一种用于从开放通道供应和控制灌溉水的流率的灌溉管道系统；供应和控制是满足灌溉用水需求；所述灌溉管道系统包括：主管道，其具有由开放通道重力供给的入口；沿着主管道的一个门；旁通所述门的分支管道；沿着所述分支管道泵送水的泵；以及需求管理系统；所述需求管理系统被配置为：监测所述系统在重力泵送时的流率；确定何时需要增加流率以满足峰值需求；当需求管理系统确定需要增加流率时关闭所述门；以及将泵从非泵送模式切换到泵送模式；确定峰值需求已经过去；以及当需求管理系统确定峰值需求已经过去时打开所述门；以及将泵从泵送模式切换到非泵送模式。一种灌溉系统，其包括如上所述的灌溉管道系统。
1.一种用于从开放通道(12)供应和控制灌溉用水的流率的灌溉管道系统(10)，所述供应和控制是满足灌溉用水需求,所述灌溉管道系统包括：主管道(20)，其具有入口(18)，所述入口(18)连接到开放通道(12)以接收在重力供给压头通过所述开放通道(12)由重力供给的灌溉用水；
由所述主管道(20)的出口(28)供给的至少一个灌溉供应点(33)；
旁通所述门(22)的分支管道(30)，所述分支管道(30)具有流体连接到所述开放通道(12)的入口(32)，所述入口处于灌溉用水的水位下方，并且所述分支管道(30)具有出口(31)，该出口在所述门(22)的下游至少一个灌溉供应点(33)供给灌溉用水；
用于沿所述分支管道(30)泵送水的泵(34)，所述泵(34)在重力供给模式和主动泵送模式之间切换，在重力供给模式中，所述主管道(20)通过重力将灌溉用水供给到至少一个灌溉供应点(33)，在主动泵送模式中，所述门(22)关闭，并且泵(34)沿着所述分支管道(30)将灌溉用水以比在重力供给模式下由重力供给时更高的压力供给到至少一个灌溉供应点(33)；以及需求管理系统，所述需求管理系统被配置为：
监测所述系统在重力供给模式下通过重力供给时，沿着所述灌溉管道系统(10)的灌溉用水的流率；
确定当通过至少一个灌溉供应点(33)的灌溉用水的需求大于重力供给压头时以及确定何时需要增加流率以满足峰值需求；
当需求管理系统确定需要增加流率时，通过关闭所述门(22)以及将所述泵(34)从非泵送模式切换到泵送模式，所述泵(34)在泵送模式下将加压的灌溉用水喷射到所述门(22)下游的所述灌溉管道系统(10)，并且其中当所述门(22)关闭时，所述门(22)为加压的灌溉用水提供密封屏障，从而将所述灌溉管道系统(10)从重力供给模式切换到主动泵送模式；
当需求管理系统确定峰值需求已经过去时，通过打开所述门(22)以及将所述泵(34)从泵送模式切换到非泵送模式从而仅通过重力由所述主管道(20)供给灌溉用水，从而将所述灌溉管道系统(10)从主动泵送模式切换到重力供给模式。
2.根据权利要求1所述的灌溉管道系统，包括沿着主管道的流量计。
3.根据权利要求1或2所述的灌溉管道系统，其中所述门是下冲门。
5.根据权利要求4所述的灌溉系统，其中每个供应点具有组合的流量计和双重可折叠的阀构件。
流体管道系统
[0001] 本申请是申请日为2013年11月26日、申请号为201380069194.4、发明名称为流体管道系统的发明专利的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种流体管道系统，特别但不排它地涉及控制重力进给灌溉管道系统中的流率。
背景技术
[0003] 传统上，管道流体网络由源比如泵促动。由泵供给的能量通常所处的压头确保来自该系统的液压性能比如所需的流量和压力均超过适当调节。这些系统通常设计成具有的标准是压力水平应该超出最大设计要求。
[0004] 另一方面，低能量或重力进给管道需要在有限供给压头的能力范围内进行操作。如在我们的国际专利申请PCT/AU2012/000907(其全部内容并入本文)中所述，描述了使用一种与实时控制相结合的需求管理系统，其允许需求的紧管理，以确保系统在供给压头内操作，但不超过它。在我们的国际专利申请PCT/AU2012/000328(其全部内容并入本文)中所述的使用组合的流量计和双折叠阀构件提供的配置使得一个或多个供给点能够作为从管网的出口。然后，这些供给点可被连接到实时监测(流量及阀开度)和控制(阀操作)SCADA(监控及数据采集)系统，其操作类似于美国专利第7152001号(其全部内容并入本文)所述。
