无负压系统改善.docx
《无负压系统改善.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无负压系统改善.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
无负压系统改善
目录
1、无负压供水设备概述2
1.1无负压设备简要分析2
1.2无负压设备分类3
1.3智能变频叠压供水设备原理4
2、无负压供水设备秒流量计算方法分析5
2.1设计秒流量计算方法概述5
2.2三计算方法的比较7
2.3对三种算法的分析8
2.4结语9
3、降低箱式无负压出水波动值9
3.1箱式无负压出水波动值较高10
3.2对箱式无负压进行分析改善11
4、全文总结19
1、无负压供水设备概述
我国城镇化建设日新月异，用户供水需求不断提高，传统的二次加压设备存在投资和日常维护费用大，水质易受二次污染，浪费能源等缺点。
1.1无负压设备简要分析
1.1.1应用范围
任何自来水压力不足地区加压给水；
新建的住宅小区、写字楼、综合楼生活用水；
低层自来水压力不能满足要求的消防用水；
充分利用原有的气压罐基础上，改造原有的气压给水设备；
自来水厂的大型给水中间加压泵站；
工况企业的生产、生活用水等。
1.1.2技术参数
电源380V，50Hz
流量范围0～100m3/h
供水压力0～2.5Mpa
运行功率≤550Kw
电控相对湿度<95%
1.1.3主要成份
无负压设备主要由多级离心泵、稳流罐，隔膜式气压罐、和全套PLC控制系统组成，其中还包括真空抑制器、各类阀门和管道等等。
1.1.4无负压供水特点及特特色
1）投资省：
采用真空抑制技术，可直接连接市政管网，无须设置储水池及高位水箱，投资省。
2）免管理：
微机全自动控制，管理维护简便。
3）安装简便：
全部设备组装成套，安装只需接入吸水管管、出水管及法兰等，安装非常方便。
4）节电：
与传统给水设备比，可以充分利用自来水管网压力叠压供水，水泵变频调速运行，可节省能耗30%-90%。
5）节水：
全封闭结构，不会出现漏水，失水现象，节省了水箱清洗等用水。
6）水压稳：
微机根据最不利点水压控制水泵运行，高层用户水压稳定，有保障。
7）可实现间断加压：
考虑到有的用户只是用水高峰期需要加压，平时不需要，所以本设备设有旁通管，可间断加压，平时停泵，几乎零能耗，用水高峰期启动水泵，加压供水。
8）可以几栋建筑联合采用一套设备：
本设备可以一栋建筑单独用一套设备，也可以几栋建筑甚至一个小区联合用一套设备。
1.1.5使用水质范围
1、新建的住宅小区、办公楼、宾馆、学校等民用建筑的生活用水。
2、工矿企业的生活、生产用水。
3、各种循环用水系统。
4、自来水厂的大型供水中间加压泵站。
5、原有气压式及变频调速供水设备的改造工程。
6、低层自来水压力不能满足要求的消防用水。
7、其它一切以自来水为水源，需要增高水压供水的场合。
8、高层建筑的中、高区加压供水。
9、供水流量及供水压力可根据用户要求设计。
10、如总进水经常停水或供水不足，或用水时间过于集中，进水量小于供水量，则不宜采用无负压供水，防止水泵过于频繁启动，损坏设备，而应建贮水池采用变频供水
1.2无负压设备分类
1、无负压供水设备按结构形式可分为室内整体式、室内分体式、室外整体式
室内整体：
水泵机组与稳流罐采用整体基础，安装方便。
室内分体：
水泵机组与稳流罐分别采用独立基础，可根据场地条件灵活布置。
室外整体：
水泵机组与控制系统设置在保护箱内，多用于室外小型工程。
2、无负压供水设备按工作水泵数量可分为单台、多台
单台：
采用两台同型号水泵交替运行，一用一备，适用于用水量变化不大的场合。
多台：
两台以上水泵并联运行，调度较灵活，适用于用水量变化较大的场合。
3、无负压供水设备按水泵机组工作频率可分为工频、变频
工频：
水泵机组恒速运行，适用于供水管网水压和用户水量变化均不大的场合。
1.3智能变频叠压供水设备原理
1.3.1设备工作原理
无负压工作原理图
1Y型过滤器
2吸排气阀
3进水电接点表
4稳压罐
5蝶阀
6截止阀
7可曲饶橡胶接头
8水泵机组
9止回阀
10出水电接点表
图1
1.3.2设备工作流程
如图1所示。
