一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置及控制方法与流程

本发明涉及水源热泵技术领域，尤其涉及一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置及控制方法。

背景技术：

在水源热泵领域，地表水热泵系统以其成本较低且施工相对简便的特点得到了用户的大力推崇。但在沿海地区靠近河流入海口的实际项目实施过程中，由于受到进水工况的制约，水源热泵机组水源侧的取水点需要满足：1、取水点要位于水体中的恒温层，2、取水点在枯水期、涨水期也必须符合取水工况和温度等要求，3、还要考虑因潮汐导致的海水对江水顶托作用引起的水质变化对取水管系以及热泵机组性能造成的影响。

在上述情况下，如果采用常规的不具备防海水腐蚀的江水源热泵中的取水装置，因为海水水位上升时海水从河流入海口灌入河道内，取水装置从取水点抽取的河水中可能会混合海水，致使海水进入江水源热泵机组中，容易造成江水源热泵机组中的取水管系以及热泵机组冷凝器腐蚀，对取水管系以及热泵机组的稳定性及安全性造成影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置及控制方法，该水源热泵取水装置不仅能够满足河流涨水期和枯水期相对水位落差大的取水要求，还能进一步满足在海水顶托作用下的河流中抽取淡水的取水要求，确保水源热泵取水装置能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，确保江水源热泵稳定运行，不易被海水腐蚀。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置，包括依次相连的水泵、取水管和取水部，所述取水部包括取水头部，所述取水头部连接有第一至第n个取水支管，数量n≥2，第一至第n个取水支管在高度方向上间隔设置，第一至第n个取水支管都连接有取水口控制阀，所述取水口控制阀的输入端再与取水口相连，其中对应连接第一取水支管的取水口设于最低位置、在河流历史最低水位期间也浸没在水体中，每个所述取水口上都包设有网格过滤器，每个所述取水口对应的河流水平位置都设有水温传感器和盐度传感器，所述水泵、取水口控制阀、水温传感器和盐度传感器都与水源热泵控制器相连。

进一步的，所述取水管连接有阀门井，所述阀门井中设有取水控制阀和反冲洗取水控制阀，所述取水控制阀安装在所述取水管上，所述反冲洗取水控制阀的一端通过反冲洗取水管与反冲洗取水口相连，所述反冲洗取水控制阀的另一端通过管道与所述水泵的输入端相连，所述水泵的输出端并联有第一控制阀和反冲洗循环管，所述反冲洗循环管的另一端通过第二控制阀再与所述取水管连通。

进一步的，所述第一控制阀依次通过旋流除砂器、输水管路和全自动反冲洗装置连接至水源热泵机组。

进一步的，所述取水部外设有围护桩，所述围护桩之间设有包围所述取水部的围护栅，所述围护桩内的所述取水部底部设有泥沙沉淀池。

进一步的，取水支管的数量n≥4，相邻的取水支管之间的垂直间距为0.3-1m。

进一步的，所述取水头部为垂直设置的密封的管状容器。

一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置的控制方法，其包括如下步骤：

s1、在水源热泵控制器中设置控制程序，控制程序中设置溶液盐度临界值a；

s2、当控制程序检测到每个盐度传感器测量值大于零小于溶液盐度临界值a时，再检测每个水温传感器的测量值，选择测量值为最低温度的水温传感器对应的取水口供水，即开启对应的取水口连接的取水口控制阀、关闭其他取水支管上的取水口控制阀，再开启水泵为水源热泵供水；

s3、当控制程序检测到盐度传感器中的某个测量值大于溶液盐度临界值a时，此时进入海水顶托分层取水工况，关闭该盐度传感器对应的取水口连接的取水口控制阀，再检测比该取水口处于更高位置的、且测量值小于溶液盐度临界值a的盐度传感器对应的其他水温传感器的实时测量值，再选择测量值为最低温度的水温传感器对应的取水口供水，即开启对应的取水口连接的取水口控制阀、再关闭其他取水支管上的取水口控制阀，开启水泵为水源热泵供水；

s4、当控制程序检测到所有的盐度传感器的测量值都大于溶液盐度临界值a时，关闭所有的取水口连接的取水口控制阀，停止取水。

s5、进一步的，当控制程序检测到某个盐度传感器测量值为零时，此时进入枯水期取水工况，关闭该盐度传感器对应的取水口连接的取水口控制阀，再检测比该取水口处于更低位置的、且测量值小于溶液盐度临界值a的盐度传感器对应的其他水温传感器的实时测量值，选择测量值为最低温度的水温传感器且测量值不为零的盐度传感器对应的取水口供水。

进一步的，在机组运行一段时间后，水源热泵控制器运行反冲洗程序，关闭所述第一控制阀和所述取水控制阀，打开所述反冲洗取水控制阀和所述第二控制阀，再开启所述水泵和取水口控制阀，由所述水泵通过所述反冲洗取水管从反冲洗取水口抽水对所述取水管和取水部进行冲洗。

