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●前言 無(wú)負(fù)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(shí)，個(gè)體的超量取水會(huì)使管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)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(lái)管網(wǎng)運(yùn)行安全和水質(zhì)安全的隱患。 無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備正式投向市場(chǎng)已有七、八年的時(shí)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(diǎn)，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(chǎng)的歡迎，進(jìn)而推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展�？梢哉J(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)已發(fā)展到了具有理論上的說(shuō)服力和實(shí)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(wú)負(fù)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(zhǔn)用條件是該項(xiàng)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(zhǔn)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(wú)負(fù)壓給水設(shè)備超過(guò)管網(wǎng)能力取水而使管網(wǎng)壓力下降，一些城市在“試用”、“準(zhǔn)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(shí)吸水管管徑不大于100mm（管徑限制）。無(wú)塔供水設(shè)備是集消防和生活、生產(chǎn)用水的特點(diǎn)，研制生產(chǎn)的具有國(guó)外先進(jìn)水平的新一代產(chǎn)品，采用微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)各種復(fù)雜的工作，實(shí)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(jī)容量限制）。 ●供水小區(qū)總建筑面積不得大于20萬(wàn)㎡（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(jì)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(bǔ)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(shí)自動(dòng)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(duì)自來(lái)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(duì)直接供水技術(shù)應(yīng)用的謹(jǐn)慎態(tài)度和對(duì)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(jì)算和預(yù)測(cè)時(shí)，會(huì)使設(shè)計(jì)者無(wú)法下手設(shè)計(jì)；設(shè)備投入使用前用戶無(wú)法明確得知該設(shè)備是否會(huì)被違規(guī)禁用；或本有條件使用者無(wú)法實(shí)施，顯然不利于該項(xiàng)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(yùn)行調(diào)度的動(dòng)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(guó)內(nèi)很多城市出現(xiàn)供水能力充足或過(guò)剩的局面。表現(xiàn)為水廠送水壓力過(guò)高；管網(wǎng)服務(wù)壓力升高；末端壓力合格率上升；管段實(shí)際流速低于管網(wǎng)設(shè)計(jì)之最大流速和經(jīng)濟(jì)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(wèn)題實(shí)際上是個(gè)體用戶的需求、管網(wǎng)能否滿足的問(wèn)題。例如：某用戶申請(qǐng)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(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)之秒流量（最大短時(shí)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(kāi)口接出取水管。而該管段是否有能力滿足需要？實(shí)際上這是一個(gè)管網(wǎng)水力計(jì)算的問(wèn)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(jì)算方法毋需贅述。管網(wǎng)水力計(jì)算題目對(duì)于管網(wǎng)經(jīng)常性管理工作較差的供水系統(tǒng)，可能會(huì)因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)不足，解題時(shí)有些困難。這可以通過(guò)測(cè)壓、測(cè)流、試驗(yàn)等工作來(lái)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(lái)。 