高層無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備選型和容量的計(jì)算

劉慕雙，楊榮章，安東升

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程系，河北 承德 067000;2.承德華遠(yuǎn)自動(dòng)化設(shè)備有限公司，河北 承德 067000)

近年來(lái)，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(guò)智能化設(shè)備達(dá)到安全可靠的自動(dòng)控制?；谥悄芑┧訅涸O(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，及當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大城市向國(guó)際化、現(xiàn)代化發(fā)展的大好形勢(shì)，為市政智能化泵站的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的機(jī)遇，也提出了新的課題。無(wú)負(fù)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(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的工作原理及系統(tǒng)組成

1)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的工作原理:采用微機(jī)變頻控制來(lái)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到所需壓力。根據(jù)實(shí)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(shí)，微機(jī)自動(dòng)控制自動(dòng)變頻器啟動(dòng)，使水泵提高轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到用戶所需的供水壓力，并維持此壓力進(jìn)行恒壓供水，當(dāng)供水壓力高于用戶用水所需壓力值時(shí)，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(lái)水管網(wǎng)的自身壓力不小于用戶所需用水的壓力時(shí)，這時(shí)水泵停止工作。設(shè)備充分利用了自來(lái)水管網(wǎng)的原有壓力和系統(tǒng)的壓力，并通過(guò)真空抑制器來(lái)抑制負(fù)壓的產(chǎn)生，不會(huì)對(duì)市政的自來(lái)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(wú)負(fù)壓設(shè)備系統(tǒng)的組成

設(shè)備主要由微機(jī)變頻控制系統(tǒng)、負(fù)壓檢測(cè)及處理系統(tǒng)、水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、各種管件、閥門(mén)等構(gòu)成。如圖1 所示設(shè)備系統(tǒng)圖。

2 無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)工作原理與特點(diǎn)分析

2.1 系統(tǒng)工作原理

通常在設(shè)計(jì)中，用戶水泵都以系統(tǒng)最大壓力和流量來(lái)設(shè)計(jì)選型，比實(shí)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(yán)重浪費(fèi)，而且用戶也無(wú)計(jì)可施，但利用變頻器可以適當(dāng)降低水泵運(yùn)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(shí)時(shí)匹配，從而輕而易舉地將部分電能節(jié)約下來(lái)，并使設(shè)備長(zhǎng)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(shí)，水泵機(jī)組就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，自來(lái)水便可通過(guò)連通管網(wǎng)直接對(duì)用戶供水，當(dāng)管網(wǎng)供水壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入接力升壓狀態(tài)，機(jī)組通過(guò)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(tái)數(shù)，以保持供水壓力。

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

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

無(wú)負(fù)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(fèi)水資源現(xiàn)象.設(shè)備可充分利用市政管網(wǎng)自來(lái)水管道原有壓力，來(lái)維持用戶用水的壓力恒定，其節(jié)能效果非常明顯。無(wú)負(fù)壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)為全封閉的，純凈的自來(lái)水經(jīng)過(guò)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(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的變頻器采用的是軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流從零逐漸上升到額定電流值，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中均無(wú)沖擊電流。其簡(jiǎn)單的操作，維護(hù)方便也使得設(shè)備的自動(dòng)化程度大大提高。

3 設(shè)備參數(shù)計(jì)算

3.1 最大用水時(shí)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(shí)數(shù)及小時(shí)變化系數(shù)，計(jì)算出最大用水時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)出流概率U(%)

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

式中:U 為管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時(shí)出流概率，αc是對(duì)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(jì)算管段上的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時(shí)出流流量概率

按下式計(jì)算得計(jì)算管段的設(shè)計(jì)流量［3］:

從式中可以看出，管段的設(shè)計(jì)秒流量Qg是由管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時(shí)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(jiǎn)捷快速的計(jì)算，在計(jì)算出U0后，然后再根據(jù)計(jì)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(jì)秒流量。

2)如果計(jì)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(shí)，這時(shí)流量應(yīng)取最大用水時(shí)的平均秒流量，計(jì)算公式［4］:

3.4 設(shè)備揚(yáng)程

按照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015－2003)的規(guī)定，水泵直接供水時(shí)所需揚(yáng)程按下式進(jìn)行估算(以滿足住宅樓最不利點(diǎn)用水要求時(shí)水泵所需揚(yáng)程為計(jì)算依據(jù)):

設(shè)備揚(yáng)程是水泵將水從水面揚(yáng)至最高點(diǎn)的高度，水泵的揚(yáng)程是選取泵的型號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)，所以在選取泵的型號(hào)時(shí)，必須以這些參數(shù)為參考其中包括1)水泵滿足最不利點(diǎn)的水壓Hb;2)室內(nèi)的最不利用水點(diǎn)的用水高度Hy;3)最不利配水點(diǎn)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(diǎn)的地勢(shì)Hz。

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

∑H 水頭損失計(jì)算:

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

供水系統(tǒng)中水會(huì)在管道內(nèi)有一個(gè)壓頭損失，也就是沿程損失，為了選取合適型號(hào)的泵，沿程損失也必須得考慮進(jìn)來(lái)，而影響沿程損失的包括管道的計(jì)算內(nèi)徑dj，給水設(shè)計(jì)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(shù)脂的鑄鐵管Ch=130;普通鋼管、鑄鐵管Ch=100)

4 結(jié)論

1)通過(guò)科學(xué)合理的無(wú)負(fù)壓設(shè)備容量的設(shè)計(jì)和計(jì)算，可以避免城市供水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓的可能性，避免供水管路產(chǎn)生負(fù)壓造成的水質(zhì)二次污染。

2)通過(guò)計(jì)算無(wú)負(fù)壓設(shè)備的揚(yáng)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。

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