无吸程变频恒压设备用于二次供水

姜校林
（临朐县振华机械电子有限公司，山东临朐 262600）

　　摘　要：在二次加压供水中采用无吸程变频恒压供水设备，既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的储存水量缓解高峰用水，且不会对自来水管道产生吸力。
　　关键词：二次供水；变频恒压供水；无吸程
　　中图分类号：TU821
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0076-02

　　二次加压供水设备广泛应用在自来水管网压力不足的场合。按水泵(离心式水泵，下同)与管道连接方式的不同，供水方式可分为2种：①水箱—水泵加压供水；②管道泵加压供水。
　　供水方式①由于水箱能有效地进行水量的吞吐，即在非用水高峰时储存水量(此时自来水管道所能提供的流量Q自大于用户所需要的水量Q用，即Q自＞Q用)，而在用水高峰(Q自＜Q用)时释放所储存的水量，因此能有效地保障用户用水的可靠性，同时由于自来水管是通过水箱与水泵相接的，故水泵始终不会对自来水管网产生负压，但自来水管网中的原有压力无法被水泵利用，势必造成能量的浪费；供水方式②虽然在Q自＞Q用时能利用管网原有的压力，但因没有蓄水装置而不能满足高峰期用水量，故无法确保用户用水的可靠性，并且在用水高峰时对自来水管网产生吸力(这是由水泵本身的性质所决定的)，因而无法被广泛应用。新研制的无吸程变频恒压供水设备(以下简称无吸程设备)见图1。

　　无吸程设备既能利用自来水管网的原有压力，又能动用足够的储存水量满足高峰期用水，且不会对自来水管网产生吸力。?

1 工作过程

　　① 当Q自＞Q用时?
　　此时水箱蓄水，至设计水位则浮球阀关闭(真空压力表的读数为正)。在自来水压力的作用下止回阀关闭，由此便构成了管道泵供水状态，此时水泵能有效地借用自来水管道原有的压力。
　　② 当Q自＜Q用时
　　因水泵的进水口直接与自来水管道相连接，若止回阀未打开，则水泵的进水口处便会产生负压。由于止回阀的底部压力小而上部压力大，故止回阀打开时水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此时O点的压力为：
　　　　　　PO=ρg(H-Hr)
　　式中　H——水箱水面到止回阀上部的高度
　　　　　Hr——止回阀在额定流量下的局部阻力水头
?　　　　ρ——水的体积质量
　　　　　g——重力加速度
　　由于止回阀的正向阻力水头一般小于5kPa，因此只要Hmin(水箱水面到止回阀上部的最低高度，这可以在设计时得以保证)＞5 kPa就能使O点的最小压力始终为正值，也就保证了自来水管道在水泵对接处始终不会出现负压。
　　③ 当Q自＝Q用时
　　此为暂时的平衡点，它保持着系统的原有状态。

2 节能

　　设水泵吸水口的自来水管网压力为P自，水泵的出口设计压力为P设，则水泵的出口实际压力将降低至P实=P设-P自(不计因水泵阻力等造成的压头损失)，但自来水管网压力在一日之内变幅较大，当用户为24h用水时，通常按最小自来水管网压力P自min考虑，故一般水泵额定压力按Pe=P设-P自min选用。此时，水泵额定压力与实际压力之差为Pe-P实=P自-P自min≥0，因此当水泵按工频(50Hz)运行时，将造成能量的浪费。
　　若采用变频器带动水泵，水泵的实际工作转速是以水泵出口的压力值为主参数，即实际出口的压力值始终恒定在P设上而不会造成压力水头的损失。其工作过程是：
　　首先微机检测压力传感器的实际压力值，若P实＜P设则微机控制变频器带动水泵增速运行，于是P变泵升高，直到P自+P变泵=P设为止(P变泵为水流经过由变频器带动的水泵时压力的提升值)。P设-P自的差值越大，变频器带动水泵的转速就越高；反之，P设-P自的差值越小，变频器带动水泵的转速就越低。当P设-P自=0(也即自来水管网的压力达到需要的设定值)时水泵自动停机。由此可见，采用变频器来带动工作在管道泵供水状态下的水泵，能充分利用自来水管道的压力，使水泵以最合适的转速运转，对用户不产生多余的水头损失，达到了显著节能的目的。

3 应用实例

　　青岛交运集团大厦需要水泵出口的设定压力为P设=0.62MPa，自来水管网的压力为0.52～0.57MPa。原选用普通的水箱—水泵式变频恒压供水设备时用电约为1.24×10⁴(kW·h)/月，后改用无吸程变频恒压供水设备，预测改造后自来水管网的压力取其平均 值0.55MPa，假设水泵给管道加压的数值为0.07MPa(未考虑利用自来水管网压力水泵效率系数)，每天非用水高峰期的时间为23h，用水高峰期的时间为1h，此时水泵的实际电耗为：
　　① 非用水高峰期
　　由于一天中用水非高峰期的时间占全天的23/24，而水泵的工作压力与所消耗的功率成正比，故水泵实际消耗的电量为12 400×(1-1/24)×11.3%=1343(kW·h)/月；
　　② 用水高峰期?
　　用水高峰期的时间占全天的1/24，故水泵实际消耗的电量为12400/24=516(kW·h)/月，所以水泵总计电耗为1343+516=1859 (kW·h)/月。
　　改造后实测电耗结果为1960(kW·h)/月左右，与测算结果基本吻合(误差源于水流经水泵时的压力等损失和用户用水及管网压力的随机性)。?

4 结论

　　①无吸程供水设备包含两种工作状态：a管道泵供水状态；b水箱—水泵供水状态。无论处于哪种状态，该设备对自来水管道对接处的压力始终不会产生负值(即无吸程)。
　　②这两种工作状态的转换是由自来水管道所能提供的水量Q自与用户所需要的水量Q用的相对关系确定的。当Q自＞Q用时供水设备处于管道泵供水状态；当Q自≤Q用时供水设备处于水箱—水泵供水状态，整个过程的转换是自动完成的。
　　③在管道泵供水状态下，用变频器带动的水泵能适时根据自来水管道压力的变化以最佳转速工作，达到了显著节能的效果。

　　收稿日期：2002-03-07