增壓、貯水設(shè)備
一、水泵裝置
1、水泵裝置的進水方式
（1）直接抽升——水泵直接從市政管網(wǎng)抽水
特點：充分利用市政管網(wǎng)水壓，減少水泵經(jīng)常運轉(zhuǎn)費用。閉式系統(tǒng)，保護水質(zhì)不受污染。系統(tǒng)簡單，減少基建投資。引起市政管網(wǎng)壓力降低，影響相鄰建筑用水。
缺點：
①有可能因回流而污染城市生活飲用水
②造成室外管網(wǎng)局部水壓下降，影響附近用戶用水。
目前，由于城市工業(yè)的發(fā)展，住宅、公共建筑的增加，室外管網(wǎng)供水壓力不足的情況下，為保證市政管網(wǎng)的正常工作管理部門對此種抽水方式加以限制，一般說來，生活給水泵不得直接從市政管網(wǎng)直接抽水。
在室外給水管網(wǎng)流量能滿足要求的前提下，消防泵可否直接抽升？從理論上講應(yīng)該是可以的。因為火災(zāi)發(fā)生幾率小，且消防車也是從市政管網(wǎng)抽水的。測試資料表明，在市政管網(wǎng)足夠大時，水泵抽水引起相鄰管道壓力降低值并不大。但設(shè)計中如采用消防水泵直接抽水，需得到有關(guān)部門的同意。上海和平飯店、中百公司、北京燕京飯店、建國飯店等消防泵都采用直接從室外管網(wǎng)抽水方式。
水泵從大干管上抽水，當(dāng)室外給水管網(wǎng)為大管徑，室內(nèi)為小泵時，水泵直接從室外給水管網(wǎng)吸水時，影響甚微。湖南省院和長沙自來水公司曾進行水泵直接吸水的科學(xué)試驗，水管為管道泵，吸水后室外給水管網(wǎng)降低壓力僅為10~15KPa。
為保證消防時的水壓要求和避免水泵吸水而使室外給水管網(wǎng)造成負壓，規(guī)范規(guī)定，吸水時，室外給水管網(wǎng)壓力不得低于100KPa，且直吸時水泵應(yīng)裝有低壓保護裝置(當(dāng)外管網(wǎng)壓力低于100KPa時，水泵自動停轉(zhuǎn))。
水泵直吸時，計算水泵揚程，應(yīng)考慮室外管網(wǎng)壓力，因室外管網(wǎng)壓力是變化的，當(dāng)室外管網(wǎng)為最大壓力時，應(yīng)校核水泵出口壓力是否過高，在某工程曾發(fā)生因選泵時沒考慮室外管網(wǎng)的有效壓力，造成在使用時消防水龍帶爆破的事故。
（2）間接抽升
在建筑物內(nèi)部抽水量較大，不允許直接從市政給水管網(wǎng)抽水時，常建水池。水泵從水池抽水，供給室內(nèi)給水管網(wǎng)。
啟閉方式：
無論直接間接——自動啟閉 水箱 液位控制
水泵 直接 市政管壓力
間接 室內(nèi)管壓力
機組設(shè)置：
生活泵——按供水可靠性考慮備用機組
生產(chǎn)泵——視工藝要求
消防泵——視規(guī)范要求而定
2、水泵運行方式
（1）恒速運行——水泵在額定轉(zhuǎn)速下運行，n一定，水泵特性曲線一定Q—H，供水管網(wǎng)一定，管路特性曲線Q—∑h一定。Q—H與Q—∑h兩條曲線交點M為水泵工況點，相對應(yīng)流量為設(shè)計最大流量，相應(yīng)的揚程為管網(wǎng)所需要的壓力，滿足H0+∑h，H0為不利點靜水壓力。
存在問題：設(shè)計的最大流量Qmax在一天用水中出現(xiàn)的幾率較小，多數(shù)情況下用水量小于Qmax，水泵工作點將沿著Q—H曲線上下移動(Q↓，∑h↓)管網(wǎng)中壓力增大，工作點移至M1，靜水壓力無用途增加了H1﹣H0，⊿h為能量浪費，多采用閥門調(diào)節(jié)。
（2）變速運行
眾所周知：按水泵葉輪的相似方程，在不同轉(zhuǎn)速下運行的同一臺水泵
轉(zhuǎn)速與流量有如上關(guān)系，它表明水泵當(dāng)流量改變時，水泵性能發(fā)生變化的規(guī)律，一般n只能下調(diào)，提高水泵n會使葉輪中的離心力增加，造成機械性的損傷。n↓自能改變了水泵Q與H關(guān)系特性曲線，于是著眼于降低n。
