靠的长距离大型输水工程系统及节能方法。本发明中的输水工程系统是通过如下技术方案来实现的：本发明提供了一种长距离输水工程系统的节能方法，所述节能方法为水泵选型节能方法，所述长距离输水工程系统在输水工程始端和末端的输水系统沿线上设置连续的若干级泵站，其包括以下步骤：S31：确定长距离输水工程系统的若干级泵站的级数和位置，选择水泵；S32：调速泵和定速泵台数的确定(1)调速泵和定速泵不同型号时，应满足：2Q1+nQ2=QQ1=2Q2H=Hp---(2)]]>式中Q—总调水量；Q1—调速泵额定转速设计工况点的流量；Q2—定速泵额定转速设计工况点的流量；n—定速泵台数；n＝1，2，…，nH—调速泵和定速泵扬程；Hp—泵站出口设定压力。(2)调速泵和定速泵相同型号时，应满足：(2+n)Q1=QH=Hp---(3)]]>式(2)、(3)中，Q、Hp已知，需求出Q1、Q2、H；分别设n＝1，2，…，n即可得到相应的几个方案；结合水泵产品样本及参数，初步确定调速泵和定速泵数量的组合方案；S33：核定各个工况时调速泵和定速泵是否工作在高效区内，若工作偏出高效区，则应重新选泵；S34：枚举法计算上述经核定的调速泵和定速泵数量组合方案的泵站泵组的年综合费用；Zb=(Σi=1nMi+Σi=1lPi)(i(1+i)y(1+i)y-1+α)+Σi=1n-k(ρgQiHi1000ηi)tb×10-4---(4)]]>式中：Zb——泵站年综合费用，万元/年；n——所选用的水泵数目(包括备用水泵)，台；k——备用水泵的数目，台；l——调速器的数目，台；Mi——第i台水泵和电机的初投资，万元；Pi——第i台调速器的初投资，万元；y——投资回收期的年限，；α——设备年大修费率；ρ——输送介质的密度；Qi——第i台水泵的流量，m3/h；Hi——第i台水泵的扬程，m；ηi——第i台水泵的扬程的总效率(％)；t——水泵的年运行时间，h；b——电价，元/kw·h；i——银行年利率；g——重力加速度，为9.81m/s2；S35：以年综合费用最小为原则，确定泵站调速泵和定速泵台数的最优组合方案。优选的，所述长距离输水工程系统的泵站包括提水泵站和加压泵站；每一级提水泵站前后连接输水明渠，所述输水明渠渠首设置引水闸、沿线设若干座节制闸、根据地形变化选自用于输送水流穿越或跨越障碍的倒虹吸和渡槽；每一级加压泵站后连接输水管路至下一级泵站，所述输水管路根据地形变化选自用于输送水流穿越或跨越障碍的输水管道、隧洞、暗渠中的一种或多种的结合；所述输水系统沿线上用于连通用水户的分水闸和设有分水阀门的分水口。优选的，所述提水泵站前具有前池，前池上游设清污机，所述倒虹吸进口设拦污栅和具有节制闸功能的检修闸门，引水闸、节制闸及倒虹吸进口检修闸门采用系统事故停电可自动关闭闸门的齿杆式启闭机。优选的，所述泵站、引水闸、节制闸、和分水闸连接用于提供动力和控制的电气控制设备。优选的，所述每一级加压泵站前均设有前池。优选的，所述每一级加压泵站的第一级加压泵站具有前池，其它级加压泵站前没有前池。优选的，所述提水泵站和加压泵站组成均包括水泵进水端和出水端，在进水端和出水端之间并联连接的若干个定速水泵和调速水泵，每个水泵分别设有一水泵控制柜，在泵站前池、泵站的各水泵进出水端、分水口、沿输水线路控制点均设置有压力表、流量计、水位计、计时器，还包括一控制单元，所述控制单元的数据采集端与所述的压力表、流量计、水位计、计时器连接，所述控制单元的控制端与控制水泵的水泵控制柜连接。本发明还提供了上述长距离输水工程系统的节能方法，所述节能方法为避免强调系统节能的同时带来工程投资增加等其它问题，是以工程总造价的年值或净现值最小为前提的。