气压给水设备原理和选用.docx

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气压给水设备原理和选用

概述

气压给水设备是给水系统的种利用密闭贮罐内空气的可压缩性进行贮存、调节和压送水量的装置。

其作用相当于高位水箱或水塔，适用于工业给水，城镇住宅小区、多层、高层建筑给水，农村给水及喷灌，军事设施、铁路、码头、施工现场、地震区建筑给水，消防供水，热水采暖系统补给水，输油系统，还可输送温度不高于60℃的清水或物理及化学性质类似清水的其他液体之用。

1优点

（1）灵活性大，便于搬迁和隐蔽，便于改建或扩建工程；

（2）气压水罐可以设在任何高度；

（3）建设速度快，施工安装简便，工期短，土建费用较低；

（4）运行可靠，维护简单，管理方便；

（5）气压水罐是密闭装置，水质不易被污染；

（6）在工程建设中，可先用于施工，而后再用于工程，节省临时设施费用；

（7）气压给水设备可集中置于室内，便于防止冻结；

（8）气压水罐还有消除水锤的作用。

2缺点

（1）调节水量小，一般调节水量约为总容积的15％～35％：

（2）供水水压变化较大，变压式气压给水压力变化较大，可能影响给水配件的使用寿命，给用水带来影响；

（3）供水安全眭较差，由于有效容积较小，一旦发生停电或自控失灵，则断水机率较大；

（4）耗电较大，水泵启动频繁，启动电流大；气压给水的水泵扬程要额外增加Δρ的电耗，这部分是无用功但是必须的，一般增加15％～25％；

（5）水泵一般不可能全在高效区运行，平均效率较低；

（6）钢材消耗量大，且对用材、加工条件、检验手段均有严格要求。

分类

1．按压力稳定情况可分为变压式和定压式两类。

（1）变压式气压给水装置

在用户对水压没有特殊要求时，一般常用变压式气压给水装置。

气压水罐内的空气压力随供水工况而变，给水系统处于变压状态下工作。

气压水罐中的水在压缩空气的压力下被输送至给水管网，随着气压水罐内水量减少，空气体积膨胀，压力减少，当压力降至设计最小工作压力时，压力控制器使水泵肩动供水，水泵出水除供用户外，多余部分进入气压水罐，罐内空气又被压缩，使压力上升，当压力上升至最大工作压力时，压力控制器又使水泵关闭（见图1.10-1）。

（2）定压式气压给水装置

在用户要求水压稳定时，可在变压式气压给水装置的供水管上安装调压阀，使阀后的水压在要求范围之内。

也可在双罐复压式给水装置的压缩空气连通符上安装调压阀，调节阀后气压在要求范围之内，使管网处于恒压下工作（见图1.10-2）。

2.按气压水罐的形式分为补气式（自平衡补气式和余量补气式）气压给水设备和隔膜式（胆囊式）气压给水设备两类。

气压给水设备的选择与计算

1.气压给水设备的选择及要求

（1）气压给水设备的选择，应考虑下列因素：

1）一般宜采用变压式供水方式，当供水压力有恒定要求时则可采用定压式气压给水设备，齐定压范围可为±0.05MPa;

2）气压水罐的形式，一般宜选用立式气压水罐；当选用补气式气压水罐时，应优先选用自平衡补气式气压水罐或水力定量补气式气压水罐。

当选用补气式气压水罐时，设置气压水罐的环境应满足：

无灰尘，粉尘，通风良好，空气交洁净的场所。

（2）气压给水设备配套水泵及进出水管的要求：

1）气压给水系统供水量：

（以扬程H=（P1+P2）/2时，泵或泵组所对应的流量），应等于或大于给水系统所需最大小时用水量的1．2倍；水泵应在高效区内运行；

2）气压给水设备用于补气专用的水泵，宜采用1用1备、自动切换配置。

需多台水泵并联工作时，水泵工作台数不宜超过三台，并应递次交替运行；

3）隔膜式气压水罐的进出水管，宜合用一个，但应控制限量进水时间，而在配水上应能调节最大秒流量的变化。

在较大的给水系统中，可能有2～3台水泵并联运行，超过用水量的供水可进气压水罐贮备，气压水罐贮满后（即贮满调节水量，罐内压力达到P2时）可停止一台水泵工作；故进水管可以缩小到1／4～1／6左右，可按限时计；当给水系统用水达设计最大用水量时，可由气压水罐向给水管网中补水，以满足瞬时超流量的用水要求，故气压水罐的配水管应等同于给水主管；参见图1.10-1进水、配水管作法。