當(dāng)水力計(jì)算結(jié)果認(rèn)為該管段取水能夠滿足用戶需求時(shí)，則可批準(zhǔn)該用戶之取水流量，并依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》等設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的居住小區(qū)的進(jìn)水管路圖。 依計(jì)算公式 (1)、 (2)可以算出該小區(qū)進(jìn)水管路的自由出水流量，即管路向開(kāi)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(fù)壓抽水的臨界點(diǎn)，只要可控制水泵的出水流量小于限制流量Q，則不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓吸水現(xiàn)象。應(yīng)該指出，水泵直接管網(wǎng)增壓時(shí)所增補(bǔ)揚(yáng)程的高、低對(duì)管網(wǎng)的壓力降無(wú)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(guò)水泵加壓后送至數(shù)十米高層住宅500戶時(shí)的用水量是相同的，水泵增壓而不增流量,自然不會(huì)因?yàn)樵鰤憾绊懝芫W(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(huì)超過(guò)限量抽水，即：只需要將“水泵應(yīng)在管網(wǎng)限定流量下運(yùn)轉(zhuǎn)不得超量取水”列為管網(wǎng)直接加壓供水設(shè)備的準(zhǔn)用條件就可無(wú)能力不足之慮了。 1.3無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備 實(shí)現(xiàn)“不超量取水”的原理和方法。 負(fù)壓給水設(shè)備按工作原理分類可分為兩類。無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備設(shè)備直接連接在市政來(lái)水管網(wǎng)上，不需要修儲(chǔ)水池，充分利用了市政來(lái)水管網(wǎng)的壓力，設(shè)備具有高效節(jié)能、環(huán)保無(wú)二次污染、自動(dòng)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(fù)壓消除型和無(wú)負(fù)壓生成型。 1.3.1負(fù)壓消除型 進(jìn)水管從水罐上部注水入罐。罐頂裝有一個(gè)注排氣閥，它具有在滿水時(shí)關(guān)閉，在罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓或水位下降時(shí)打開(kāi)閥門補(bǔ)入大氣的作用，所以也被稱為“真空消除器”“真空補(bǔ)償器”等。該類裝置有浮子、浮球等機(jī)械式、有靠電接點(diǎn)真空表或水罐水位接點(diǎn)控制電磁閥啟閉的電動(dòng)式等方式各異，名稱標(biāo)新的很多品類。在水罐注滿水時(shí)此閥閉緊，此時(shí)水罐為承壓的密閉容器，可視為管路上增加了一個(gè)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(jìn)水口，并建立了水泵出水口的靜水頭。 設(shè)備運(yùn)行有如下三種工況： (1)管流靜止?fàn)顟B(tài)（水泵停轉(zhuǎn)時(shí)） Q1 = Q2 = 0 P1 = P0 = P2 (3) 式中 Q1 — 進(jìn)水管流量(單位:立方米每秒) Q2 — 出水管流量 P1 — 自來(lái)水管網(wǎng)壓力 P0 — 進(jìn)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(shí)） Q1 = Q2 = 用戶使用流量 P0 = P1 - SQ1² (4) P2 = P0 + △H 式中 S — 進(jìn)水管路阻力特性系數(shù) △H — 水泵作功揚(yáng)程 此時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)改變揚(yáng)程P2和流量Q2滿足用水需求。進(jìn)水管流符合不可壓縮流體穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程式特征，故Q1 = Q2；進(jìn)水口壓力P0可疊加到水泵揚(yáng)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(jì)算和設(shè)計(jì)選泵時(shí)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(shí)） Q1 < Q2 P0 ≈ 0 (5) P2 = △H 當(dāng)用水流量增大，水泵升速追隨，致使Q2 > Q1，此時(shí)由于水罐補(bǔ)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(fù)壓。若罐頂上的注氣閥在負(fù)壓生成后可及時(shí)打開(kāi)補(bǔ)入大氣，則使水罐變?yōu)榱碎_(kāi)口容器。這時(shí)的進(jìn)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(fù)壓吸水的臨界流量。水泵此時(shí)工況為雖無(wú)吸程也無(wú)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(jìn)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(fù)壓生成后可以消除，所以從管網(wǎng)取水流量不會(huì)大于自由流出流量即負(fù)壓吸水之臨界流量。如果認(rèn)為該流量是管網(wǎng)準(zhǔn)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(jìn)氣閥可靠性難以把握，一旦進(jìn)氣閥不能打開(kāi)，而水泵（water pump）出水又出現(xiàn)大流量的工況時(shí)豈不是負(fù)壓下超量取水嗎？因此，還需要要求進(jìn)水口有停泵壓力的控制。 