其是输水工程系统的总体布置与输水方式的节能方法，所述节能方法主要包括以下步骤：S10：选择多个可行的输水系统方案；S20：对多个可行的输水系统方案以系统年综合费用z进行计算，z最小的方案最为节能，使Z→min.Z=Σj=1m(i(1+i)y(1+i)y-1+αj)Pkj+Σi=1n-kQiHsyiTi1000ηpηpiηmotρgb(j=1,2,3,........m)---(1)]]>式中：i—银行年利率；Pkj—管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、泵站等工程组成建筑物的投资；y—投资回收期的年限；m—工程组成建筑物的数量；n—所选用的水泵数目(包括备用水泵)，台；k—备用水泵的数目，台；α—年折旧率；αj指第m个工程组成建筑物的年折旧率；b—单位电能的费用[元/(kW·h)]；ρ—水的密度(kg/m3)；Qi—第i级泵站1年中随季节变化的平均日输水量(m3/s)；Hsyi—相应于Qi的泵站装置扬程(m)；Ti—第i级泵站1年中平均工作小时数(h)；ηp—水泵效率；ηpi—管道效率；ηpi＝Hsyi/Hiηmot—电动机效率。优选的，所述步骤S10中在选择输水系统方案中输水方式的节能是在输水条件具备时依次优先选用有压重力流输水、明渠无压重力流输水、加压输水和重力流结合输水、加压输水。优选的，所述步骤S10的步骤如下：S11：根据输水系统的水源地和供水目标，以及系统沿线受水区位置和地形地貌，规划输水线路平面布置方案；S12：对各平面布置方案纵、横断面设计；S13：水力计算，能否管道自流，如是，则进入步骤S20；如否，则进入步骤S14；S14：是否具备全线重力流明渠输水，如是，则进入步骤S20；如否，则进入步骤S15；S15：是否具备梯级提水明渠输水，如是，则进入步骤S16；如否，则进入步骤S17；S16：确定泵站级数和位置，优化水泵选型、大小泵组合或调速泵最优组合运行、传动效率、进出水设施，进入步骤S20；S17：是否加压与重力流组合输水，如是，优化节能管径、管材、加压泵站级数、位置；确定加压段的控制点，调节池位置、隧洞及暗渠型式、长度、进出口高程，进入步骤S20；如否，则采用加压输水，优化节能管径、管材、加压泵站级数、位置，进入步骤S20。本发明还提供了一种长距离输水工程系统的节能方法，所述节能方法为水泵运行节能方法，其包括以下步骤：S41：确定覆盖泵站流量变化范围的水泵运行工况，保证调速泵和定速泵工作在高效区内。(1)调速泵和定速泵不同型号时对应工况和开泵组合其中，Q1为调速泵最大流量，Q2为定速泵的流量。(2)调速泵和定速泵相同型号时对应工况和开泵组合工况1234流量Qmin～Q1Q1～2Q12Q1～3Q13Q1～(2+n)Q1开泵组合一调两调两调一定两调n定调速泵最小流量QminQ1/2Q1/2Q1/2S42：水泵工况点参数的确定(1)读取水泵参数数据，包括单台水泵的数个流量Qi、扬程Hi、功率Pi工况点数据，单台水泵最小运行流量Qmin、最大运行流量Qmax，已安装的定速泵数量n定和调速泵数量n调；管道阻耗系数S；通过流量计、压力表等数据采集装置获取系统运行工况的总流量QT、扬程H。(2)依据定速水泵作为主力水泵参与运行，定速泵扬程等于工况点扬程，其余流量由调速水泵通过调速运行供给的原则进行计算。计算单台调速泵的流量Q调＝(QT－Q定×n定)÷n调；(5)(3)定速泵工况点、调速水泵额定工况点的确定由泵和管道系统特性曲线方程式(7)和式(8)联立求出定速泵工况点、调速水泵额定工况点的Q和H值。