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●前言 無負壓（管網(wǎng)疊壓）給水設(shè)備是指管網(wǎng)直接串聯(lián)水泵增壓供水的供水方式所采用之設(shè)備。在城鎮(zhèn)公用管網(wǎng)上直接裝泵抽水一直是供水系統(tǒng)的禁區(qū)。其理由：首先是在管網(wǎng)供應(yīng)能力不足時，個體的超量取水會使管網(wǎng)節(jié)點或管段壓力下降而影響其它用戶的用水安定性。另外，允許用戶自由地裝泵“入網(wǎng)”有可能帶來管網(wǎng)運行安全和水質(zhì)安全的隱患。 無負壓給水設(shè)備正式投向市場已有七、八年的時間。由于管網(wǎng)直接增壓方式方法具有節(jié)能、節(jié)水、省地、省材的優(yōu)點，特別是因其減少或根除水體二次污染，保障水質(zhì)衛(wèi)生安全的特性，而深受業(yè)界﹑用戶的關(guān)注和市場的歡迎，進而推動了該項技術(shù)的進步和發(fā)展�？梢哉J為該項技術(shù)已發(fā)展到了具有理論上的說服力和實踐證明力的較成熟階段。已經(jīng)有條件在較大范圍試用和推廣使用。推廣“直供水”技術(shù)和應(yīng)用“無負壓給水設(shè)備”的主體應(yīng)該是管網(wǎng)一方，即城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)。因而，管網(wǎng)準用條件是該項技術(shù)成果推廣應(yīng)用廣度和深度的決定性因素。而如何結(jié)合自己城市和供水系統(tǒng)的具體情況(Condition)，制定出合理、規(guī)范、便于操作的“準用條件”是應(yīng)該深入研究的課題。 1.管網(wǎng)供水能力和取水流量的限定 1.1管網(wǎng)能力的限制條件 為了限制無負壓給水設(shè)備超過管網(wǎng)能力取水而使管網(wǎng)壓力下降，一些城市在“試用”、“準用”或“技術(shù)要求”等文件中，提出了各種限制條件，例如： ●市政管網(wǎng)管徑為300mm時吸水管管徑不大于100mm（管徑限制）。無塔供水設(shè)備是集消防和生活、生產(chǎn)用水的特點，研制生產(chǎn)的具有國外先進水平的新一代產(chǎn)品，采用微型計算機可編程控制技術(shù)，根據(jù)供水管網(wǎng)和水源的多種情況，由微型計算機控制調(diào)節(jié)各種復(fù)雜的工作，實現(xiàn)了智能化供水。 ●直接加壓設(shè)備吸水管流速大于1.5m/S（流速限制）。 ●單套設(shè)備的額定供水量不得大于32 m3/d（裝機容量限制）。 ●供水小區(qū)總建筑面積不得大于20萬㎡（建筑面積限制）。 ●利用管網(wǎng)壓力不得大于0.12MPa（取水管路壓降限制）。二次供水設(shè)備是否按規(guī)定建設(shè)、設(shè)計及建設(shè)的優(yōu)劣直接關(guān)系到二次供水水質(zhì)、水壓和供水安全，與人民群眾正常穩(wěn)定的生活密切相關(guān)。二次供水設(shè)施主要為彌補市政供水管線壓力不足，保證居住、生活在高層人群用水而設(shè)立的。 ●水泵吸入口壓力低于0.2MPa時自動停泵（水泵吸水口壓力限制）。 ●管網(wǎng)壓力應(yīng)大于或等于0.22MPa（管網(wǎng)壓力限制）。 ●使用該設(shè)備(shèbèi)對自來水管網(wǎng)串接處產(chǎn)生的壓降應(yīng)小于0.01～0.02 MPa(管網(wǎng)壓降限制)。 ●市政供水管網(wǎng)口徑應(yīng)大于或等于DN300，樓前供水干管管徑應(yīng)大于DN150（管網(wǎng)管徑限制）。 諸多的限制條件體現(xiàn)了管網(wǎng)方面對直接供水技術(shù)應(yīng)用的謹慎態(tài)度和對直接裝泵抽水的重重顧慮，這是可以理解的。