其中：
n——電機轉(zhuǎn)數(shù)
f——電機定子供電頻率
P——磁極對數(shù)
s——轉(zhuǎn)差率
從上式可知：電機轉(zhuǎn)數(shù)與供電頻率成正比，可以通過改變電機定子供電頻率，來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)數(shù)。
變頻調(diào)速泵即
調(diào)速運行方式
①調(diào)速恒壓供水
電機轉(zhuǎn)數(shù)發(fā)生變化必然會引起Q—H曲線的變化。
②變速運行
近年來建筑給排水系統(tǒng)開始采用變頻調(diào)速水泵，目的是減少能量浪費。
原理：
其中：
n——電機轉(zhuǎn)數(shù)
f——電機定子供電頻率
P——磁極對數(shù)
s——轉(zhuǎn)差率
從上式：電機轉(zhuǎn)數(shù)與供電頻率成正比，可以通過改變電機頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。
前提：在變速運行時，要保持電源電壓與轉(zhuǎn)速比為常數(shù)，或者說保證電機轉(zhuǎn)矩恒定。
國外變頻器成本高，維修困難。
調(diào)試運行方式：
水泵轉(zhuǎn)數(shù)發(fā)生變化，必然引起水泵特性曲線發(fā)生變化
n為n1、n2、n3
揚程為H1、H2、H3
相應(yīng)于不同n時的水泵特性曲線Qn—Hn與M—Hn曲線有交點，因而可使用調(diào)速控制改變Q—H曲線是水泵運行沿Hs—M直線變動
變頻調(diào)速恒壓供水即流量發(fā)生變化供水揚程不變，在運行中管網(wǎng)最不利點保持在Hs和H0之間變化，能量仍有浪費⊿h，但畢竟節(jié)約了一部分能量⊿h’
（3）變壓運行
變水泵工作曲線Q—H，符合Q—∑h供水，但存在一定問題。
a、調(diào)速變壓，水泵效率低
b、控制較難，造價高
c、可能造成管網(wǎng)中水壓不足：管道損失曲線由一條二次拋物線計算并不十分準(zhǔn)確在Q管道復(fù)雜變化的情況下，計算測試都會有誤差。
綜上，變頻調(diào)速變壓——消除能量浪費，但η↓目前，這種技術(shù)尚缺少把握性。
變頻調(diào)速恒壓——有一定能量浪費，控制可靠，廣泛采用。
實際應(yīng)用：生活給水系統(tǒng)：選一臺變頻泵，二臺工頻泵。
用水量小時，變頻泵工作，用水量大時：達到a點時，變頻泵已滿負荷，啟動第Ⅱ號工頻泵，變頻泵與Ⅰ號同時工作。當(dāng)流量達到b點時，啟動第Ⅱ號工頻泵，變頻仍在運行。
用水量很小時(夜間)不論是恒速泵變頻調(diào)速泵都效率很低，不節(jié)能？稍O(shè)小型氣壓罐在小流量時使用。
生活﹢消防給水系統(tǒng)：
選泵：按消防泵選
正常使用時，調(diào)頻到20~赫茲，消防時調(diào)到50赫茲，實現(xiàn)工況轉(zhuǎn)換1~5s。
3、水泵的選擇
依據(jù)Q、H
Q：單設(shè)水泵 生活 按Qb=Qs，以保證安全供水
生產(chǎn) 按 Qb=Qh，生產(chǎn)用水均勻
設(shè)水箱：Qb=Qs，或Qb=Qh
H：應(yīng)滿足最不利點所需水壓，經(jīng)水力計算確定
直吸式：H=H1+H2+H3+H4-H0
間吸式：H=H1+H2+H3
4、貯水池容積
理論：
且滿足：
其中：
V——水池有效容積
Vf——消防貯水量
V調(diào)——調(diào)節(jié)容積
Vs——生產(chǎn)事故貯水
qb——水泵出水量
q1——水池進水量
Tb——水泵運行時間
Tt——水泵運行間隔時間
經(jīng)驗。10~20%）Qd