其中水泵Q-H曲线由下列多项式拟合：H＝H0+A1Q+A2Q2+…+AmQm(6)根据最小二乘原理求H0、A1、A2、…、Am的线性方程组为：nH0+A1Σi=1nQi+A2Σi=1nQi2+...+AmΣi=1nQim=Σi=1nHiH0Σi=1nQi+A1Σi=1nQi2+A2Σi=1nQi3+...+AmΣi=1nQim+1=Σi=1nHiQi...H0Σi=1nQim+A1Σi=1nQim+1+A2Σi=1nQim+2+...+AmΣi=1nQi2m=Σi=1nHiQim---(7)]]>解式(7)就可求得H0、A1、A2、…、Am。管道系统特性曲线方程为：H＝HST+SQ2(8)式中HST为静扬程。(4)调速泵转速n2n2＝n1×(Q2/Q1)(9)式中n1、Q1工况点转速和流量；Q2指n2对应流量。S43：根据运行实测数据，计算各工况水泵轴功率之和，选择轴功率之和最小为最佳方案。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明图1a为本发明方案一的输水管线平面布置示意图(前半部分)；图1b为本发明方案一的输水管线平面布置示意图(后半部分)；图2a为本发明方案二的输水管线平面布置示意图(前半部分)；图2b为本发明方案二的输水管线平面布置示意图(后半部分)；图3为本发明优化设计的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。本发明中的山丘区输水工程系统是通过如下技术方案来实现的：本发明一方面提供了两种长距离输水工程系统，其中，泵站1；引水闸2；分水闸3；明渠4；清污机5；前池6；节制闸7；拦污栅8；倒虹吸9；渡槽10；压力管道11、隧洞12、暗渠13、分水口14、水库15、高位水池16。方案一如图1a、1b所示，在输水工程始端和末端的输水系统沿线上设置连续的若干级泵站1，泵站1包括连续的三级提水泵站和连续的四级加压泵站。其中提水泵站指明渠上的泵站，提水泵站位于加压泵站的上游。每一级提水泵站前后连接输水明渠4，所述输水明渠4渠首设置引水闸2、沿线设若干座节制闸7、根据地形变化选自用于输送水流穿越或跨越障碍的倒虹吸9和渡槽10，所述提水泵站前池上游设清污机5、倒虹吸进口设拦污栅8和具有节制闸功能的检修闸门，引水闸2、节制闸7及倒虹吸进口检修闸门采用系统事故停电可自动关闭闸门的齿杆式启闭机。每一级加压泵站均包括前池6、泵站1和输水管路，所述泵站1前设有前池6，泵站1后连接输水管路至下一级泵站的前池6，所述输水管路根据地形变化选自用于输送水流穿越或跨越障碍的输水管道(压力管道11)、隧洞12、暗渠13中的一种或多种的结合；所述输水系统沿线上用于连通用水户的分水闸3和设有分水阀门的分水口14；所述泵站1、引水闸2、节制闸7和分水闸3连接用于提供动力和控制的电气控制设备。方案二如图2a、2b所示，另一种长距离输水工程系统与上述系统的线路走向布置及建筑物等基本相同，不同点只是四级加压泵站的后三级加压泵站没有前池，这样四级加压泵站直至工程末端完全串联起来，实现多级加压泵站系统直连而不中断。本发明的长距离大型输水工程系统通过逐级提水和加压泵站及明渠、倒虹吸、渡槽、管道、隧洞、暗渠输水，到达输水工程末端。各泵站和水闸的电气和控制设备分别为泵站内水泵和阀门、分水闸(阀)等提供动力和控制，协调调度梯级加压泵站和输水系统的联合运行，实现供水目标。由此可见，本发明通过将输水系统沿线上分为连续的若干级，从而既可以根据每一级的地形、流量、分水口位置、分水流量等特点设置不同的、最适合节能的建筑组成和位置，还可以通过电气控制设备实现不同级泵站的输水量等，实现输水系统的联合优化节能运行。