但限制條件的保守、繁復(fù)﹑相互矛盾﹑缺乏依據(jù)或難以計算和預(yù)測時，會使設(shè)計者無法下手設(shè)計；設(shè)備投入使用前用戶無法明確得知該設(shè)備是否會被違規(guī)禁用；或本有條件使用者無法實施，顯然不利于該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。 1.2管網(wǎng)能力的分析 宏觀上看，管網(wǎng)供水能力取決于凈水廠制水能力、送水泵站送水能力、管網(wǎng)配水能力與送水量是否配套，以及管網(wǎng)運行調(diào)度的動態(tài)供水能力是否可滿足用戶最大需求水量的要求。目前，國內(nèi)很多城市出現(xiàn)供水能力充足或過剩的局面。表現(xiàn)為水廠送水壓力過高；管網(wǎng)服務(wù)壓力升高；末端壓力合格率上升；管段實際流速低于管網(wǎng)設(shè)計之最大流速和經(jīng)濟流速等具象上。管網(wǎng)能力的提高是推廣“直接供水”方式的物質(zhì)基礎(chǔ)和前提條件。 具體地談管網(wǎng)能力問題實際上是個體用戶的需求、管網(wǎng)能否滿足的問題。例如：某用戶申請供水，其居住小區(qū)有普通Ⅱ類住宅500戶，依建筑給水設(shè)計規(guī)范設(shè)計之秒流量（最大短時流量）為13L/S（47m³/h），根據(jù)地理位置應(yīng)在某管段上（例如DN300管）開口接出取水管。而該管段是否有能力滿足需要？實際上這是一個管網(wǎng)水力計算的問題。管網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)有環(huán)狀和枝狀類別之分，水力計算方法毋需贅述。管網(wǎng)水力計算題目對于管網(wǎng)經(jīng)常性管理工作較差的供水系統(tǒng)，可能會因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)不足，解題時有些困難。這可以通過測壓、測流、試驗等工作來獲取數(shù)據(jù)，并逐步使管網(wǎng)管理工作科學(xué)、正規(guī)地完善起來。 當水力計算結(jié)果認為該管段取水能夠滿足用戶需求時，則可批準該用戶之取水流量，并依照國家標準如《室外給水設(shè)計規(guī)范》等設(shè)計出經(jīng)濟合理的居住小區(qū)的進水管路圖。 依計算公式 (1)、 (2)可以算出該小區(qū)進水管路的自由出水流量，即管路向開口容器（水池）送水的流量Q=114m³/h。如果在出水管端連接水泵（water pump）抽水，此流量Q就是應(yīng)限制的負壓抽水的臨界點，只要可控制水泵的出水流量小于限制流量Q，則不會出現(xiàn)負壓吸水現(xiàn)象。應(yīng)該指出，水泵直接管網(wǎng)增壓時所增補揚程的高、低對管網(wǎng)的壓力降無任何影響，唯有取水流量是影響管網(wǎng)壓力的因素。例如：500戶低層住宅用水量和經(jīng)過水泵加壓后送至數(shù)十米高層住宅500戶時的用水量是相同的，水泵增壓而不增流量,自然不會因為增壓而影響管網(wǎng)壓力安定。所以，只要可以控制住水泵在任何工況下都不會超過限量抽水，即：只需要將“水泵應(yīng)在管網(wǎng)限定流量下運轉(zhuǎn)不得超量取水”列為管網(wǎng)直接加壓供水設(shè)備的準用條件就可無能力不足之慮了。 1.3無負壓給水設(shè)備 實現(xiàn)“不超量取水”的原理和方法。 負壓給水設(shè)備按工作原理分類可分為兩類。無負壓供水設(shè)備設(shè)備直接連接在市政來水管網(wǎng)上，不需要修儲水池，充分利用了市政來水管網(wǎng)的壓力，設(shè)備具有高效節(jié)能、環(huán)保無二次污染、自動化程度高、易維修等特性，逐步成為現(xiàn)代建筑的理性的供水方式。負壓消除型和無負壓生成型。 1.3.1負壓消除型 進水管從水罐上部注水入罐。罐頂裝有一個注排氣閥，它具有在滿水時關(guān)閉，在罐內(nèi)產(chǎn)生負壓或水位下降時打開閥門補入大氣的作用，所以也被稱為“真空消除器”“真空補償器”等。該類裝置有浮子、浮球等機械式、有靠電接點真空表或水罐水位接點控制電磁閥啟閉的電動式等方式各異，名稱標新的很多品類。在水罐注滿水時此閥閉緊，此時水罐為承壓的密閉容器，可視為管路上增加了一個有突然放大和突然縮小局部阻力損失的異徑管。