5、水泵防震
（1）對噪聲源——選低噪音水泵。
（2）基礎(chǔ)——固體傳振主要通道：橡膠隔振墊。
（3）管道——固體傳振第二通道：吸、壓水管設(shè)可曲撓接頭。
（4）支吊架——固體傳振第三通道：彈性支吊架。
（5）隔振為主，吸聲為輔，在建筑上采取隔聲、吸音措施，如雙層門窗、墻面，頂棚設(shè)多孔吸音板。
二、水箱
作用：增壓、穩(wěn)壓、減壓、貯水
材質(zhì)：鋼板、鋼筋砼、玻璃鋼
防腐：鋼板水箱，內(nèi)外均應(yīng)防腐。防腐涂料無毒
1、水箱配管
（1）進水管 設(shè)閘門，便于浮球閥檢修。浮球閥2個，進水管距箱頂200mm。
（2）出水管 可與進水管共用，設(shè)單向閥以避免將沉淀物沖起。
（3）溢流管 管高于最高液位50mm，管徑比進水管大1~2#到箱底以下可與進水管同徑（進水管 壓力流 溢流管 重力流），不設(shè)閥門，溢流管不能直接接入下水道。
（4）排污管 排空及清洗水箱時用 40~50mm。
（5）信號管 標(biāo)高：溢流管口以下10mm DN20，一樓至值班室，以便及時發(fā)現(xiàn)浮球閥失靈，及時修理，不設(shè)閥門。
（6）泄水管 有托盤的水箱，以排出箱壁凝結(jié)水，DN32~40。
2、水箱的容積
容積
有效容積——可供出水的容積。
無效容積——死水、超高。
有效容積V=V調(diào)+Vf
（1）V調(diào)：水箱的調(diào)節(jié)容積，理論上應(yīng)根據(jù)水泵供水曲線，建筑物用水曲線確定，但實際上，用水變化曲線很難得到，所以工程上常采用近似公式或經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
①單設(shè)水箱時的容積
式中
V5 ——調(diào)節(jié)容積
Q1——由水箱供水的最大連續(xù)平均小時用水量
t1——由水箱供水的最大連續(xù)出水小時數(shù)
②設(shè)水泵離聯(lián)合工作時水箱容積
a、水泵為自動啟動時
式中：
V5b——調(diào)節(jié)容積
qb ——水泵出水量 m3/h
Kb——水泵每小時啟動次數(shù)
C——安全系數(shù)（1.5~2.0）
理論推導(dǎo)：
水泵工作周期T=t1+t2
式中
t1——水泵充水時間
t2——水箱放水時間
K——啟動頻率
整理上式得：
b、水泵為手動啟動時
式中
Qmax ——最高日用水量
nb——一天內(nèi)啟動次數(shù)
Q’——泵運行時間內(nèi)，建筑物平均小時用水量（m3/h）
tb——泵運行一次所需時間（h）
c、沒有上述資料時
根據(jù)生活日用水量Qd的百分數(shù)來確定
水泵+水箱 自動啟動
手動啟動
（2）Vf
式中：
Vf——消防貯水容積(m3)
qxh——室內(nèi)消防設(shè)計流量(l/s)
Tx——水箱供水時間 Tx=10min
3、水箱安裝高度
水箱安裝高度應(yīng)滿足建筑物內(nèi)最不利點所需的流出水頭，并經(jīng)過管道的水力計算確定。
基準(zhǔn)：相對最不利點與最低液位幾何高度差。
相關(guān)因素：管道長度、管徑及流量、建筑物高度。
設(shè)：
Zb——最不利點標(biāo)高
H——最低水位與最不利點的標(biāo)高差
Zx——最低液位標(biāo)高
Hc——流出水頭
水箱安裝高度不夠，有可能產(chǎn)生“負壓回流”
三、氣壓給水設(shè)備
1、組成及工作原理
（1）組成
①——氣壓罐，密閉的壓力容器，內(nèi)部用來充氣充水
②——水泵，送水至罐及管網(wǎng)
③——空氣機，保證最大氣壓Pmax供應(yīng)，補充漏失氣體
④——控制器 壓力繼電器：啟閉水泵 水位繼電器：啟閉空壓機
工作原理：遵循波爾定律：在T=cost，P1V1=P2V2