经过1Y型过滤器（可选）的自来水进入4稳流补偿罐，4稳流补偿罐出口端一路进入8水泵机组吸入口，一路经旁通管直接进入出水总管。
4稳流补信偿罐顶部装有2负压消除器保证气压的稳定。
系统压力传感器3、10，分别检测用户管网压力和进水管网压力。
1.3.3智能调节过程
自来水进入4稳流补偿罐，空气通过2负压消除器排出，直至4罐内水满，设备通电置于自动工作状态。
用水低峰期，当自来水管网供水量充足并且供水压力充足时，微机控制系统实时检测自来水进水口压力与用户供水压力，控制水泵进入睡眠节能状态或短时低速运转补压状态。
用水高峰期，自来水管网压力不够使用户所需水量大于自来水管网供水量时，稳流罐中充满水，自来水管网一次供水压力直接叠加在供水水泵进水口，微机控制系统根据用户用水量调节水泵的转速与水泵参与工作的台数，补充自来水管网一次供水压力不足的部分。
当自来水管网完全断水，自来水管网的压力值下降，直至为零，微机控制系统会逐步降低水泵转速，稳流补偿罐内水位会逐渐下降，负压消除器随水位下降自动打开，空气进入稳流补偿罐内，稳流补偿罐内真空被破坏，为确保系统不对自来水公共管网产生负压，当稳流补偿罐内水位下降到控制设定的最低限水位时，系统自动停止运行。
2、无负压供水设备秒流量计算方法分析
2.1设计秒流量计算方法概述
目前，用于管道直饮水系统设计秒流量的计算方法大致有三种：
（1）算法一（传统公式算法）
即采用建筑生活给水管道设计秒流量计算公式
（1）
取
=1.02，
=0.0045，公式
（1）成为：
（2）
其中
为设计秒流量（l/s），
为当量总数，此公式为水工业工程设计手册《建筑和小区给水排水》[1]所采用。
（2）算法二（改造传统公式算法）
根据1981年出版的《室内给排水工程》[2]，住宅生活用水秒不均匀系数与平均日用水量的关系为：
（3）
则
（4）
其中，
为秒不均匀系数，
为平均日用水量（m3/d）。
（3）算法三（概率公式算法）
关于概率公式算法，首先要引入一个重要概念——龙头使用概率
。
根据有关资料［３］，龙头使用概率可表示为：
（5）
——最高峰用水时龙头连续两次用水时间间隔（s）；
——
期间龙头放水时间（s）。
有了龙头的使用概率
之后，可以用概率统计的方法计算出同时用水龙头数量
，
个龙头额定流量之和便是管道设计秒流量
。
、
和
可用以下方法计算得到。
设用水高峰期为下班后的某个半小时内，且此时段内的放水时间均匀分布，则此时龙头的使用概率为：
（6）
——高峰期用水定额，l/s;
——管段负荷龙头总数；
——龙头负荷用水人数；取3.5~5人；
——饮水龙头额定流量，取0.05l/s；
由于目前还没有高峰期用水定额的有关标准，建议
用日用水量的百分数表示。
可用二项式计算同时用水龙头数量
：
（7）
——用水保证率，可取0.99。
则
（8）
2.2三计算方法的比较
以横坐标表示管道负荷龙头总数（个），纵坐标表示管段设计秒流量（l/s），以上三种计算方法的计算结果可用图1表示：
从图中可以看出，算法一比算法二的结果大得多，且随着管段负荷龙头数的增加，差距进一步加大；算法三则依龙头用水概率的不同出现多种结果。
=0.10时，算法三的计算结果介于算法一与算法二之间，且随着管段负荷龙头数的增加，与算法一进一步接近，与算法二差距加大；
=0.05时，算法三在曲线开始阶段小于算法二，当管段负荷龙头数³100时，算法三开始大于算法二。
总而言之，概率公式算法的曲线斜率大于另外两种算法，曲线增长速度比另两种算法大。
随着管段负荷龙头数的增加，概率法计算值越来越接近传统公式法，改造传统公式法计算值则显得越来越小。
并且可以看到，即使当量总数
、最高日用水量
相同时，概率算法也会有不同结果，也就是说，概率算法可以根据龙头的实际用水概率调整设计秒流量计算值。
2.3对三种算法的分析
算法一所用公式为
，该公式目前是我国建筑给水系统设计秒流量的计算依据，但其适用性还没有在管道直饮水系统中得到证实。
由于直饮水系统的用水量小、龙头数量少、水龙头流量小等特点，该公式不一定能适用，关于这点已有少文章做过论述[4、5]，此处不再赘述。
算法二所用公式
的推导过程中用了一个非常重要的经验式
，而此式本身就是从生活用水规律中推导出来的，在实际中很难满足，所以，此公式的结构、所用参数还需要在实践中进一步的完善。