罐底連接至水泵進水口，并建立了水泵出水口的靜水頭。 設(shè)備運行有如下三種工況： (1)管流靜止狀態(tài)（水泵停轉(zhuǎn)時） Q1 = Q2 = 0 P1 = P0 = P2 (3) 式中 Q1 — 進水管流量(單位:立方米每秒) Q2 — 出水管流量 P1 — 自來水管網(wǎng)壓力 P0 — 進水口壓力（P0≈水罐內(nèi)壓力） P2 — 出水管壓力 (2)管流為連續(xù)（Continuity)流狀態(tài)（水罐滿水時） Q1 = Q2 = 用戶使用流量 P0 = P1 - SQ1² (4) P2 = P0 + △H 式中 S — 進水管路阻力特性系數(shù) △H — 水泵作功揚程 此時管流可視為連續(xù)性非恒定流。水泵依據(jù)用水流量的變化而變速運轉(zhuǎn)，自動改變揚程P2和流量Q2滿足用水需求。進水管流符合不可壓縮流體穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程式特征，故Q1 = Q2；進水口壓力P0可疊加到水泵揚程上利用。所疊壓力是隨流量而變的變量而非定量，更不是管網(wǎng)上的壓力P1。在疊壓節(jié)能計算和設(shè)計選泵時應(yīng)考慮此數(shù)學(xué)關(guān)系。 (3) 管流分離狀態(tài)（水罐接通大氣時） Q1 < Q2 P0 ≈ 0 (5) P2 = △H 當用水流量增大，水泵升速追隨，致使Q2 > Q1，此時由于水罐補水△Q = Q2 - Q1，使罐內(nèi)水位下降，導(dǎo)致管流拉斷，破壞了連續(xù)性流態(tài)而產(chǎn)生負壓。若罐頂上的注氣閥在負壓生成后可及時打開補入大氣，則使水罐變?yōu)榱碎_口容器。這時的進水流量Q1為管網(wǎng)壓力P1和管路阻力特性決定的最大能力流量，是負壓吸水的臨界流量。水泵此時工況為雖無吸程也無疊壓的水池取水方式，出水則是以設(shè)定的恒壓控制線控制水泵轉(zhuǎn)數(shù)的傳統(tǒng)變頻供水方式。形成了出水管流與進水管流不相關(guān)的連續(xù)性流態(tài)，向用戶正常供水。 從上述分析中可以看出：由于設(shè)備在負壓生成后可以消除，所以從管網(wǎng)取水流量不會大于自由流出流量即負壓吸水之臨界流量。如果認為該流量是管網(wǎng)準用的最大流量，則設(shè)備并未超此限量。 然而令管網(wǎng)方有所顧慮的是，進氣閥可靠性難以把握，一旦進氣閥不能打開，而水泵（water pump）出水又出現(xiàn)大流量的工況時豈不是負壓下超量取水嗎？因此，還需要要求進水口有停泵壓力的控制。 1.3.2無負壓生成型 以智能控制的手段使水泵在限定流量(單位:立方米每秒)下運轉(zhuǎn)，使水泵出水量不會大于自由流出流量則根本不會產(chǎn)生負壓，而不是產(chǎn)生后再去消除。該類設(shè)備工作原理可用圖3說明。 以圖1示例管路及數(shù)據(jù)繪制出曲線，可見到當滿足用戶所需最大流量13m/S時，進水口之壓力P0為0.17MPa。將此點作為水泵調(diào)速的流量控制點，控制水泵在運轉(zhuǎn)或事故等任何時候均不會超過控制流量出水，則根本不會產(chǎn)生負壓，而使管路水流保持連續(xù)（Continuity)流態(tài)。 還可以看到，水泵在控制流量下從管網(wǎng)中的最大取水量為43m³/h，而管路自由流入水池時的流量可達到114 m³/h。顯然，前者對管網(wǎng)壓力的影響會更少。 2、不可忽視“瞬變流”對管網(wǎng)的沖擊 對“無負壓給水”這一約定俗成的稱謂尚無規(guī)范和準確的定義。如果以“無負壓”即“無吸程”來解釋，是指水泵或設(shè)備不會在負壓下抽水，即該套設(shè)備不會比管網(wǎng)取水管向水池放水的流量大。因此，管網(wǎng)有能力向小區(qū)供水時就無理由準用“水池”而禁用“無負壓設(shè)備”。孰不知，承擔著向社會提供生活必需的公共產(chǎn)品的責任人——管網(wǎng)一方，最為擔心的是五花八門的設(shè)備與管網(wǎng)直接連接后會對管網(wǎng)安全產(chǎn)生不良影響。