工作過程：罐內(nèi)空氣起始壓力高于管網(wǎng)所需要的設(shè)計壓力，為Pmax，水在壓縮空氣的作用下被送至管網(wǎng)，隨著罐內(nèi)水量減少，水位下降，空氣容積增大，氣體壓力降低，當(dāng)氣體壓力降至Pmin時，壓力繼電器動作，隨之水泵被啟動，將水壓至罐內(nèi)及管網(wǎng)，當(dāng)罐內(nèi)水位不斷上升，氣體受到壓縮，氣壓增加，當(dāng)罐內(nèi)壓力達到設(shè)計最大工作壓力時，水泵在壓力繼電器的作用下停止工作，重新由罐內(nèi)向管網(wǎng)供水，如此周而復(fù)始。
氣壓罐中的空氣與水直接接觸，經(jīng)過一段時間后，空氣由于漏失或者溶解于水，逐漸減少，會使調(diào)節(jié)容積減少，水泵啟動頻繁，所以要補充空氣。
補氣方法：
①利用空壓機補氣。由于罐內(nèi)空氣量減少，在最大工作壓力 時水位超過最高設(shè)計水位，此時水面與水位繼電器最高點1接觸，空壓機被啟動向罐內(nèi)補氣，使水面下降，當(dāng)水面與水位繼電器低觸點2脫離時，空壓機關(guān)閉，停止補氣。
②自動補氣。當(dāng)水泵停止運行時，水泵出水管中水位下降，并在罐內(nèi)形成負壓，進氣止回閥開啟進氣，當(dāng)水泵再次工作時，管道中的空氣被補入罐內(nèi)。
存在二個問題
a、需要控制補氣量——雙控系統(tǒng)
用水位繼電器控制水位——補氣
用電節(jié)點壓力表控制氣壓——泵 使補氣量=損耗量
當(dāng)補入空氣過量時，需要排氣，以避免保護容積過小，氣體竄入管網(wǎng)。將多余的空氣釋放的方法——設(shè)排氣閥。
b、水質(zhì)污染
氣壓罐通常設(shè)置在地下室，環(huán)境差，空氣污濁，在自動補氣的過程中，不如的空氣很難說是清潔的，勢必造成水質(zhì)的污染，故需要加保護裝置——設(shè)空氣過濾氣。
2、氣壓給水裝置的類型
（1）變壓式氣壓給水裝置
如前所述，罐內(nèi)空氣壓力隨供水工況而變化，給水系統(tǒng)處于變壓狀態(tài)下工作，適用于用水壓力要求不很嚴(yán)格（無特殊要求時），如生活給水。
（2）恒壓式氣壓給水裝置
在用戶要求用水穩(wěn)定時，在變壓式供水裝置的出水管上裝調(diào)壓閥，調(diào)壓閥后壓力在所壓求的范圍內(nèi)。
（3）隔膜式氣壓給水裝置
為了簡化氣壓給水裝置，節(jié)省補氣和排氣裝置，避免水質(zhì)被污染（來自臟空氣、空壓機潤滑油）。在水罐內(nèi)裝有彈性隔膜（橡膠、塑料）將氣水分開，靠隔膜的伸縮變形，調(diào)節(jié)水量，可以一次充氣，長期使用（充空氣、N2氣）。
優(yōu)點：氣水分離，水質(zhì)得到保證，省去補氣、排氣等氣量調(diào)節(jié)裝置，自控系統(tǒng)簡單。
要求：隔膜具有一定的抗疲勞強度大于12000次折疊。實際目前小于4000次，具有不透水性和化學(xué)穩(wěn)定性。
（4）氣囊式氣壓給水裝置
氣壓罐內(nèi)裝有氣囊(很薄)充氣使氣囊張開，貼在罐壁上在壓力達到Pmin時，啟動水泵，向罐內(nèi)充水，其難受壓，氣壓達到Pmax時，停泵，水在Pmax作用下送至管網(wǎng)。
3、計算
貯罐總?cè)莘e
其中：
V水——水調(diào)節(jié)容積。
V氣——氣體容積，變量指相對Pmax時的V氣
由波爾定律：
整理：
令：
則：
α取值范圍：0<α<1
|
α |
0 |
0.5 |
0.65 |
0.75 |
0.85 |
1 |
|
Vz |
V水 |
2V水 |
2.8V水 |
4V水 |
6.67V水 |
α |
|
V水 |
|
0.5Vz |
0.35Vz |
0.25Vz |
0.15Vz |
|
說明：α=0時，Vz=V水，相當(dāng)與水罐