本发明具有如下有益效果：

本发明水源热泵取水装置中设置多个不同高度的取水口，每个取水口能够根据检测条件单独控制，不仅能够在河流相对水位落差大时准确可靠取水，还能够在海水顶托作用区的河流中准确抽取淡水，确保江水源热泵能够稳定运行，不易被海水腐蚀。

本发明水源热泵取水装置中设置能够对取水管和取水部进行反冲洗的装置，能够定期清除取水管和取水部中的淤积物，避免河流中的泥沙阻塞管道，保证水源热泵机组正常工作。

本发明中的取水口设置合理，创造性的在海水顶托作用区的河流中设置水温传感器和盐度传感器，能够准确检测判断出河流涨水期、枯水期和海水顶托期，控制程序能够根据检测数据准确控制各取水口控制阀的开启与关闭，能够从不同高度的取水口抽取最合适的淡水供水源热泵使用。

本发明中的取水部设有围护桩和围护栅，取水口上设有网格过滤器，能够更好的保护取水口，避免取水口被泥沙阻塞。

总之，本发明水源热泵取水装置不仅适合河流涨水期和枯水期取水使用，还适合在海水顶托作用下的河流中抽取淡水使用，确保水源热泵取水装置能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，能够确保江水源热泵长期稳定可靠运行。

附图说明

图1为本发明水源热泵取水装置部分的结构示意图；

图2为设有反冲洗装置的水源热泵取水装置的结构示意图；

图3为本发明水源热泵取水装置连接水源热泵机组的结构示意图；

图4为本发明取水部外的围护桩和围护栅部分的结构示意图；

图5为本发明取水装置的控制流程示意图。

附图标记说明：

1、水泵；2、取水管；3、取水部；31、取水头部；32、取水支管；33、取水口控制阀；34、取水口；35、网格过滤器；36、水温传感器；37、盐度传感器；4、阀门井；5、取水控制阀；6、反冲洗取水控制阀；7、反冲洗取水管；8、反冲洗取水口；9、第一控制阀；10、反冲洗循环管；11、第二控制阀；12、旋流除砂器；13、输水管路；14、全自动反冲洗装置；15、围护桩；16、围护栅。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1所示，一种适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置，包括依次相连的水泵1、取水管2和取水部3，所述取水部3包括取水头部31，所述取水头部31连接有第一至第n个取水支管32，数量n≥2，第一至第n个取水支管32在高度方向上间隔设置，第一至第n个取水支管32都连接有取水口控制阀33，所述取水口控制阀33的输入端再与取水口34相连，其中对应连接第一取水支管32的取水口34设于最低位置、在河流历史最低水位期间也浸没在水体中，每个所述取水口34上都包设有网格过滤器35，每个所述取水口34对应的河流水平位置都设有水温传感器36和盐度传感器37，所述水泵1、取水口控制阀33、水温传感器36和盐度传感器37都与水源热泵控制器相连；水源热泵控制器中存储有相应的控制程序，控制程序能够控制水源热泵取水装置自动运行，控制硬件系统和控制程序为本领域技术人员知晓的通用技术。

网格过滤器35是由不锈钢薄板和不锈钢网格板焊接构成。

参见图2所示，所述取水管2连接有阀门井4，所述阀门井4中设有取水控制阀5和反冲洗取水控制阀6，所述取水控制阀5安装在所述取水管2上，所述反冲洗取水控制阀6的一端通过反冲洗取水管7与反冲洗取水口8相连，所述反冲洗取水控制阀6的另一端通过管道与所述水泵1的输入端相连，所述水泵1的输出端并联有第一控制阀9和反冲洗循环管10，所述反冲洗循环管10的另一端通过第二控制阀11再与所述取水管2连通。

参见图3所示，所述第一控制阀9依次通过旋流除砂器12、输水管路13和全自动反冲洗装置14连接至水源热泵机组，为水源热泵机组供水，水源热泵机组换热后的水再排回河流中，全自动反冲洗装置14选用市面上现有设备，用于清洗水源热泵机组。

参见图4所示，所述取水部3外设有围护桩15，所述围护桩15之间设有包围所述取水部3的围护栅16，所述围护桩15内的所述取水部3底部设有泥沙沉淀池，能够对取水部3构成立体围护保护，避免河流中的杂物对取水部3造成冲击，也能够过滤掉水中的一些杂质。

实际施工时，取水支管32的数量根据河流水文条件选取，通常数量n≥4，便于根据河流状况选择最佳的取水口。本实施例中可以设置第一取水支管、第二取水支管、第三取水支管和第四取水支管共四个取水支管，相邻的取水支管32之间的垂直间距根据不同的河流水文条件进行设置，优先选取的垂直间距为0.3-1m。

