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摘要：在二次加壓供水中采用無吸程變頻恒壓供水設備，既能利用自來水管道的原有壓力，又能利用足夠的儲存水量緩解高峰用水，且不會對自來水管道產生吸力。

二次加壓供水設備廣泛應用在自來水管網壓力不足的場合。按水泵(離心式水泵，下同)與管道連接方式的不同，供水方式可分為2種：①水箱—水泵加壓供水；②管道泵加壓供水。

供水方式①由于水箱能有效地進行水量的吞吐，即在非用水高峰時儲存水量(此時自來水管道所能提供的流量Q自大于用戶所需要的水量Q用，即Q自＞Q用)，而在用水高峰(Q自＜Q用)時釋放所儲存的水量，因此能有效地保障用戶用水的可靠性，同時由于自來水管是通過水箱與水泵相接的，故水泵始終不會對自來水管網產生負壓，但自來水管網中的原有壓力無法被水泵利用，勢必造成能量的浪費；供水方式②雖然在Q自＞Q用時能利用管網原有的壓力，但因沒有蓄水裝置而不能滿足高峰期用水量，故無法確保用戶用水的可靠性，并且在用水高峰時對自來水管網產生吸力(這是由水泵本身的性質所決定的)，因而無法被廣泛應用。新研制的無吸程變頻恒壓供水設備(以下簡稱無吸程設備)見圖1。

無吸程設備既能利用自來水管網的原有壓力，又能動用足夠的儲存水量滿足高峰期用水，且不會對自來水管網產生吸力。

1工作過程

①當Q自＞Q用時

此時水箱蓄水，至設計水位則浮球閥關閉(真空壓力表的讀數為正)。在自來水壓力的作用下止回閥關閉，由此便構成了管道泵供水狀態，此時水泵能有效地借用自來水管道原有的壓力。

②當Q自＜Q用時

因水泵的進水口直接與自來水管道相連接，若止回閥未打開，則水泵的進水口處便會產生負壓。由于止回閥的底部壓力小而上部壓力大，故止回閥打開時水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此時O點的壓力為：

PO=ρg(H-Hr)

式中H——水箱水面到止回閥上部的高度

Hr——止回閥在額定流量下的局部阻力水頭

ρ——水的體積質量

g——重力加速度

由于止回閥的正向阻力水頭一般小于5kPa，因此只要Hmin(水箱水面到止回閥上部的最低高度，這可以在設計時得以保證)＞5kPa就能使O點的最小壓力始終為正值，也就保證了自來水管道在水泵對接處始終不會出現負壓。

③當Q自＝Q用時

此為暫時的平衡點，它保持著系統的原有狀態。

2節能

設水泵吸水口的自來水管網壓力為P自，水泵的出口設計壓力為P設，則水泵的出口實際壓力將降低至P實=P設-P自(不計因水泵阻力等造成的壓頭損失)，但自來水管網壓力在一日之內變幅較大，當用戶為24h用水時，通常按最小自來水管網壓力P自min考慮，故一般水泵額定壓力按Pe=P設-P自min選用。此時，水泵額定壓力與實際壓力之差為Pe-P實=P自-P自min≥0，因此當水泵按工頻(50Hz)運行時，將造成能量的浪費。

若采用變頻器帶動水泵，水泵的實際工作轉速是以水泵出口的壓力值為主參數，即實際出口的壓力值始終恒定在P設上而不會造成壓力水頭的損失。其工作過程是：

首先微機檢測壓力傳感器的實際壓力值，若P實＜P設則微機控制變頻器帶動水泵增速運行，于是P變泵升高，直到P自+P變泵=P設為止(P變泵為水流經過由變頻器帶動的水泵時壓力的提升值)。P設-P自的差值越大，變頻器帶動水泵的轉速就越高；反之，P設-P自的差值越小，變頻器帶動水泵的轉速就越低。當P設-P自=0(也即自來水管網的壓力達到需要的設定值)時水泵自動停機。由此可見，采用變頻器來帶動工作在管道泵供水狀態下的水泵，能充分利用自來水管道的壓力，使水泵以最合適的轉速運轉，對用戶不產生多余的水頭損失，達到了顯著節能的目的。

3應用實例

青島交運集團大廈需要水泵出口的設定壓力為P設=0.62MPa，自來水管網的壓力為0.52～0.57MPa。原選用普通的水箱—水泵式變頻恒壓供水設備時用電約為1.24×104(kW·h)/月，后改用無吸程變頻恒壓供水設備，預測改造后自來水管網的壓力取其平均值0.55MPa，假設水泵給管道加壓的數值為0.07MPa(未考慮利用自來水管網壓力水泵效率系數)，每天非用水高峰期的時間為23h，用水高峰期的時間為1h，此時水泵的實際電耗為：

①非用水高峰期

由于一天中用水非高峰期的時間占全天的23/24，而水泵的工作壓力與所消耗的功率成正比，故水泵實際消耗的電量為12400×(1-1/24)×11.3%=1343(kW·h)/月；

②用水高峰期

用水高峰期的時間占全天的1/24，故水泵實際消耗的電量為12400/24=516(kW·h)/月，所以水泵總計電耗為1343+516=1859(kW·h)/月。

改造后實測電耗結果為1960(kW·h)/月左右，與測算結果基本吻合(誤差源于水流經水泵時的壓力等損失和用戶用水及管網壓力的隨機性)。

4結論

①無吸程供水設備包含兩種工作狀態：a管道泵供水狀態；b水箱—水泵供水狀態。無論處于哪種狀態，該設備對自來水管道對接處的壓力始終不會產生負值(即無吸程)。

②這兩種工作狀態的轉換是由自來水管道所能提供的水量Q自與用戶所需要的水量Q用的相對關系確定的。當Q自＞Q用時供水設備處于管道泵供水狀態；當Q自≤Q用時供水設備處于水箱—水泵供水狀態，整個過程的轉換是自動完成的。

③在管道泵供水狀態下，用變頻器帶動的水泵能適時根據自來水管道壓力的變化以最佳轉速工作，達到了顯著節能的效果。