最早采用此公式的深圳某直饮水工程，至今开通时间还不到5年，已出现水阻明显偏大、供水量不足、水泵扬程不够的现象。
算法三则涉及的参数较多，反映了龙头额定流量、高峰期用水定额、高峰时段历时、用水保证率、管段负荷龙头数、龙头负荷用水人数、龙头放水的随机性、小区居住群体的组成等诸多因素，它能更全面、更广泛地反映瞬时高峰用水流量规律。
至于算法的应用，可先确定龙头用水概率
，再依靠电脑应用软件将曲线用公式表达出来，之后就可很方便地应用。
广州近两年已完工工程及正施工工程，大多采用此计算方法（实际操作中比公式简单，加入了一些人为估计值，但缺乏理论根据），目前仍未发现有供水量不足的案例。
2.4结语
管网的水力计算过程中设计秒流量的计算究竟选用哪一种算法、哪个计算公式是决定整个系统是否计算正确的基础，选用时勿必慎重。
概率算法是一种较为合适的方法，它反映了影响高峰期流量的诸多因素，可以根据不同的用水习惯调整设计参数。
由于目前没有直饮水高峰期用水定额的有关标准，此参数应根据实际用水情况进行统计得出，不同地区、面向不同层次的用户可采用不同的参数。
3、降低箱式无负压出水波动值
无负压变频恒压叠压供水设备（以下简称“无负压设备”），可以实现在充分利用市政供水初始压力，而且不影响市政供水正常工作压力的情况下，为市政供水无法到达的高层建筑进行恒定压力的供水。
此方案占地面积小，投资成本低，维护工作量小。
不过由于普通的无负压设备在市政供水停水后会立即停机，在医院等关键用水地点很不适用。
水箱式变频恒压供水设备，是将市政供水引至水箱，再由变频恒压机组通过变频控制来达到恒压供水的效果。
此方案具有不会因市政水源不稳定或压力过小而停止供水的优势，但是却完全浪费了进水压力，没有无负压供水设备的叠压效果，且水箱容量要求较大，占地面积大，投资成本高，维护工作量大，还存在能源浪费和二次污染的问题，仅适用于水源压力小或水源不稳定的区域。
为了生产一种既能充分利用进水压力，又不会在市政停水时立即断水的供水设备，我公司在综合了无负压设备和水箱式变频恒压供水设备的各自特点，开发了箱式无负压变频恒压叠压供水设备（以下简称“箱式无负压”）。
箱式无负压主要结构是进水水源为两路，一路直连市政供水管网，另一路为水箱式变频恒压供水设备的初加压，使水箱出水压力达到所在地区的市政水压，再进入无负压供水设备，进行再加压。
3.1箱式无负压出水波动值较高
箱式无负压在厂内试验平台进行模拟供水的时候，发现设备流量在1.8m3/h波动范围内波动时，采用市政供水水源时，出水效果非常稳定；切换到水箱初加压水源时，出水压力波动较大，最大达到0.18MPa，始终达不到0.05MPa的出厂要求。
为研究箱式无负压出水波动值较高的问题，在工程部的供水设备试验平台上对生产的箱式无负压供水设备进行了4小时共20次模拟试验，得到如下试验结果：
表一：
初次试验结果
实验次
出水压力波动峰值（MPa）
1
0.11
2
0.15
3
0.08
4
0.14
5
0.15
6
0.18
7
0.14
8
0.15
9
0.11
10
0.10
11
0.18
12
0.10
13
0.14
14
0.11
15
0.14
16
0.15
17
0.11
18
0.10
19
0.11
20
0.14
图二初次实验结果
现状调查结论：
20次试验结果显示，设备流量在1.8m³/h波动范围内波动时，出水压力波动值远远高于设备出厂要求的0.05MPa，为100%不合格。
3.2对箱式无负压进行分析改善
为使箱式无负压出水波动值达到0.05MPa一下，在工程部实验平台和相关工程实例中针对前期调查现状，确认影响出水压力波动值的因素。
图三原因分析鱼刺图
3.2.1要因确认
（一）要因确认计划
序号
末端原因
确认内容
确认方法
标准
负责人
完成时间
1
电缆屏蔽层未接地
电缆屏蔽层接地状态
万用表检测
屏蔽层与地线端子短路
杨明
20130524
2
水泵存在缺陷
水泵单机运转状态
强制单水泵试运行
压力表压力上升且水泵无杂音
陈伟
20130524
3
止回阀故障
止回阀止水效果
加压到0.8MPa停止出水并停机，检查止回阀保压状态
30分钟内压力下降少于0.05MPa
曲春明
20130526
4
设计人员经验不足
设计人员是否有足够的设计经验