例如“瞬變流”對管網(wǎng)的沖擊。 在密閉的壓力輸配液體的長距離管路中，瞬間產(chǎn)生負壓的現(xiàn)象是常見或不可避免的。例如：流量（流速）瞬變，旋渦流中心，十字連接管流量分配突變，T型連接時水射器原理，文丘里管效應(yīng)，虹吸或高差跌落，管網(wǎng)流速圖上流束尖峰等環(huán)境下都會有“負壓”生成，其中因瞬變流產(chǎn)生的拉斷——彌合水錘是危害管網(wǎng)安全的大敵。“水錘”可產(chǎn)生的超常壓力，以及由于負壓、氣囊、氣阻、振蕩、沖刷管壁等現(xiàn)象不僅會影響管網(wǎng)安全運行，而且會產(chǎn)生影響水質(zhì)的“赤水”“混水”出現(xiàn)。所以對于管齡長、無內(nèi)防腐襯里的陳舊管路，還是應(yīng)慎用直接抽水的設(shè)備。對于無負壓類設(shè)備，應(yīng)該要求它具有抑制和消除瞬變流態(tài)的對策。由于對瞬變流沖擊的監(jiān)測，試驗和定量分析是很困難的事情，因此要提出合理的具體的技術(shù)指標和檢測(檢查并測試)方法，還有待深入地研究，但起碼要求準用的設(shè)備工作原理清楚并有理論上的說服力，對于忽視“瞬變流”存在的“無負壓給水設(shè)備”，有理由持保留態(tài)度。 3、涉及飲用水衛(wèi)生安全方面的限制條件 準用的給水設(shè)備(shèbèi)應(yīng)符合國家和地方生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理及涉水產(chǎn)品安全衛(wèi)生的有關(guān)規(guī)定。對于“無負壓給水設(shè)備”還應(yīng)包括，防止倒流污染和防止水泵停機時間過長而產(chǎn)生“死水”污染等要求。關(guān)于是否要求在設(shè)備中增設(shè)消毒設(shè)施或補氯等措施（指針對問題的解決辦法)，應(yīng)視是否存在水體貯留來確定。對于全密閉無蓄水容積的直供水方式，當然可以不必考慮。 ●結(jié)語 直接供水系統(tǒng)是指從水廠→管網(wǎng)→增壓→用戶的連續(xù)流程，構(gòu)建這個系統(tǒng)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而且直接供水方式是對傳統(tǒng)供水體系的變革，不僅有大量的技術(shù)課題需要面對，而且還有涉及法律、行政管理和各方面利益等諸多矛盾需要解決，可喜的是，目前一些城市已經(jīng)開始了對這些課題的研究并取得了成果和經(jīng)驗。 對消除負壓的原理及幾種方法的形式和特點作了論述 2007年10月17日 星期三 13:49 城鎮(zhèn)管網(wǎng)不允許水泵在負壓下抽水,也不允許水泵脈動,流量突變等原因使取水管路中產(chǎn)生負壓。因此,“無負壓”成為了管網(wǎng)準許接泵抽水的首要條件。于是“無負壓”技術(shù)研究也成為了熱門課題。自1998年無負壓給水設(shè)備面市以來, “無負壓”的技術(shù)裝置和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),五花八門的專利申請已近百件。一項看來簡單的應(yīng)用技術(shù),令人有深奧和神秘的感覺。但如果我們不去管那些機關(guān)巧妙、各項專利內(nèi)容以及各自的技術(shù)秘密或訣竅,僅對目前已上市的無負壓給水設(shè)備按照“無負壓”的工作原理來分類,可歸納為如下幾種消除負壓方法: 1、 補入空氣法 1.1原理概述 如果在上端進水(接管網(wǎng))下端出水(接水泵)的密閉水罐的頂部裝上一個或一組吸氣閥,則可在水泵抽水流量(單位:立方米每秒)大于管網(wǎng)進水流量而產(chǎn)生真空時打開吸氣閥吸入大氣,使密閉水罐成為在大氣壓力下的開口容器,因此消除了負壓,使管網(wǎng)流量限定在負壓抽水的臨界流量以下。這種常用的吸排氣閥的技術(shù)和裝置,顯然屬于成熟和有效的技術(shù),因此“補氣法”成為無負壓給水設(shè)備絕大多數(shù)產(chǎn)品采用的消除負壓方法。