优选的，所述系统提水泵站和加压泵站组成包括水泵进水端和出水端，在进水端和出水端之间并联连接的若干个定速水泵和调速水泵，其特征在于所述每个水泵分别设有一水泵控制柜，在泵站前池、泵站的各水泵进出水端、分水口、沿输水线路控制点均设置有压力表、流量计、水位计、计时器，还包括一控制单元，所述控制单元的数据采集端与所述的压力表、流量计、水位计、计时器连接，所述控制单元的控制端与控制水泵的水泵控制柜连接。本发明还提供了上述山丘区长距离输水工程系统的节能方法，所述节能方法为避免强调系统节能的同时带来工程投资增加等其它问题，是以工程总造价的年值或净现值最小为前提的。所述节能方法主要包括以下步骤：注：每一步中的公式参数含义相互独立，若不同步骤间同一参数可能用不同的字母表示，以各自表示的含义为准。第一步、输水工程系统的总体布置与输水方式的节能方法该节能方法包括以下步骤：1、选择多个可行的输水系统方案。取指相同的取水点和受水点(起点、终点)，不同的线路、泵站级数或不同数量的隧洞、倒虹吸、管道、暗渠等方案。2、输水工程系统的总体布置的节能主要是满足各线路方案的工程总造价年值或净现值最小，以此得出系统最合理的泵站级数、泵站台数、流速、管径、糙率和渠道横断面尺寸的参数。节能途径是线路总长度最短L→Lmin、总扬程最低H→Hmin，多方案优化渠道等建筑物的断面尺寸、渠底坡降、衬砌形式、管径、管道根数等。实现工程系统年综合费用最小，应使Z→min.Z=Σj=1m(i(1+i)y(1+i)y-1+αj)Pkj+Σi=1n-kQiHsyiTi1000ηpηpiηmotρgb(j=1,2,3,........m)---(1)]]>式中：i—银行年利率；Pkj—管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、泵站等工程组成建筑物的投资；y—投资回收期的年限；m—工程组成建筑物的数量；n—所选用的水泵数目(包括备用水泵)，台；k—备用水泵的数目，台；α—年折旧率；αj指第m个工程组成建筑物的年折旧率。b—单位电能的费用[元/(kW·h)]；ρ—水的密度(kg/m3)；Qi—第i级泵站1年中随季节变化的平均日输水量(m3/s)；Hsyi—相应于Qi的泵站装置扬程(m)；Ti—第i级泵站1年中平均工作小时数(h)；ηp—水泵效率；ηpi—管道效率；ηpi＝Hsyi/Hiηmot—电动机效率。其中，步骤1中输水方式的节能是在输水条件具备时依次优先选用有压重力流输水、明渠无压重力流输水、加压输水和重力流结合输水、加压输水。输水方式的优选，结合所述输水工程系统的总体布置，实现工程系统年综合费用最小，即：Z→min见式(1)。优化流程见图3。步骤1具体步骤如下：S11：根据输水系统的水源地和供水目标，以及系统沿线受水区位置和地形地貌，规划输水线路平面布置方案；S12：对各平面布置方案纵、横断面设计；S13：水力计算，能否管道自流，如是，则进入步骤2；如否，则进入步骤S14；S14：是否具备全线重力流明渠输水，如是，则进入步骤2；如否，则进入步骤S15；S15：是否具备梯级提水明渠输水，如是，则进入步骤S16；如否，则进入步骤S17；S16：确定泵站级数和位置，优化水泵选型、大小泵组合或调速泵最优组合运行、传动效率、进出水设施，进入步骤2；S17：是否加压与重力流组合输水，如是，优化节能管径、管材、加压泵站级数、位置；确定加压段的控制点，调节池位置、隧洞及暗渠型式、长度、进出口高程，进入步骤2；如否，则采用加压输水，优化节能管径、管材、加压泵站级数、位置，进入步骤2。