（3）气压给水设备的附件及技术要求：

1）气压给水设备应设安全阀、压力表和控制阀门，安全阀、压力表可装在罐顶，也可装在靠近的管路上；各控制阀门可根据需要设置；

2）定压式气压水罐应装设自动调压装置，参见图1．10-2；

3）生活给水用隔膜式气压水罐时，橡胶隔膜应采用食品级橡胶，并应符合耐压、耐疲劳等的技术要求；

4）生活给水用补气式气压水罐的内表面及止气阀的外表面，应喷涂无毒性防腐涂料；

5）生活给水用补气式气压水罐的补气罐、空压机的进气口应设空气过滤装置；空压机应采用无油润滑型空气压缩机；

6）选择补气式气压给水罐时，其气压水罐的配水口处应装堤止气装置；

7）气压给水设备应有可靠的和完善的自动控制设备，并有自动显示和报警等功能。

（4）气压给水设备的充气：

1）隔膜式气压水罐的充气：

一般用空气钢瓶充气，可在出厂前充气，也可在现场安装后充气，充气压力充到P0

2）补气式气压水罐的充气：

一般在安装完毕后试运行当中充气。

（5）气压水罐宜布置在室内，其环境条件应符合气压给水的有关要求：

1）环境温度宜为5～40℃；空气相对湿度不宜大于85％；位于地下室时，通风换气次数不应少于6次；

2）机房的门宜向外开；宜在气压水罐上方设起吊装置；要预留安装洞口，其洞口尺寸应考虑最大设备的进出。

（6）气压水罐的布置要求：

1）罐顶至建筑结构最低梁底距离不宜小于1.Om；

2）罐与罐之间及罐与墙之间的净距不宜小于0.7m；

3）罐体应置于混凝土底座上，底座应高出地面不小于0.1m；整体组装式气压给水设备采用金属框架支承时，可不设设备基础。

（7）气压水罐的设置位置：

1）在一个小区的给水系统中，把气压水罐没在小区最不利用水点的位置上，在一栋高层建筑中，把气压水罐设置在最高的用水点处——也就是最不利用水点处；这样的设置，能充分利用气压水罐的有效调节水容积，能降低气压水罐的工作压力，能降低加压水泵的能耗，因此是比较经济的、节能的；

2）气压水罐的供水原理就是利用罐内气体的压缩和膨胀的关系进行供水的，根据“波义尔一马略特”定律：

罐内压力提高一倍，则罐内贮水的空间就增大一倍，因此，罐内原始压力越低越好，所以把气压水罐设在最不利用水点处就最好；把气压水罐设置在最不利用水点处，则气压水罐本身的原始压力就较小，因此气压水罐的计算强度就降低，用料减少，投资就会节省；在水泵选型上，由于罐内原始压力降低，增加调节水容积后，罐内压力增加也不会太多，只是增加供水沿程管道的水头损失，压力变化小、选泵也好选，水泵运行就可节省能量；

3）气压水罐的总容积与气压水罐的内压力比有关系，而内压力比又与气压水罐设置位置的高、低有关系。

气压水罐设置位置越高越接近最不利用水点，则气压水罐内压力就越小，则有效调节水容积就可增大。

气压水罐设置位置越低、距离最不利用水点越远，则气压水罐内压力就越大，有效调节水容积就要减少。

一般的气压水罐设置位置最高不要高高最不利用水点5m；最低不要低于加压泵站为宜。

2.气压水罐的计算

容积计算参见图1.10-3.