在我國最早的該類專利申請中,見于1997年的“機械式真空補償器”實際上是一個浮子式吸氣閥,當水位下降時浮子及閥芯下降接通大氣；而稱為“電動式真空補償器”的專利申請就是一個受液位接觸點控制而打開的電磁閥�，F(xiàn)在很多產(chǎn)品也不在遮遮掩掩地作什么“保密”處理,而是公開在罐頂裝上一個“吸排氣閥門”。簡單的原理和普通的構(gòu)造被說清楚后,使得“無負壓給水類設(shè)備”更容易被人理解和接受。 1.2 存在的問題 1.2.1“補氣法”是在真空產(chǎn)生時吸入大氣,自然會有空氣或吸入物污染水質(zhì)的可能。為此,北京市的有關(guān)文件提出“防止局部污染”,“防空氣污染水質(zhì)”的條款,就是針對“補氣法”的這一缺點來說。市場上也出現(xiàn)了稱為“真空全密閉”的產(chǎn)品(Product),針鋒相對地指向了吸氣閥補氣法的產(chǎn)品。 1.2.2 筆者曾撰文對吸排氣閥動作可靠性問題提出疑義﹝見注1文﹞是出自兩個方面的原因,首先是作為機械結(jié)構(gòu)器件的浮子閥或電磁閥必然存在的動作失靈和機械壽命問題。特別是當管網(wǎng)水壓足夠而水泵容量不大時根本沒有缺水負壓產(chǎn)生的條件,面對瞬變流產(chǎn)生的負壓,動作相對遲緩的機械閥門也根本不會動作,因此,出現(xiàn)閥門長年不動,該動時動不了,而形同虛設(shè)的現(xiàn)象。 另外,諾大的水罐截面面積,使罐中水位下降到達控制高度時間較長,在吸氣閥打開前的過渡時段,負壓早已形成并可能導(dǎo)致水體汽化,析出氣泡,聚成氣穴、氣囊,充塞在水罐頂部,恰在管網(wǎng)連接的進水口處,使得進水過程中呈現(xiàn)汽液兩相流的非穩(wěn)定流態(tài)運動的水力因素。此時進氣閥能否打開？能否排氣、補氣都是較難把握的。如若不能順暢的排氣、吸氣則會有管道水阻增大、壓力增高或壓力振蕩不穩(wěn),甚至會造成管道接頭漏水,管壁疲勞而降低使用壽命或發(fā)生爆管事故,這是管網(wǎng)方面最擔心的事情。筆者所知因吸氣閥失靈或打不開的故障（fault）導(dǎo)致水泵、電氣故障時有發(fā)生,甚至有把進水罐都吸癟的惡性故障。 1.2.3負壓消除檢驗標準、實驗方法和檢驗手段過于簡單、含糊。表現(xiàn)為缺少定量的指標，缺少動態(tài)過渡過程(guò chéng)的指標,在產(chǎn)品標準中采用“進水流量小于出水流量時負壓消除器自動打開”的試驗方法,而并不規(guī)定(guī dìng)進水或出水流量的數(shù)值,則是很容易達到要求的低標準。譬如,將進水閥門關(guān)閉,進水量必然小于出水量,吸氣閥是很容易打開的,但這并不能代表正常工況流量時的狀況。 1.2.4儲水罐容積難以選定。筆者曾在文章中提出過“在基本不改變供水現(xiàn)狀和格局的限定條件下擴大直接供水范圍”, “優(yōu)先考慮管網(wǎng)能力和安全的價值取向”，“維持一部分水池、水箱的二次加壓供水方式”等觀點﹝注1﹞,不贊成在管網(wǎng)能力不能滿足最大需水流量時通過儲水罐來“貯水調(diào)峰”,即:管網(wǎng)進水流量會小于用戶用水量時則不準使用“無負壓”設(shè)備。于是,進水罐只是為了消除負壓動作過程中緩沖水量的需要就可以很小了。當然為了擴大無負壓產(chǎn)品使用范圍,討好用戶,增加賣點,可以增大蓄水罐容積并命名為“穩(wěn)流補償器”,甚至可以把它作成100m3之大。切不說如此龐然大物加工、安裝、打壓、試水都存在工藝上的很多問題,只問購買如此巨大的一個壓力容器要價值幾何?再說,一旦蓄水量需要達到100 m3用來補償進水量和用水量之差時,所謂的真空抑制器或是“吸氣閥”就處在長時間打開的接通大氣的狀態(tài)下,密閉的水罐就是一個開口水池。既無管網(wǎng)余裕壓力可疊加利用,也需要考慮蓄水時間若過長的水質(zhì)變壞問題。如此分析,還是老老實實用“水池”的好。還有,水罐容積的計算也是有問題的,如公式為:V容積=(Q出-Q進)△t Q進---用水高峰期的自來水進水量(m3/h) Q出---用水高峰期的顧客用水量(m3/h) △ t---用水高峰的持續(xù)時間 此式中,除Q出一項是設(shè)計師可依據(jù)規(guī)范計算出的數(shù)據(jù)以外,而自來水的進水量 Q進和高峰持續(xù)時間△t,幾乎是設(shè)計師無法得到可靠的數(shù)據(jù)的,也很難有相對準確的估計，因為影響管網(wǎng)出水量的不確定因素實在是太多了。 