●前言
无负压(管网叠压)给水设备是指管网直接串联水泵增压供水的供水方式所采用之设备。在城镇公用管网上直接装泵抽水一直是供水系统的禁区。其理由:起首是在管网供应能力不足时,个体的超量取水会使管网节点或管段压力下降而影响其它用户的用水安定性。另外,容许用户自由地装泵“入网”有可能带来管网运行安全和水质安全的隐患。
无负压给水设备正式投向市场已有七、八年的时间。因为管网直接增压方式具有节能、节水、省地、省材的长处,特别是因其减少或根除水体二次污染,保障水质卫生安全的特点,而深受业界﹑用户的关注和市场的欢迎,进而推动了该项技术的进步和发展。可以认为该项技术已发展到了具有理论上的说服力和实践证明力的较成熟阶段。已经有条件在较大范围尝试使用和推广使用。推广“直供水”技术和应用“无负压给水设备”的主体应该是管网一方,即城镇供水系统。因而,管网准用条件是该项技术成果推广应用广度和深度的决定性因素。而怎样结合自己城市和供水系统的具体情况,拟定出合理、规范、便于操作的“准用条件”是应该深切研究的课题。
1.管网供水能力和取水流量的限定（选型报价可电：，Tel:021-69 59 2446）
1.1管网能力的限制条件
为了限制无负压给水设备跨越管网能力取水而使管网压力下降,一些城市在“尝试使用”、“准用”或“技术要求”等文件中,提出了各种限制条件,例如:
●市政管网管径为300mm时吸水管管径不大于100mm(管径限制)。
●直接加压设备吸水管流速大于1.5m/S(流速限制)。
●单套设备的额定供水量不得大于32 m3/d(装机容量限制)。
●供水小区总修建面积不得大于20万㎡(修建面积限制)。
●利用管网压力不得大于0.12MPa(取水管路压降限制)。
●水泵吸入口压力低于0.2MPa时自动停泵(水泵吸水口压力限制)。
●管网压力应大于或等于0.22MPa(管网压力限制)。
●使用该设备对自来水管网串接处产生的压降应小于0.01～0.02 MPa(管网压降限制)。
●市政供水管网口径应大于或等于DN300,楼前供水干管管径应大于DN150(管网管径限制)。
诸多的限制条件表现了管网方面对直接供水技术应用的谨慎态度和对直接装泵抽水的重重顾虑,这是可以理解的。但限制条件的守旧、繁复﹑相互矛盾﹑缺乏依据或难以计算和预先推测时,会使设计者无法下手设计;设备投入使用前用户无法明确得知该设备是否会被违规禁用;或本有条件使用者无法实施,显然不利于该项技术的推广应用。
1.2管网能力的分析
宏观上看,管网供水能力取决于净水厂制水能力、送水泵站送水能力、管网配水能力与送水量是否配套,以及管网运行调度的动态供水能力是否可满足用户最大需求水量的要求。目前,海内很多城市出现供水能力充足或过剩的局面。表现为水厂送水压力过高;管网服务压力升高;末端压力合格率上升;管段实际流速低于管网设计之最大流速和经济流速等具象上。管网能力的提高是推广“直接供水”方式的事物基础和前提条件。
具体地谈管网能力需要解答的题目其实是个体用户的需求、管网可否满足的需要解答的题目。例如:某用户申请供水,其居住小区有普通Ⅱ类住宅500户,依修建给水设计规范设计之秒流量(最大短时流量)为13L/S(47m³/h),根据地理位置应在某管段上(例如DN300管)开口接出取水管。而该管段是否有能力满足需要?实际上这是一个管网水动力计算的需要解答的题目。管网的拓朴结构有环状和枝状种别之分,水动力计算方法毋需赘述。管网水动力计算标题需要解答的题目对于管网经常性管理工作较差的供水系统,可能会因基础数据和运行数据不足,解题时有些困难。这可以经由过程测压、测流、试验等工作来获取数据,并逐步使管网管理工作科学、正规地完善起来。
当水动力计算结果认为该管段取水能够满足用户需求时,则可批准该用户之取水流量,并依照国度规范如《室外给水设计规范》等设计出经济合理的居住小区的进水管路图。
依计算公式(1)、(2)可以算出该小区进水管路的自由出水流量,即管路向开口容器(水池)送水的流量Q=114m³/h。如果在出水管端连接水泵抽水,此流量Q就是应限制的负压抽水的临界点,只要可控制水泵的出水流量小于限制流量Q,则不会出现负压吸水现象。应该指出,水泵直接管网增压时所补充扬程的高、低对管网的压力降无任何影响,唯有取水流量是影响管网压力的因素。例如:500户低层住宅用水量和经过水泵加压后送至数十米高层住宅500户时的用水量是相同的,水泵增压而不增流量,自然不会因为增压而影响管网压力安定。所以,只要可以控制住水泵在任何工况下都不会跨越限量抽水,即:只需要将“水泵应在管网限定流量下运转不得超量取水”列为管网直接加压供水设备的准用条件就可无能力不足之虑了。
1.3无负压给水设备实现“不超量取水”的原理和方法。
负压给水设备按工作原理分类可分为两类。负压消除型和无负压天生型。
1.3.1负压消除型
进水管从水罐上部注水入罐。罐顶装有一个注排气阀,它具有在满水时关闭,在罐内产生负压或水位下降时打开阀门补入大气的作用,所以也被称为“真空消除器”“真空补偿器”等。该类装置有浮子、浮球等机械式、有靠电接点真空表或水罐水位接点控制电磁阀启闭的电动式等方式各异,名称标新的很多品类。在水罐注满水时此阀闭紧,此时水罐为承压的密闭容器,可视为管路上增加了一个有突然放大和突然缩小局部阻力丧失的异径管。罐底连接至水泵进水口,并建立了水泵出水口的静水头。
设备运行有如下三种工况:
(1)管流静止状态(水泵停转时)
Q1 = Q2 = 0
P1 = P0 = P2(3)
式中 Q1 — 进水管流量
Q2 — 出水管流量
P1 — 自来水管网压力
P0 — 进水口压力(P0≈水罐内压力)
P2 — 出水管压力
(2)管流为连续流状态(水罐满水时)
Q1 = Q2 = 用户使用流量
P0 = P1 - SQ1²(4)
P2 = P0 + △H
式中S — 进水管路阻力特性系数
△H — 水泵作功扬程
此时管流可视为连续性非永恒固定流。水泵依据用水流量的变化而变速运转,自动改变扬程P2和流量Q2满足用水需求。进水管流符合不可压缩流体不变流动的连续性方程式特征,故Q1 = Q2;进水口压力P0可叠加到水泵扬程上利用。所叠压力是随流量而变的变量而非定量,更不是管网上的压力P1。在叠压节能计算和设计选泵时应试虑此数学关系。
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