上述综合节能方法得到了前述的输水系统，相比而言，由于第二种输水系统方案的后三级加压泵站没有前池，四级加压泵站直至工程末端完全串联起来，实现多级泵站系统直连加压而不中断。每级加压泵站输水管道末端的剩余水头(至少2～3m)都得到了充分利用，所以更为节能。第二步、水泵选型的节能该节能方法为水泵选型节能方法，其包括以下步骤：1、选用效率较高的水泵；2、调速泵和定速泵台数的确定，设定调速泵为两台(当然亦可设为变量)(1)调速泵和定速泵不同型号时，应满足：2Q1+nQ2=QQ1=2Q2H=Hp---(2)]]>式中Q—总调水量；Q1—调速泵额定转速设计工况点的流量；Q2—定速泵额定转速设计工况点的流量；n—定速泵台数；n＝1，2，…，nH—调速泵和定速泵扬程；Hp—泵站出口设定压力。(2)调速泵和定速泵相同型号时，应满足：(2+n)Q1=QH=Hp---(3)]]>式(2)、(3)中，QHp已知，需求出Q1、Q2、H；分别设n＝1，2，…，n即可得到相应的几个方案；结合水泵产品样本及参数，初步确定调速泵和定速泵数量的组合方案。3、核定各个工况时调速泵和定速泵是否工作在高效区内，若工作偏出高效区，则应重新选泵。4、枚举法计算上述经核定的调速泵和定速泵数量组合方案的泵站泵组的年综合费用。Zb=(Σi=1nMi+Σi=11Pi)(i(1+i)y(1+i)y-1+α)+Σi=1n-k(ρgQiHi1000ηi)tb×10-4---(4)]]>式中：Zb——泵站年综合费用，万元/年；n——所选用的水泵(数目(包括备用水泵)，台；k——备用水泵的数目，台；l——调速器的数目，台；Mi——第i台水泵和电机的初投资，万元；Pi——第i台调速器的初投资，万元；y——投资回收期的年限；α——设备年大修费率；ρ——输送介质的密度；Qi——第i台水泵的流量，m3/h；Hi——第i台水泵的扬程，m；ηi——第i台水泵的扬程的总效率(％)；t——水泵的年运行时间，h；b——电价，元/kw·h；i——银行年利率；g——重力加速度，为9.81m/s2。其中，调速器+水泵＝调速泵，水泵＝定速泵。5、以年综合费用最小为原则，确定泵站调速泵和定速泵台数的最优组合方案。第三步、水泵运行节能方法该节能方法为水泵运行节能方法，其包括以下步骤：1、确定覆盖泵站流量变化范围的水泵运行工况，保证调速泵和定速泵工作在高效区内。(1)调速泵和定速泵不同型号时对应工况和开泵组合其中，Q1为调速泵最大流量，Q2为定速泵的流量。(2)调速泵和定速泵相同型号时对应工况和开泵组合工况1234流量Qmin～Q1Q1～2Q12Q1～3Q13Q1～(2+n)Q1开泵组合一调两调两调一定两调n定调速泵最小流量QminQ1/2Q1/2Q1/22、水泵工况点参数的确定(1)读取水泵参数数据，包括单台水泵的数个流量Qi、扬程Hi、功率Pi工况点数据，单台水泵最小运行流量Qmin、最大运行流量Qmax，已安装的定速泵数量n定和调速泵数量n调；管道阻耗系数S；通过流量计、压力表等数据采集装置获取系统运行工况的总流量QT、扬程H。(2)依据定速水泵作为主力水泵参与运行，定速泵扬程等于工况点扬程，其余流量由调速水泵通过调速运行供给的原则进行计算。计算单台调速泵的流量Q调＝(QT－Q定×n定)÷n调；(5)(3)定速泵工况点、调速水泵额定工况点的确定由泵和管道系统特性曲线方程式(7)和式(8)联立求出定速泵工况点、调速水泵额定工况点的Q和H值。其中水泵Q-H曲线由下列多项式拟合：H＝H0+A1Q+A2Q2+…+AmQm(6)式中，H0为Q＝0对应的H，A1、A2、…、Am为泵Q-H拟合曲线多项式系数，,m为指数，决定式(6)的项数，一般取2或3。