基于“貯水調(diào)峰”的設(shè)計思想又有了“水箱式無負壓給水設(shè)備(shèbèi)”的出現(xiàn),有的是用切換進水端,從水箱或是管網(wǎng)進水,有的則是從水箱和管網(wǎng)各自取水的兩套設(shè)備切換運行。這種方式,幾乎喪失了“管網(wǎng)直接給水”的全部優(yōu)點。水池仍需要消毒、清洗,而且為避免水箱死水,不管管網(wǎng)壓力能否保證直供水,水池每天都需要清空一次,憑添了許多麻煩。至于可以疊壓節(jié)能的優(yōu)點,要通過投資回收率或投資效益比的評價,算計一下經(jīng)濟上是否值得投資“水箱式無負壓”。 1.3“吸氣感染”的對策 真空下吸入空氣,而且吸氣口就是排水口,也有吸入小蟲等污物之嫌，由此產(chǎn)生了對“補氣法”的非議和拒絕。于是就有了如下幾種對策。 1.3.1加“過濾器”。在進氣口加裝空氣過濾芯等裝置,防止顆粒物進入水罐,當然是防治污染的有效辦法。但不知過濾器的阻力損失是多少時,很難確信它能通暢地進氣或排氣。 1.3.2橡膠囊或隔膜式罐體。由此形成氣水分離,水體不會接觸空氣而稱之為全密閉形式,消除負壓的機理仍是靠囊外吸入大氣壓力,使在負壓下吸凹的膠囊膨脹。對于這種方式有“膠囊壽命”,“橡膠老化后是否有析出物”等材質(zhì)問題的疑問；有運行中水中氣體在囊中或隔膜下無法排出,只有經(jīng)過水泵排出,因而會造成水泵氣蝕而影響水泵的使用壽命的問題,還有人認為膠囊和隔膜在向外受壓的受力狀況下可正常動作,而負壓吸力下則難以保證動作可靠。以及“存在吸癟膠囊的吸力,導(dǎo)致未充分利用儲水就停機”（注2）等等指責。 1.3.3分倉式罐體。罐體被制造成兩個倉體,分為水倉和氣倉,罐體在全密閉狀態(tài)下運行,當水倉中產(chǎn)生負壓時吸氣閥打開,從氣倉補入氣體,做到了不與外界空氣接通,由于廠家的技術(shù)保密,筆者對其性能不夠了解,只是見到“氣倉氣體是否存有害物質(zhì)”、“罐體內(nèi)氣體積存造成水倉逐漸減小”、“氣體若進入水泵從而影響水泵性能,并且對水泵流道及葉輪造成一定損害”等不同見解。（注3） 1.4小結(jié) 吸(排)氣閥是輸配水管道的常用設(shè)備,給排水設(shè)計手冊中寫到,“在管道隆起點和平直段的必要位置（position )上,應(yīng)裝設(shè)排(進)氣閥,以便及時排除管內(nèi)空氣,不使發(fā)生氣阻,以及在放空管道或發(fā)生水錘時引入空氣,防止管道產(chǎn)生負壓”。（注4）吸氣閥方式是具有理論依據(jù)和實踐證明(zhèng míng)的成熟的簡單的技術(shù)。就是這樣簡單明瞭的工作原理和罐上裝個吸氣閥就可行的簡單裝置竟會演變出穩(wěn)流補償器、真空抑制器、負壓消除器、予壓平衡器、管網(wǎng)鎮(zhèn)流器、管網(wǎng)保護神等中國乃至世界的新產(chǎn)品。使得“無負壓概念滿天飛,發(fā)明人叫苦不迭”,“利用人們不懂混淆(to blur)視聽,玷污了無負壓這個概念”（注5）。---有人如是說。 2.預(yù)加壓力法 在一個上進水下出水的橡膠隔膜壓力罐的氣室中預(yù)加一定的壓力,用空氣壓縮機或氮氣瓶等施壓均可實現(xiàn)。保持自來水的進水口有一定的壓力,就限制了取水量,并不會使管道產(chǎn)生負壓,這項技術(shù)60年代就有用于密閉液體容器上,最近被個別廠家采用于無負壓給水設(shè)備,顯然是可行的技術(shù)。但它的隔膜式罐必然有1.3.2節(jié)所述的各種缺點。 3.緩沖罐補流法 當管網(wǎng)能力充裕,而用戶水泵很小之時,根本就沒有缺水性負壓的生成條件,即不會產(chǎn)生出水流量大于進水流量的斷流現(xiàn)象。此時水泵可串聯(lián)到管網(wǎng)上直接抽水,但是瞬變流產(chǎn)生的負壓還是會影響管網(wǎng)安全（注1）,在水泵起動,停泵,振蕩,失控,出水管斷裂等很多情況下都會產(chǎn)生瞬變流負壓。