审查设计人员以往设计业绩
有3例以上达到要求的设计业绩
曲春明
20130526
5
控制方式有缺陷
控制方案设计是否有缺陷
依据其他品牌的成功案例来审核设备的控制方式合理性
控制方式合理
曲春明
20130602
6
环境温湿度不合要求
环境温湿度是否符合要求
温度表和湿度表测量
温度-10℃至50℃；
湿度90%RH或以下（不凝露）
杨明
20130524-20130531
7
压力表信号失准
压力表信号是否准确
电流表检测
压力变化时，信号平稳准确
曲春明
20130527
表二要因确认计划表
（二）要因确认实施过程
1.对电缆屏蔽层未接地进行要因确认
屏蔽电缆有助于保持代表压力值的模拟信号的准确性，保证自动控制的平稳准确。
屏蔽电缆使用中需要确保屏蔽层良好接地，以屏蔽外部干扰。
实施时间：
2013年05月24日
实施地点：
工程部供水设备试验平台
通过对本次制造的设备的屏蔽电缆屏蔽层接地效果的检测，确认屏蔽层对地线排的接地电阻为0Ω，符合要求。
是否要因：
非要因。
2.对水泵存在缺陷进行要因确认
初加压水泵和供水水泵能够正常运转，是保证供水效果稳定的关键。
实施时间：
2013年05月24日
实施地点：
工程部供水设备试验平台
通过对本次制造的设备的初加压水泵和供水水泵依次单机试验，均能够平稳运转，出口压力表能够平稳上升，且各水泵运转过程中均无杂音，表明各水泵不存在缺陷。
是否要因：
非要因。
3.对止回阀故障进行要因确认
止回阀，用于实现单个水泵供水水路的单向通水效果，阻止止回阀出口的水返回止回阀入口管道，如果失效则出口压力会出现快速波动。
实施时间：
2013年05月26日
实施地点：
工程部供水设备试验平台
通过设备正常加压，将出口压力加至0.8MPa，然后关闭出口总阀门，确认出口总阀完全关闭后，设备停机。
出口压力20秒内下降至0MPa。
不符合要求。
通过只打开一个泵前阀门的方法，依次检测各水泵通路的止回阀止回效果，发现1个止回阀失效。
是否要因：
要因。
4.对设计人员经验不足进行要因确认
足够的设计经验，能够让设备更可靠地设计出符合要求的设备，是产品设计成败的关键。
实施时间：
2013年05月26日
实施地点：
产品技术部
通过查阅资料，相关设计人员已经设计并调试了13台类似设备，有足够的经验来完成本设备的设计和调试工作。
是否要因：
非要因。
5.对控制方式有缺陷进行要因确认
控制方式的选择，决定了供水设备稳定性所能够达到的高度。
更合适的控制系统能够让供水设备的供水效果更稳定，操作更便捷，还可以提高设备的安全性和使用寿命。
实施时间：
2013年06月02日
实施地点：
产品技术部
本设备实际上是两个变频恒压机组串联的结构，整机控制系统初步设计方式是初加压部分和供水部分均单独采用PID（比例、积分及微分控制方式）控制方式，希望通过调节各自的PID参数，来实现稳定供水。
通过查阅专利、标准和其他技术文献，参考其他品牌箱式无负压供水设备的控制方式。
认为供水设备的流量波动频繁且范围广，一个压力稳定的水源才有利于供水设备出口压力的稳定。
但是在本设备中，两个变频恒压机组串联，并同时采用PID变频，用户流量变化时，初加压变频机组无法为二次加压变频机组提供稳定的水源，初加压变频机组出口的压力波动就会使得二次加压的变频恒压机组出口压力波动被放大。
所以，小组成员认为控制方式与设备结构不匹配。
是否要因：
要因。
6.对环境温湿度不合要求进行要因确认
对于供水设备，环境温湿度的影响主要体现在对控制系统的影响，要求温度-10℃至50℃，湿度90%RH或以下（不凝露），否则会使得控制系统出错甚至烧毁。
实施时间：
2013年05月24日至2013年05月31日
实施地点：
工程部供水设备试验平台
通过使用温度表和湿度表测试，获得工程部供水设备试验平台每日09时的环境温湿度数据如下表所示：
项目
0524
0525
0526
0527
0528
0529
0530
最高
最低
温度
33
30
27
30
32
26
20
33
20
相对湿度
41
77
81
54
42
68
69
81
41
表三温湿度统计表
通过测量显示，现场环境温湿度符合要求。
是否要因：
非要因。
7.对压力表信号失准进行要因确认