可以预期的是，用于管网的供给及输送点的头状况会受到一些变化。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种具有控制出口流量的能力的方法及系统，以便在有限的水头条件内管理，并且避免来自这些水头变化的任何复合相互作用。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种方法及系统，其中管道可以在重力作用下进行操作，并且可以协助满足额外的压力需求。
[0007] 一方面，本发明提供了一种控制在重力进给的或加压的管道网络中的流体流率的方法，所述方法包括以下步骤：监测所述管道网络中的流体流率，并且在所述监测步骤确定需要增加流体流率时增加所述流体流率。
[0008] 优选地，泵被设置在所述管道网络中，所述泵可由在所述管道网络中提供流体流率的所述监测的需求管理系统在泵送模式和非泵送模式之间切换。
[0009] 在优选实施例中，至少一个流体控制门被设置在所述管道网络的入口，所述至少一个流体控制门可在所述需求管理系统的控制下在开启位置与关闭位置之间移动。
[0010] 在实际的实施例中，所述泵是在所述管道网络中的阿基米德螺旋式泵，允许流体在所述泵处于非泵送模式时从中流过。
[0011] 在本发明的另一优选的方面，所述管道网络包括至少一个主管道和分支管道，该分支管道在一端部通向所述至少一个主管道并且在另一端部通入要被泵送的流体源，所述方法还包括将所述泵安装在所述分支管道中以允许所述泵在所述泵送模式中迫使流体在压力下进入所述至少一个主管道的步骤。
[0012] 优选地，所述需求管理系统在所述泵处于所述泵送模式时关闭所述至少一个流体控制门。
[0013] 在本发明的另一方面，提供了一种控制在重力进给的或加压的管道网络中的流体流率的系统，所述系统包括监测所述管道网络中的流体流率的需求管理系统和在所述需求管理系统确定需要增加流体流率时增加所述流体流率的泵。
附图说明
[0014] 下面结合附图，根据以下的详细描述，本发明优选实施例的结构及功能性特征将变得更加明显，其中：
[0015] 图1是根据本发明第一实施例的灌溉系统的透视局部剖视图，示出了下冲门，其中该门是打开的，并且示出了水在不加压状态下流过该门；
[0016] 图2是与图1类似的视图，其中下冲门关闭，并且示出了水在加压状态下流动；
[0017] 图3是根据本发明第二实施例的灌溉系统的透视局部剖视图，示出了下冲门，其中该门是打开的，并且示出了水在不加压状态下流过该门；
[0018] 图4是用于灌溉系统操作的压头相对于时间的曲线图。
具体实施方式
[0019] 为了避免重复描述，在适用的情况下，将在整个图示的实施例中示出相同的附图标记来表示类似的整体。
[0020] 各实施例描述的管道网络的配置利用的情况是，其中存在受限的可用压头将水供给到网络，并且其中管道在重力作用下进行操作且由贮存器比如开放的通道系统供给。本发明并不局限于的环境是，其中管道在重力作用下进行操作，因为其还可以适用于泵送或加压的管道网络。
[0021] 图1示出的灌溉管道系统10具有主开放通道12，用于水在重力作用下流动。开放通道12具有成角度的侧壁，仅示出了其中之一14。水沿箭头16的方向流动，并且进入一个或多个入口18。入口18通过下冲门22及流量测量装置24通向管道20。流量测量装置24是可选的，因为可以在灌溉管道系统10中的其他地方来测量流量。下冲门22及流量测量装置24的结构和操作在国际专利申请号PCT/AU2010/001052(其全部内容并入本文)的图28至36中得到充分描述。这种类型的门是优选的，因为其包括双密封件，如文中所述对门叶26的任一侧上的流动提供阻挡。对本领域技术人员来说很明显的是，本发明并不局限于这种门结构，还可以利用其他类型的门。水进入入口18，并且流过流量测量装置24和下冲门22以通过管道20排出。出口28通常联接到另一管道29，此另一管道29沿其长度具有将水分配给消费者的灌溉供应点33。每个灌溉供应点33优选地包括如在我们的国际专利申请PCT/AU2012/000328中描述的组合的流量计和双可折叠阀构件(未示出)。紧挨着双折叠阀上游的这种流量计是可能的，因为由该双折叠阀构件所产生的对称的速度分布。这些阀都是控制和测量流量的具有成本效益的装置，其中压头损失尽可能地小，其在这些低水头应用中非常关键。可以由下式计算通过管接头的流体水头损失：