為避免此現(xiàn)象造成管網(wǎng)脈動,可以在水泵進水管上并聯(lián)一個空氣罐,罐中積蓄著管網(wǎng)壓力和罐中水位高度的勢能,當水泵吸口因瞬變流態(tài)突然產(chǎn)生水柱分離的時段初,空氣罐向水泵口補給流量。由于空氣罐的補給作用管中負壓被控制在水體氣化壓力以上,從而消除了負壓,破壞了水柱分離及再彌合的產(chǎn)生條件,使水流脈動或水錘壓力上升得到控制,對管道運行的安全性及穩(wěn)定性具有重要的作用。 有的設(shè)備,水泵不使用變頻器調(diào)速而是直接起動和停止的定速運轉(zhuǎn)的2-3臺小泵進行臺數(shù)切換控制來調(diào)節(jié)流量，每臺泵旁邊立一個小型空氣罐用于緩沖流量瞬變，這樣的設(shè)備在日本國多見。 4、智能(intelligence)控制法 在認知了管路負壓生成機理的基礎(chǔ)上,使用先進的智能(intelligence)化控制設(shè)備和技術(shù)，自動控制水泵工況和水體流態(tài)，從根本上消除負壓生成條件，則不會產(chǎn)生負壓而不是產(chǎn)生之后再去消除。-----這種全新設(shè)計理念的產(chǎn)品一經(jīng)推出，就引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注。因為從理論上講，有三點可以說明它是先進的。其一，產(chǎn)生負壓再去消除的動態(tài)過程仍然是流量突變的振蕩過程，造成用水安全性和快適性的不良，而根本不會產(chǎn)生負壓則用水穩(wěn)定性必然良好。其二，由電子器件構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有高可靠性和半永久性壽命期，并有動作精確，響應(yīng)速度快等優(yōu)點。這是任何消除負壓的機械裝置所不能匹敵的，因此對管網(wǎng)有更可靠、更敏捷的保護作用。其三，不需要吸氣排水的過程，不需要貯水水罐，水泵可直接管網(wǎng)，因此是真正的全密閉。 自動控制的概念，可以廣義的理解時，則很簡單的位式控制也被稱為自動控制。例如，在進水罐上裝一塊電接點壓力表，當壓力低于某定值，（例如，北京規(guī)定為0.2MPa時停泵）斷電停泵�；蛟诠奚涎b一只電接點真空表，發(fā)生真空度為某值時進行吸氣閥控制等。為了和這樣的簡單控制相區(qū)別。本文中使用了“智能控制法”的提法。為了根本不產(chǎn)生負壓和完成加壓送水滿足用戶需水要求，該智能控制應(yīng)是由如下功能模塊構(gòu)成的自控系統(tǒng)： 4．1壓力或流量約束條件控制。 4．1．1在取水管端口監(jiān)測管網(wǎng)壓力值，當它低于規(guī)定下限值（例如0.2MPa）時，發(fā)出控制指令，停止水泵運轉(zhuǎn)。當管網(wǎng)能力冗余，管網(wǎng)壓力很高（例如此京市管網(wǎng)壓力可達0.5MPa以上）時，除非管網(wǎng)事故，很難因取水超量而產(chǎn)生低于下限的壓力。很高的管網(wǎng)壓力也可以抑制水泵脈動對管網(wǎng)的沖擊。因此“壓力下限控制”在此樣管網(wǎng)條件下是簡單易行的方法。由于瞬變流負壓有可能產(chǎn)生瞬間壓力突降，這可以使用大阻尼裝置或設(shè)定長阻尼時間，把瞬變流態(tài)造成的壓力波動濾去，權(quán)當并未發(fā)生此事件。否則有可能造成突然停泵、多次停泵等影響正常用水的問題出現(xiàn)。 如果在壓力下限停泵之前有一個緩沖的空間，例如，當壓力0.22Mpa時約束水泵不再升速，使水泵在管網(wǎng)特性曲線的作用下自然地改變工況。管網(wǎng)常常會自然恢復(fù)壓力。從而減少了突然停泵次數(shù)，這對于管網(wǎng)壓力相對較低，壓力值在約束條件的臨界點附近飄移時會有很好的效果。 4.1.2流量約束的控制方法適用于管網(wǎng)壓力較低，管網(wǎng)能力較弱的條件下。有的城市管網(wǎng)干管末端壓力僅有0.12Mpa～0.15Mpa的較低壓力,例如德州市的管網(wǎng)。但通過水廠控制系統(tǒng)可以恰適的調(diào)度，保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。若用較苛刻的壓力約束條件，幾乎無法推廣使用無負壓供水設(shè)備。