根据最小二乘原理求H0、A1、A2、…、Am的线性方程组为：nH0+A1Σi=1nQi+A2Σi=1nQi2+...+AmΣi=1nQim=Σi=1nHiH0Σi=1nQi+A1Σi=1nQi2+A2Σi=1nQi3+...+AmΣi=1nQim+1=Σi=1nHiQi...H0Σi=1nQim+A1Σi=1nQim+1+A2Σi=1nQim+2+...+AmΣi=1nQi2m=Σi=1nHiQim---(7)]]>解式(7)就可求得H0、A1、A2、…、Am。上式中n指拟合Q-H曲线所取得坐标点数，i指除(Q0,H0)以外的点。管道系统特性曲线方程为：H＝HST+SQ2(8)式中HST为静扬程。S指管道阻耗系数(即管道阻力系数)。(4)调速泵转速n2n2＝n1×(Q2/Q1)(9)式中n1、Q1分别指工况点转速和流量；Q2指n2对应流量。3、根据运行实测数据，计算各工况水泵轴功率之和，选择轴功率之和最小为最佳方案。第四步、自动化控制的节能(1)清污机的节能，通过设置在清污机上下游的水位计控制水位差，当水位差大于设定值时，清污机自动开启，减小水头损失。清污机在大型输水渠道清污闸一般装设多台，每台独立工作。每台清污机上设置1块按钮箱，箱上安装机旁开停按钮；设置公用动力馈电屏1块、屏内主要安装空气断路器、交流接触器、电流互感器等一次设备；设置公用PLC控制屏1块，屏内主要安装PLC、触摸屏、水位流速显示仪、智能仪表、10/100M工业以太网光传输交换机等。动力馈电屏及PLC控制屏安装在现场控制房间内。动力馈电屏及PLC控制屏至清污机的动力及控制电缆沿电缆沟及穿管敷设。全年节省电耗可按下式计算：式中Qi—1年中泵站的平均日输水量(L/s)；Hi—相应于Qi的水位差；Ti—1年中平均泵站工作小时数(h)；ρ—水的密度，取ρ＝1kg/L；ηp—水泵效率(％)；ηm—电机效率(％)；ηn—电网效率(％)；α—每1kWh电的价格(元/度)。ηpηm为水泵装置效率。(2)沿线泵站前池及控制点水位的自动控制节能在水泵的运行过程中，应选用先进的控制仪表，实行水位、流量、压力自动监测，通过PLC实现最佳控制，合理调整工况，保证高效工作。第五步、采用附属建筑物设施的节能方法(1)长距离输水管道沿线采用多功能一体化附属设施多功能一体化附属设施通过将封堵板采用装配连接的方式设置在输水管道的各试压段上，从而将输水管道的每一试压段分隔为相邻的两个试压段，每一试压段通过管路连通后即能够实现每一试压段单独试压或逐段连通试压，可以节约试压用水，达到节能目的；大大缩短试压工期，同时装置装配及拆卸简单，也有利于缩短工程整体工期；在试压过程中其混凝土边墙起到固定管道，防止输水管道充水试压时发生位移，代替常规的管道试压靠背；其还兼作管道止推墩和镇墩，并同时作为阀门井使用，可以大大节约工程投资和节能。详见“一种山丘区输水管道试压方法及试压装置”专利(专利号201310453054.9)。(2)引水闸、节制闸及倒虹吸进口检修闸门采用系统事故停电可自动关闭闸门的齿杆式启闭机，事故停电时，齿杆式启闭机自动关闭闸门将明渠水流分段截断，避免壅高至下游漫堤，造成安全事故和水的浪费。见“齿杆式启闭机”专利，房金贤。(3)自动控制通过沿线流量、压力的检测，及时、准确判断事故点，实现自动停机流程关机，关闭事故点的上下游阀门，减少弃水和水泵机组运行时间，节约能源。尽管已经示出和描述了本发明的实施例和比较例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。