（1）气压水罐的总容积应按下式计算：

Vq=（β*Vq1）/（1-αb）（1.10-1）

式中Vq——气压水罐总容积（m3）；

Vq1——气压水罐的水容积（m3）；应大于或等于调节水容积；

αb——气压水罐内的工作压力比（以绝对压力计）；αb=0．65～0.85

β—气压水罐的容积系数；立式隔膜式为1．05；

立式补气式为1．10；

卧式隔膜式为1．10；

卧式补气式为125。

（2）气压水罐的调节水容积应按下式计算：

（1.10-2）

式中Vq2——气压水罐的调节水容积（m3）；

qb——水泵（或泵组）的出流量（m3／h）；

aa——安全系数；宜取1.0～1.3；

Nq——水泵在1h内的启动次数；宜取6～8次。

（3）气压水罐内最低工作压力时罐内空气的体积，应按下式计算：

（1.10-3）

式中Vq3——设计最低工作压力时罐内空气体积（m3）；

P1——气压水罐内设计最低工作压力（绝对压力MPa）；

P2——气压水罐内设计最高工作压力（绝对压力MPa）；

αb——气压水罐内的工作压力比，即气压水罐内最低工作压力与最高工作压力的比值（以绝对压力）；

一般取αb=0.65～0.85；但αb值又与气压水罐高置或低置有关，高置时αb值可取0.45～0.65；低置时αb值可取O．65～O．85。

一般P2-P1为0.1MPa～0.2MPa之间为宜，相差太大虽可减小气压水罐的总容积，但增加了电耗，水泵的工作效率也要降低。

设计中应该使水泵运行在高效区内为好。

所以，当P1值较小时，建议αb值取0.45～0.65；当P1值较大时，建议αb值取0.65～0.85为宜。

（4）气压水罐内最高工作压力时罐内空气的体积，应按下式计算：

（1.10-4）

式中Vq4——没计最高工作压力时罐内空气体积（m3）。

（5）气压水罐内最低工作压力时罐内的保护水容积，应按下式计算：

（1.10-5）

式中Vq5——保护水容积，设计最低工作压力时罐内的保护水容积（m3）；

P0——气压水罐内无水时的充气压力（绝对压力MPa）。

（6）气压水罐设计最低工作压力的计算：

其值应根据给水管网中最不利用水点需要压力计算确定，应按下式计算

（1.10-6）

式中P1——气压水罐最低工作压力（表压力MPa）（不得使管网最不利配水点处压力小于0.05MPa）；

H1——最小利用水点与水泵吸水池最低水位的几何高程差（M）；

H2——给水管网的总水头损失（KPa）；

H3——最不利用水点需要压力（MPa），（≥0.05MPa）。

（7）气压水罐没计最高工作压力的计算：

其值应根据给水管网中最不利用水点需要压力和需要气压水罐调节水容积的水量经计算确定，可按下式计算：

（1.10-7）

式中P2——气压水罐最高工作压力（表压力MPa）（不得使管网最大压力处配水点的水压大于0.55MPa）。

3.水泵类型的选择与计算

（1）水泵类型的选择：

水泵类型是很多的，它有单级水泵和多级水泵，它有立式水泵和卧式水泵，还有单吸式和双吸式水泵，有管道式和液下式水泵等。

但其选择重点应是配合、适应气压水罐的水泵，也就是选择水泵特性曲线比较陡直的水泵、其曲线压差在10～20rn之间的水泵，因为气压水罐的气体压差P1～P2一般为10～20m之间，这是比较经济的技术参数；一般的气压给水设备常用的立式水泵为DL型多级离心泵和技术参数相近的其他立式泵；卧式水泵为DA1型多级离心泵和技术参数相近的其他卧式离心泵。

（2）水泵的工作台数选择：

应根据给水管网水量的大小变化与设计气压水罐调节水容积的多少选用所匹配的水泵型号和并联运行的水泵台数，使其系统中一部分水泵进行交替连续运行，只有1台水泵经常启闭运行，这种组合运行方式可减少气压水罐的调节水容积，气压水罐的调节水容积只需间歇运行水泵流量的l／2流量即可。

根搌给水管网用水餐的大小变化，可以选用多台水泵并联运行，并联水泵运行台数越多，则气压水罐总容积就越小，但并联水泵台数一般不宜超过4台。

如为4台水泵并联运行，则气压水罐总容积较单台水泵运行可减少3／4。

但是增加水泵并联运行台数将增加机电设备赞费用和增加泵房建筑面积；所以选择水泵并联运行台数多少?

应与给水管网用水量大小、气压水罐总容积的大小等进行技术经济比较确定。

（3）加压水泵或泵组的工作扬程范围计算应按下列公式：

Ha=P1+H1+H2（1.10—8）

Hb=P2+H1+H2（1.10—9）

式中Ha——水泵和泵组的所需最低扬程（m）；

Hb——水泵和泵组的