高位稳流补偿在无负压供水中的应用

摘 要：无负压供水设备以其自动化程度高、节能高效、安全卫生、占地面积小等优点被广泛应用于城市高层楼宇的生活供水中,但其自身补偿容量有限,对供水管网要求高等缺陷也日益显现.针对这种情况文章引入了高位稳流补偿的方案,可以有效地解决此类问题.这有利于无负压供水设备更广泛地推广和应用.

关 键 词：高层楼宇；无负压供水；高位稳流补偿；自控限流

引言

上世纪九十年代未无负压供水设备开始在国内研究试用,至今已二十多年了,无负压供水系统以其自动化程度高、节能高效、安全卫生、占地面积小等优点,深受用户青睐,特别是近五年来随着城市化建设进程加快,高层楼宇拨地而起,无负压设备作为新一代二次供水系统已被广泛应用.随着应用的日益增多,随之后来的问题逐渐显现,在用水高峰时部分区域就会出现供水压力波动,而影响低层用户的供水质量,尤期是管网设施较陈旧的区域,问题较为严重,已引起了供水部门的关注和担忧.文章提出高位稳流补偿的方案,并结合微机自控限流控制模式,可以有效解决此类问题的发生,将更有利于无负压供水设备在高层供水方面的应用与发展.

1高位稳流补偿

现有无负压供水设备,一般通过串接在进水管与水泵机组间的稳流补偿罐进行稳流补偿,只适用于供水量变化较小的场合,在用水高峰时,供水量变化较大的情况下,其系统补偿容量极其有限,如要增大补偿量,又受空间等因素的限制,因此现有技术在解决此类问题时缺陷较为明显,适用性比较差.

经专家理论验证和实践证明由高位水箱构成的变频供水系统是众多高层楼宇供水方式中节能效果最好的方案,另外它还具有对市政管网干扰少、贮水量大等优点；但缺点也很明显,最上面几楼用户的供水压较低需要另外增压,最致命的是它存在着供水安全及二次污染的隐患.文章根据高位水箱的一些优缺点,结合无负压供水设备的实际功能,引入了高位稳流补偿的方案.高位稳流补偿系统原理如图1所示.

本方案采用的是一种囊式稳流补偿器（见图2）,它一般安装在所供建筑的顶层,所置位置与高位消防水箱相同,罐体下口与用户管网最顶端相连.为了便于安装,单个体积不宜过大,一般罐体直径在1米以下,有效储水量在0.8立方左右.罐体为立式,内有食品级双开口橡胶囊,囊内中间设一不锈钢导流管,便于储水的流动,上下法兰为不锈钢制,法兰上设有支撑套,将橡胶囊上下口颈部和翻边固定住,橡胶囊呈竖立状,这样受力相对均匀,且罐体与囊外表面间充有氮气,受温度影响较小,而且不易渗漏,胶囊膨胀时不会与罐体内表面摩擦,使用寿命会大大增长,即使需要维修更换也很方便,不影响正常供水.高位囊式稳流补偿器还可以根据市政管网供水条件及用户用水量,使用一个或并联多个,以实现用水高峰的差量补水.一般一台无负压供水设备可供给1～5幢高楼,需要时可以在每幢楼顶层放一个补偿器,也可以在同一幢楼顶层并联几个,使用相当灵活,实际上该方案把高位水箱化整为零了.高位稳流补偿器实际就是一只密封又能承压的高位水箱,它既吸取了高位水箱和气压罐的优点,又解决了两者的弱点.另外,这种高位稳流补偿器,水是不直接接触罐体的,可以用钢制或者玻璃钢制,其需要承受压力较小,一般都在0.3MPa以下,制造成本不大,便于推广应用.

采用高位稳流补偿实现无负压供水与一般的无负压设备相比,有几个方面的优点：（1）节能：由于它吸取了高位水箱供水方式的优点,系统效率高,特别在晚间用水量少时,可由高位稳流补偿器供给,泵启动少；（2）更加安全卫生：全封闭结构,不可能产生二次污染；（3）差量补水容量大：比原系统补偿器储水量增加二倍以上,还可根据实际需要增接补偿器,灵活性好；（4）供水质量好：能吸收压力波动引起的冲击,供水压平稳,不产生夹气水.

2结合高位稳流补偿的降压自控限流控制模式

高位稳流补偿器结合微机控制的自控限流模式,能很好地实现高层楼宇供水系统的动态稳流补偿.在用水高峰时,当市政管网压力发生波动,水压呈降压趋势,进水压小于等于预警设定值时,收到进水压力传感器反馈的信息后,PLC进入降压自控限流模式的预警保护程序,微机控制变频器使水泵机组降速或减泵运行,减少对市政管网的吸水量,而用户用水量不足部分由高位稳流补偿器利用储水势能和囊外气压自动补给,这样不但水压平稳,又不会产生夹气水,最大限度地实现了差量补偿.

根据变频供水的工作原理及泵设计的相似理论,水泵的转速与输出功率、扬程、流量之间有如下关系：P∝n3、H∝n2、Q∝n,其中P为水泵的输出功率,H为水泵的扬程,Q为水泵流量.从以上关系可以看出：当水泵扬程（水压）下降时,其转速有较大幅度的下降,从而水泵的流量会有大幅度下降.降压自控限流的控制模式是通过分别设置在水泵机组进出口的高精度压力传感器提供进口处市政管网压力变化信息和出口处用户管网的压力变化信息,通过PLC程序处理来控制变频器,使水泵降速运行从而达到不超量取水或减量供水的目的,这样就有效地防止了市政管网的压力下降,解决了低处建筑物（一般6楼以下为市政供水）部分楼层的断水现象,可以安全度过用水高峰.我们会设定一个预警值和预警解除值,当进口压力在预警值和解除值之间时,微机自动修整系统的压力给定值,给定值按比例下降,让水泵工作在低一点扬程（水压）上,水泵会降速运行,流量也会减少,可以缓解对市政管网的影响,同时由于高位稳流补偿器的存在对于高楼用户的供水也不会产生任何的影响.如进水管网压力恢复正常,系统自动恢复原压力设定值,继续在原设定点工作.

3结束语

结合高位稳流补偿的降压自控限流模式,既有限流又有稳流补偿,可以有效缓解高层楼宇供水系统在用水高峰时,顾上顾不了下,顾下又顾不了上的供水矛盾；改变现有自控限流控制模式的不足.有高位稳流补偿的无负压系统是一种具有节能、供水品质及安全性好的属性结构、容易工程实施的高层供水系统.