[0022] h＝K x v2/2g
[0023] 其中，
[0024] h＝流体水头方面的压力损失，即流体水头损失
[0025] K＝用于接头的制造商公布的“K”系数
[0026] v＝流体速度
[0027] g＝重力加速度
[0028] 组合的阀和仪表具有低能量损失，因为(i)其适于大直径管道，因此大的横截面面积；且因此低速；以及(ii)低的K系数，因为阀门设计的水力特性。
[0029] 然后，可以将灌溉供应点33连接到实时监测(流量及阀开度)和控制(阀操作)SCADA系统(未示出)，其操作类似于美国专利第7152001号所述以及在我们的国际专利申请PCT/AU2012/000907中描述的类型的需求管理系统(未示出)。如先前在美国专利第7152001号中所述，使用同样在美国专利第7152001号中所述的系统识别技术，通过使用来自SCADA系统的数据来调整管道的模式。
[0030] 通常，沿着开放通道12的水的重力供给将满足来自管道20的很多所需需求。不过小高峰期还需要附加的压头。管道30在31处打开到管道20中以在需要时提供加压水。管道30具有入口32，其打开到水位以下的开放通道12中。低扬程泵34可以将加压水直接注入管道30，其中泵的入口32从开放通道12取水，泵的输出侧通过在31到管道20的连接而连接到低能量管道20。门22当在如图1所示的重力供给模式下操作时将用作流量控制装置。如图2所示，当泵34工作时，门叶26会封闭管道入口18，确保泵压力维持在管道20、30中。没有水将通过门22进入管20。门22具有充当密封阻挡的能力，以因如先前所述的双密封机构而从门叶26的两侧施加压力。泵34将在需求管理和控制系统确定需求已经过去时停止操作，并且门叶26将被提升，以便水流仅发生通过管道20。
[0031] 图3所示的实施例类似于图1和2所示的实施例，但被简化成略去管道30和泵34。轴向螺旋泵机构36包括/插入在管道20内。轴向螺旋概念等同于已知的“阿基米德螺旋”概念，并且在商业上用于轴向扬程泵。螺旋泵机构36轴向位于管道30内，并且连接到电马达38。优选的是将马达38直接联接到螺旋轴向驱动轴40并与之同轴。马达38将被密封，以防止渗水。在重力供给模式中，螺旋泵机构36将是“自由轮”，其中尽可能地减小阻力且因此在重力作用下尽可能地减小能量损失。在激活的泵送模式中，马达将驱动螺旋泵机构36，其又将导致增加螺旋泵机构36下游的管道20中的水的能量和压力。
[0032] 图1至3中所示的系统的操作示出在图4的曲线图中。该曲线图示出了大多数时间的需求可以从如由线42所示的重力供给压头得到满足。如果需求超过了通过由线4所示的平稳期所指示的重力供给压头，则选项是要么重新调度需求以使得其不超过重力压头，要么可替代地，在该时间段调用泵送系统34、36。线46示出了泵送系统34、36的调用效果。操作时间由该曲线图的时间线上的箭头48表示。该选项还可以呈现给系统的用户，其中如果泵选项被选中的还可以收取较高的税率(tariff)。
[0033] 本发明描述了一种组合的重力和压力管道系统，其中泵送的压力供给是重力系统的辅助，并且仅在需要附加的压头时才被调用。需求管理和控制系统确保仅在规定的峰值需求时辅助泵设施的期望操作。
[0034] 对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明将被理解为包括许多进一步的修改，并且将被视为仍在本发明的一般范围和界限之内，本文仅通过示例阐述了本发明的一般性质与某些特定的实施例。