所述取水头部31为垂直设置的密封的管状容器，管状容器通常采用不锈钢的材料制成，管状容器的形状包括圆筒、矩形筒或多边形筒体；取水头部31的总高度与取水支管32数量和间距相匹配；取水头部31的底部设有固定的混凝土基座，确保取水头部31能够稳定的固定在河流中。

上述适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置的控制方法如下：其包括如下步骤：

s1、在水源热泵控制器中设置控制程序，控制程序中设置溶液盐度临界值a；溶液盐度临界值a的具体值根据河流水文条件选取，溶液盐度临界值a避免设置过大或过小，既要保证能够稳定抽取含盐量低的淡水，又要避免抽取到含盐量过高的水，如可以设置溶液盐度临界值a为3.5‰；水源热泵能够长期适应低盐含量的淡水使用，但含盐量高的海水会较快腐蚀水源热泵。

s2、当控制程序检测到每个盐度传感器37测量值大于零小于溶液盐度临界值a时，说明此时为正常的河流取水工况，然后检测每个水温传感器36的测量值，对测量值进行比较，选择测量值为最低温度的水温传感器36对应的取水口34供水，即开启对应的取水口34连接的取水口控制阀33、关闭其他取水支管32上的取水口控制阀33，再开启水泵1为水源热泵供水，换热后的水再排回河流中；

s3、当控制程序检测到盐度传感器37中的某个或某些测量值大于溶液盐度临界值a时，此时进入海水顶托分层取水工况，因为潮汐造成的海水顶托作用，海水水位慢慢上升从河流入海口倒灌入河道内，由于海水含盐量高、密度比江水大，而且由于取水点通常设置在水流比较平缓处，取水点处的江水和顶托的海水通常分层比较明显，在河流的海水顶托作用区域内海水在下层、江水在上层，为了避免从取水口抽取到含盐量过高的海水，应关闭该盐度传感器37对应的取水口34连接的取水口控制阀33，再检测比该取水口34处于更高位置的、且测量值小于溶液盐度临界值a的盐度传感器37对应的其他水温传感器36的实时测量值，对测量值进行比较，最后选择测量值为最低温度的水温传感器36对应的取水口34供水，即开启对应的取水口34连接的取水口控制阀33、再关闭其他取水支管32上的取水口控制阀33，开启水泵1为水源热泵供水；

s4、当控制程序检测到所有的盐度传感器37的测量值都大于溶液盐度临界值a时，说明河流的海水顶托作用区中基本上充满倒灌的海水，这时应该关闭所有的取水口34连接的取水口控制阀33，暂时停止取水，等待海水退潮后河流的海水顶托作用区中再次填充淡水后再取水；根据需要，还可以在河流岸边设置一个缓冲的淡水蓄水池，避免海水倒灌时水源热泵没有合适的淡水使用。

s5、当控制程序检测到某个或某些盐度传感器37测量值为零时，此时进入枯水期取水工况，因盐度传感器37测量值为零时代表该盐度传感器37对应的取水口34已露出水面，没有浸没在河流中，不能从该取水口34中取水，所以需关闭该盐度传感器37对应的取水口34连接的取水口控制阀33；然后再检测比该取水口34处于更低位置的、且测量值小于溶液盐度临界值a的盐度传感器37对应的其他水温传感器36的实时测量值，对测量值进行比较，最后选择测量值为最低温度的水温传感器36且测量值不为零的盐度传感器37对应的取水口34供水，即开启对应的取水口34连接的取水口控制阀33、关闭其他取水支管32上的取水口控制阀33，再开启水泵1为水源热泵供水。实际安装时，需保证设置在最低位置的第一取水支管（32）的取水口（34）在河流历史最低水位期间也浸没在水体中，避免出现无水可取的状况。

适用于海水顶托作用区的水源热泵取水装置的控制流程示意图参见图5所示。

由于是在自然环境的河流中取水，取水过程中难免会将河流中的泥沙带入，因此在机组运行一段时间后，水源热泵控制器运行反冲洗程序，关闭所述第一控制阀9和所述取水控制阀5，打开所述反冲洗取水控制阀6和所述第二控制阀11，再开启所述水泵1和取水口控制阀33，由所述水泵1通过所述反冲洗取水管7从反冲洗取水口8抽水对所述取水管2和取水部3进行冲洗；反冲洗时，由所述水泵1通过所述反冲洗取水管7从反冲洗取水口8抽水，抽取的水通过反冲洗循环管10和第二控制阀11再循环到所述取水管2和取水部3进行冲洗，冲洗水对取水头部31、取水支管32、取水口控制阀33和取水口34进行冲洗后再排回河流中。通过反冲洗定期清除取水管和取水部中的淤积物，避免河流中的泥沙阻塞管道，保证水源热泵机组正常工作。反冲洗间隔时间可以根据河流中泥沙杂质等情况进行调整。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。