本设备所用的压力表，是远传压力表，用来将压力转换为4-20mA直流电流信号，传送给中央控制器，直接决定了PID运算的结果。
实施时间：
2013年05月27日
实施地点：
工程部供水设备试验平台
通过手动启动水泵变频加压，改变压力表数值，同时用电流表检测压力表传输的信号值。
共检测三次，结果均表明压力表传输的电信号平稳正确。
是否要因：
非要因。
（三）要因确认结果
对原因分析得出的7条原因，小组成员通过逐一调查分析验证，共同确认了导致箱式无负压出水压力的波动范围过大的主要原因有：
止回阀故障
控制方式有缺陷
3.2.2制定对策
针对导致箱式无负压出水压力的波动范围过大的主要原因，小组成员制订了相应的对策：
方案序号
主要原因
对策
目标
措施
责任人
时间
1
止回阀故障
更换止回阀
达到止水效果
更换成带橡胶垫圈的止回阀
杨明
2013年6月5日
2
控制方式有缺陷
修改控制方式
实现初加压出水压力稳定
将初加压水泵的控制方式从实时变频改为多段速
曲春明
2013年6月20日
表四制定对策表
3.2.3实施对策
（一）实施方案一
实施前：
止回阀为金属板和金属环结构的金属面硬接触的形式，如果接触面出现做工差、结垢、生锈以及挂上细微杂物的时候，就会出现泄漏情况。
实施后：
止回阀更换为金属接触面增加橡胶垫圈的结构，橡胶垫圈牢牢地嵌入金属环内，不会因水流冲击而脱落，在接触面出现做工差、结构、生锈以及挂上细微杂物的时候，有橡胶垫圈的作用，会自动填满产生的小缝隙，保证止水效果。
实施结果：
通过设备正常加压，将出口压力加至0.8MPa，然后关闭出口总阀门，确认出口总阀完全关闭后，设备停机。
30分钟后出口压力为0.78MPa。
达到要求。
（二）实施方案二
实施前：
初加压水泵与二次加压水泵均采用PID变频控制方式，初加压水泵无法为二次加压水泵提供压力稳定的水源，致使二次加压出口压力波动范围被放大。
实施后：
初加压水泵的控制采用多段速变频控制方式，程序依据水压变化情况，阶段性提高或降低水泵转速。
实施结果：
运行过程中，初加压后的水压升高0.05MPa，则水泵频率立即正常下降一个等级；初加压后的水压降低0.05MPa，则水泵频率立即正常升高一个等级，达到设计目标。
3.2.4效果检查
2013年06月24日，在工程部供水设备试验平台，再次通过流量在1.8m³/h波动范围内进行4个小时20次试验。
得到的结果如下：
实验次
出水压力波动峰（MPa）
1
0.03
2
0.03
3
0.03
4
0.02
5
0.04
6
0.04
7
0.05
8
0.04
9
0.03
10
0.03
11
0.04
12
0.02
13
0.03
14
0.04
15
0.01
16
0.02
17
0.05
18
0.04
19
0.03
20
0.04
表五改善后的试验结果
图四改善后的试验结果
改善后的实验结果表明，通过实际分析改进，箱式无负压供水设备流量在1.8m³/h波动范围内波动时，出水压力波动值小于等于0.05MPa的概率从的0%提高到100%，达到了设备的出厂要求。
4、全文总结
通常我们所说的无负压供水设备，一般指的是无负压变频供水设备，也叫变频无负压供水设备，是直接连接到供水管网上的增压设备。
传统的供水方式离不开蓄水池，蓄水池中的水一般自来水管供给，这样有压力的水进入水池后变成零，造成大量的能源白白浪费。
而无负压供水设备是一种理想的节能供水设备，它是一种能直接与自来水管网连接，对自来水管网不会产生任何副作用的二次给水设备，在市政管网压力的基础上直接叠压供水，节约能源，并且还具有全封闭、无污染、占地量小、安装快捷、运行可靠、维护方便等诸多优点。
随着现如今建筑业的快速发展，建筑物的高度也在不停增长，传统的加压供水方式已经不能满足要求，无负压二次加压供水设备在各个行业中的广泛运用为社会需要提供了良好的支持。
无负压设备的选型方法在许多公司中存在着差异，不同的选型方法首先决定无负压水泵的型号，只有通过精确的计算准则才能将安全和节能归为一体，概率法是现如今最为全面的一种，但是对于不同类型建筑物，其计算方法也存在着许多差异。
同时，无负压在使用过程中也会出现许多问题，只有结合理论与实际，将无负压各个问题分析到位，才能使整套设备一直处于安全、稳定的供水状态。
升级会员 