α=1時，V水=0，無調(diào)節(jié)容積，相當(dāng)于水泵供水
規(guī)范推薦：α=0.65~0.85之間
相應(yīng)的V水/Vz=1/3~1/6之間，調(diào)節(jié)容積很小。
若想提高調(diào)節(jié)容積，取α小值，如α=0.5
由于水泵特性曲線要求很陡，選泵困難，又因為Pmax較大，罐壁厚度增加，造價上升。
（2）選泵
揚程Hb，首先確定系統(tǒng)所吸最小壓力，以此確定Pmin，選擇α，定出Pmax，
4、特點及應(yīng)用
綜上討論，氣壓給水裝置是利用密閉壓力罐內(nèi)的壓縮空氣將罐中的水送至管網(wǎng)的升壓設(shè)備。作用：由于氣壓給水設(shè)備的供水是靠罐內(nèi)壓縮空氣來維持的，所以不需要高架，適用于不易設(shè)置水箱的德場所，但其調(diào)節(jié)容積小，經(jīng)常費用高，耗鋼材，供水壓力變幅大。
在消防給水中的應(yīng)用：
在多層及高層建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)中，要求貯有10分鐘火災(zāi)初期消防用水。
在設(shè)水泵+水箱聯(lián)合供水系統(tǒng)中，10分鐘水貯于水箱之中，但由于水箱安置高度所限，建筑物上幾層消火拴拴口供水壓力不能滿足要求，可采用氣壓罐來解決這個問題，起增壓作用。設(shè)計時，氣壓罐壓力大于最不利點消火拴所需壓力。
在無高位水箱供水系統(tǒng)中，氣壓罐起貯水作用，一般高層建筑10分鐘貯水量≥18m3。
取α=0.65，V2=51.4m3
φ2400mm×5.8m×2個
存在問題：占地面積大，投資高（罐+泵+控制設(shè)備）20~30萬，長期閑置等問題。
（1）氣壓給水設(shè)備得以發(fā)脹的因素：
①某些地區(qū)建筑物抗震要求的提高，氣壓給水設(shè)備設(shè)在建筑底層，因此比水塔、水箱更有利于建筑的抗震。
②高層建筑的興建和有關(guān)防火規(guī)范的的實施，氣壓給水設(shè)備是保證高層建筑上層消防給水壓力的有效措施之一。
③市政管網(wǎng)水壓的下降。建筑物建成后，由于市政管網(wǎng)水壓下降而造成的建筑物上部供水壓力不足現(xiàn)象，用氣壓給水裝置來解決此問題比追加水箱更切實可行。
④城市規(guī)劃的提高。每幢建筑設(shè)單元水箱在一定程度上影響建筑美觀和城市觀瞻，屋頂水箱水質(zhì)極易污染，氣壓給水裝置有隱蔽水質(zhì)不易污染的優(yōu)點。
⑤氣壓給水裝置具有便于集中管理、靈活、建設(shè)速度快，易于拆遷，標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、商品化。
盡管它調(diào)節(jié)容積小，水泵啟動頻繁，耗電多于水塔水箱，但仍有廣泛的應(yīng)用。
（2）氣壓給水裝置的橫向開發(fā)
氣壓給水設(shè)備的開發(fā)，意義并不在設(shè)備上，而在于橫向的開發(fā)利用，主要有：
①水泵非自罐式吸水的補水裝置。
②壓力式膨脹水箱（用以取代熱水供應(yīng)系統(tǒng)式采暖系統(tǒng)的開式膨脹水箱）。
③水錘消除器。（利用氣室可以壓縮的特點，可用于消除或減弱水泵停泵水錘和管網(wǎng)末段因閥件快速啟閉而產(chǎn)生的水錘）。
④水景射流調(diào)節(jié)（利用氣壓水罐內(nèi)壓力的規(guī)律性變化來控制水景射流的變化）。
⑤壓力投藥或壓力加油。以藥或油代替水，利用罐內(nèi)壓力投加，投加方式為變量投加。
⑥緩沖器。以水為載體的沖擊波，可利用氣室容積的變化來減緩沖擊力。
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