而流量約束控制用以限定用戶的取水流量，只要用戶不超此允許的流量用水，則可不管管網(wǎng)在取水口處的壓力是多少，只要不是負壓哪怕只剩1m或2m水頭也無妨。這就大大擴展了無負壓供水方式的應(yīng)用范圍(fàn wéi)。流量限定條件的原理，計算方法等問題在（注1）及（注6）文中已有論述。 流量的監(jiān)測可以使用流量計。但流量儀表價格昂貴，維護麻煩，一般只會在管網(wǎng)直接加壓的大流量供水的末端加壓站上使用。一般小區(qū)、樓宇用的無負壓供水設(shè)備可用壓力儀表檢測壓力，通過壓力和流量的關(guān)系式作成數(shù)學(xué)模型，將壓力演算為流量進行控制，這在微機控制系統(tǒng)中是不難實現(xiàn)的，但模型需要的數(shù)據(jù)往往設(shè)計時提不出來或計算不準確,所以需要現(xiàn)場運行實測，這樣就加大了現(xiàn)場工事的工作量和時間，增加了工程造價。因此，大多用估算的數(shù)據(jù)，并不追求模型的精度。所以管網(wǎng)準用流量指標下達時應(yīng)留有余地。 4．2瞬變流負壓的抑制 抑制瞬變流即避免流量的突變，有水泵的軟啟動，軟停止，臺數(shù)增減時的平滑處理，流量（壓力）超調(diào)的限制，調(diào)節(jié)振蕩的防止，控制系統(tǒng)故障產(chǎn)生失控的處理等方法�？刂频哪康�，是保持非恒定流的連續(xù)性流態(tài)，即使得進水流量的和出水流量相等，不產(chǎn)生出水瞬間流量大于進水而拉斷水柱的現(xiàn)象。為了更加保險，可以在進水管路和泵吸水口之間安裝壓力緩沖罐沖防止控制系統(tǒng)失靈或滯后出現(xiàn)瞬變流沖擊管網(wǎng)。 4．3、出水的恒壓控制 水泵在疊加管網(wǎng)壓力下運行，有很多新的問題（注7）出現(xiàn)。其中，出口壓力受用水流量變化和管網(wǎng)壓力變動的雙向擾動，以及疊壓后水泵流量范圍變大，特性曲線變化等問題都使得出水恒壓控制變的困難。傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)及出口壓力恒定方式很難有良好的控制特性和節(jié)電的效益，采用現(xiàn)代控制理論和方法組成結(jié)構(gòu)簡單，控制穩(wěn)定，適應(yīng)性好的控制系統(tǒng)是大有文章可作的。 4．4多樣化的控制功能 無負壓給水設(shè)備的控制功能除“抑制負壓產(chǎn)生”和“出水恒壓控制”的基本功能之外，還應(yīng)具有非常多實用性強的附加功能，如停水停機后來水時自動啟動，停電后復(fù)電再啟動，水泵故障時備用泵自動投入，工作泵和備用泵定時切換以免水泵停機死水時間過長等人性化的事故自處理和自啟動的功能。還有電氣開關(guān)無火花，儀表斷線或失效保護、水泵失速限制等安全保護性功能以及節(jié)電最大化、水泵低頻運轉(zhuǎn)控制等軟件實現(xiàn)的優(yōu)化控制功能。多樣化的控制功能推動了無負壓供水設(shè)備向無人值守、免維護、長壽命、低噪聲、節(jié)電最大化、安全供水無事故、安定用水很舒適的高端產(chǎn)品發(fā)展。 結(jié)語：無負壓供水設(shè)備作為一項新技術(shù)產(chǎn)品，技術(shù)優(yōu)點顯著，社會需求熱烈，市場前景廣闊，因而生產(chǎn)廠家如雨后春筍，市場產(chǎn)品五花八門，魚龍混雜。由于沒有權(quán)威性標準，沒有權(quán)威的標準制定者，從學(xué)術(shù)上看，關(guān)于無負壓供水設(shè)備的技術(shù)介紹和論述，大多來自生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品樣本，缺少有份量的學(xué)術(shù)性論述，未見過有價值的實驗報告和研制報告，在這樣的氛圍下即使制定出行業(yè)標準也只能是低水平的，低指標的，無法滿足市場需求，無法判別產(chǎn)品品質(zhì)（Character)的真正優(yōu)劣，不能指導(dǎo)用戶明明白白的消費 （見注8文），這必然會影響(influence)市場的健康發(fā)展。 |
