劉慕雙，楊榮章，安東升

(1.承德石油高等專科學(xué)校 機械工程系，河北 承德 067000;2.承德華遠自動化設(shè)備有限公司，河北 承德 067000)

近年來，從市政供水管網(wǎng)直接接管加壓以降低能耗、避免水質(zhì)二次污染得到廣泛的應(yīng)用，泵站通過智能化設(shè)備達到安全可靠的自動控制?；谥悄芑┧訅涸O(shè)備的優(yōu)點，及當(dāng)前國內(nèi)各大城市向國際化、現(xiàn)代化發(fā)展的大好形勢，為市政智能化泵站的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的機遇，也提出了新的課題。無負壓智能化供水加壓設(shè)備是目前最為理想的解決方案，也有著廣闊的空間得以推廣應(yīng)用。

1 無負壓供水設(shè)備的工作原理及系統(tǒng)組成

1)無負壓供水設(shè)備的工作原理:采用微機變頻控制來調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速達到所需壓力。根據(jù)實際情況設(shè)定用水壓力，當(dāng)供水壓力低于用戶用水所需壓力時，微機自動控制自動變頻器啟動，使水泵提高轉(zhuǎn)速，從而達到用戶所需的供水壓力，并維持此壓力進行恒壓供水，當(dāng)供水壓力高于用戶用水所需壓力值時，變頻器控制水泵降低轉(zhuǎn)速，保證用戶用水壓力的恒定和穩(wěn)定，當(dāng)自來水管網(wǎng)的自身壓力不小于用戶所需用水的壓力時，這時水泵停止工作。設(shè)備充分利用了自來水管網(wǎng)的原有壓力和系統(tǒng)的壓力，并通過真空抑制器來抑制負壓的產(chǎn)生，不會對市政的自來水管網(wǎng)產(chǎn)生任何不良影響，而且還保證了用戶用水的安全性。

2)無負壓設(shè)備系統(tǒng)的組成

設(shè)備主要由微機變頻控制系統(tǒng)、負壓檢測及處理系統(tǒng)、水泵機組、穩(wěn)流補償器、真空抑制器、各種管件、閥門等構(gòu)成。如圖1 所示設(shè)備系統(tǒng)圖。

2 無負壓供水系統(tǒng)工作原理與特點分析

2.1 系統(tǒng)工作原理

通常在設(shè)計中，用戶水泵都以系統(tǒng)最大壓力和流量來設(shè)計選型，比實際需要的壓力和流量要高，這樣系統(tǒng)存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，導(dǎo)致電能的嚴重浪費，而且用戶也無計可施，但利用變頻器可以適當(dāng)降低水泵運行頻率從而降低轉(zhuǎn)速，使供水壓力恰到好處地與系統(tǒng)需要實時匹配，從而輕而易舉地將部分電能節(jié)約下來，并使設(shè)備長期處于最優(yōu)狀態(tài)工作。

本系統(tǒng)主要以恒壓力為目的，當(dāng)管網(wǎng)供水壓力高于設(shè)定壓力時，水泵機組就會停止運轉(zhuǎn)，自來水便可通過連通管網(wǎng)直接對用戶供水，當(dāng)管網(wǎng)供水壓力低于設(shè)定壓力時，設(shè)備自動進入接力升壓狀態(tài)，機組通過壓力傳感器、水泵及變頻控制柜組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，隨著用水量變化，不斷調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速及投入臺數(shù)，以保持供水壓力。

如果一臺水泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可自動切換到備用水泵運行。如果變頻器一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可切換到手動工作狀態(tài)運行，即滿足系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和運行的經(jīng)濟性，又能保證一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障仍能保證運行的可靠性，如圖2 所示。

2.2 系統(tǒng)特點分析

無負壓供水設(shè)備與傳統(tǒng)供水設(shè)備不同，其不用建水池或水箱，而且占地面積小，全封閉的結(jié)構(gòu)杜絕了跑、冒、滴、漏、滲等浪費水資源現(xiàn)象.設(shè)備可充分利用市政管網(wǎng)自來水管道原有壓力，來維持用戶用水的壓力恒定，其節(jié)能效果非常明顯。無負壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)為全封閉的，純凈的自來水經(jīng)過設(shè)備加壓后直接供到用戶，密封連接，避免水質(zhì)二次污染。無負壓供水設(shè)備的變頻器采用的是軟啟動方式，啟動電流從零逐漸上升到額定電流值，電機在啟動時及運轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流。其簡單的操作，維護方便也使得設(shè)備的自動化程度大大提高。

3 設(shè)備參數(shù)計算

3.1 最大用水時衛(wèi)生器具給水兩平局出流概率U0(%)

根據(jù)住宅配置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量、使用人數(shù)、用水定額、使用時數(shù)及小時變化系數(shù)，計算出最大用水時衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率［1］:

式中:從式中可以看出衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率U0由最高用水日的用水定額q0(按GB50015－2003 中表3.1.9 取用)，每戶用水人數(shù)m(一般取4 人)，小時變化數(shù)Kh(按GB50015－2003 中表3.1.9 取用)每戶設(shè)置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量數(shù)NR，用水時數(shù)T(24 h)決定。

(注:GB50015－2003 普通住宅Ⅱ型參考值為0.025 ～0.035)

3.2 管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時出流概率U(%)

計算管段上的衛(wèi)生器具給誰當(dāng)量總數(shù)，按3.6.4－2 式計算得出該管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的同時出流概率［2］:

式中:U 為管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時出流概率，αc是對于U0的系數(shù)(查表GB50015－2003 中附錄表C)，Ng是管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)。

3.3 根據(jù)計算管段上的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時出流流量概率

按下式計算得計算管段的設(shè)計流量［3］:

從式中可以看出，管段的設(shè)計秒流量Qg是由管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時出流概率U 和管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)Ng決定。

注:1)為了簡捷快速的計算，在計算出U0后，然后再根據(jù)計算出的管段的Ng值，就可以從GB50015－2003 的附錄表D 中查得給水設(shè)計秒流量。

2)如果計算出的管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)超GB50015－2003 表D 中的最大值時，這時流量應(yīng)取最大用水時的平均秒流量，計算公式［4］:

3.4 設(shè)備揚程

按照《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB50015－2003)的規(guī)定，水泵直接供水時所需揚程按下式進行估算(以滿足住宅樓最不利點用水要求時水泵所需揚程為計算依據(jù)):

設(shè)備揚程是水泵將水從水面揚至最高點的高度，水泵的揚程是選取泵的型號的一個重要參數(shù)，所以在選取泵的型號時，必須以這些參數(shù)為參考其中包括1)水泵滿足最不利點的水壓Hb;2)室內(nèi)的最不利用水點的用水高度Hy;3)最不利配水點所需流出的水頭Hc(一般情況去4 ～5 m);4)泵房距離最不利用水點的地勢Hz。

式中的系數(shù)1.2 是給水管網(wǎng)在最不利點流量分配情況下，克服水泵出口至最不利點用水間的水頭損失的系數(shù)。

∑H 水頭損失計算:

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB50015－2003)第3.6.10 條款計算給水管道水頭損失，如下式:給水管道的嚴懲水頭損失i:

供水系統(tǒng)中水會在管道內(nèi)有一個壓頭損失，也就是沿程損失，為了選取合適型號的泵，沿程損失也必須得考慮進來，而影響沿程損失的包括管道的計算內(nèi)徑dj，給水設(shè)計流量qg，還有海澄－威廉系數(shù)Ch。(注:各種塑料管、內(nèi)襯(涂)塑料管Ch=140;鋼管、不銹鋼管Ch=130;內(nèi)襯水泥、樹脂的鑄鐵管Ch=130;普通鋼管、鑄鐵管Ch=100)

4 結(jié)論

1)通過科學(xué)合理的無負壓設(shè)備容量的設(shè)計和計算，可以避免城市供水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓的可能性，避免供水管路產(chǎn)生負壓造成的水質(zhì)二次污染。

2)通過計算無負壓設(shè)備的揚程和流量可以有效的確保高層的水用戶生活質(zhì)量和用水安全。

［1］ 唐小猛.無負壓供水設(shè)備技術(shù)分析［J］.廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006(8):75－77.

［2］ 姜文源.建筑給排水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.給水排水(增刊)，2007(5):15－17.

［3］ 張吉申.淺談管網(wǎng)疊壓(無負壓)供水設(shè)備分類及工作原理［J］.給水排水(增刊)，2009(9):31.

［4］ 陳然，徐浩.無負壓變頻恒壓供水分析探討［J］.四川建筑，2014(2):217－219.