1.3.2無(wú)負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)，使水泵出水量不會(huì)大于自由流出流量則根本不會(huì)產(chǎn)生負(fù)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(shuō)明。 以圖1示例管路及數(shù)據(jù)繪制出曲線，可見(jiàn)到當(dāng)滿足用戶所需最大流量13m/S時(shí)，進(jìn)水口之壓力P0為0.17MPa。將此點(diǎn)作為水泵調(diào)速的流量控制點(diǎn)，控制水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)或事故等任何時(shí)候均不會(huì)超過(guò)控制流量出水，則根本不會(huì)產(chǎn)生負(fù)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(shí)的流量可達(dá)到114 m³/h。顯然，前者對(duì)管網(wǎng)壓力的影響會(huì)更少。 2、不可忽視“瞬變流”對(duì)管網(wǎng)的沖擊 對(duì)“無(wú)負(fù)壓給水”這一約定俗成的稱謂尚無(wú)規(guī)范和準(zhǔn)確的定義。如果以“無(wú)負(fù)壓”即“無(wú)吸程”來(lái)解釋，是指水泵或設(shè)備不會(huì)在負(fù)壓下抽水，即該套設(shè)備不會(huì)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(shí)就無(wú)理由準(zhǔn)用“水池”而禁用“無(wú)負(fù)壓設(shè)備”。孰不知，承擔(dān)著向社會(huì)提供生活必需的公共產(chǎn)品的責(zé)任人——管網(wǎng)一方，最為擔(dān)心的是五花八門的設(shè)備與管網(wǎng)直接連接后會(huì)對(duì)管網(wǎng)安全產(chǎn)生不良影響。例如“瞬變流”對(duì)管網(wǎng)的沖擊。 在密閉的壓力輸配液體的長(zhǎng)距離管路中，瞬間產(chǎn)生負(fù)壓的現(xiàn)象是常見(jiàn)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(shí)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(huì)有“負(fù)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�！八N”可產(chǎn)生的超常壓力，以及由于負(fù)壓、氣囊、氣阻、振蕩、沖刷管壁等現(xiàn)象不僅會(huì)影響管網(wǎng)安全運(yùn)行，而且會(huì)產(chǎn)生影響水質(zhì)的“赤水”“混水”出現(xiàn)。所以對(duì)于管齡長(zhǎng)、無(wú)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(duì)于無(wú)負(fù)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(duì)策。由于對(duì)瞬變流沖擊的監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)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(biāo)和檢測(cè)(檢查并測(cè)試)方法，還有待深入地研究，但起碼要求準(zhǔn)用的設(shè)備工作原理清楚并有理論上的說(shuō)服力，對(duì)于忽視“瞬變流”存在的“無(wú)負(fù)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(zhǔn)用的給水設(shè)備(shèbèi)應(yīng)符合國(guó)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(duì)于“無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備”還應(yīng)包括，防止倒流污染和防止水泵停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(bǔ)氯等措施（指針對(duì)問(wèn)題的解決辦法)，應(yīng)視是否存在水體貯留來(lái)確定。對(duì)于全密閉無(wú)蓄水容積的直供水方式，當(dāng)然可以不必考慮。 ●結(jié)語(yǔ) 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(gè)系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而且直接供水方式是對(duì)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(duì)，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(kāi)始了對(duì)這些課題的研究并取得了成果和經(jīng)驗(yàn)。 對(duì)消除負(fù)壓的原理及幾種方法的形式和特點(diǎn)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(fù)壓下抽水,也不允許水泵脈動(dòng),流量突變等原因使取水管路中產(chǎn)生負(fù)壓。因此,“無(wú)負(fù)壓”成為了管網(wǎng)準(zhǔn)許接泵抽水的首要條件。于是“無(wú)負(fù)壓”技術(shù)研究也成為了熱門課題。自1998年無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備面市以來(lái), “無(wú)負(fù)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(qǐng)已近百件。一項(xiàng)看來(lái)簡(jiǎn)單的應(yīng)用技術(shù),令人有深?yuàn)W和神秘的感覺(jué)。但如果我們不去管那些機(jī)關(guān)巧妙、各項(xiàng)專利內(nèi)容以及各自的技術(shù)秘密或訣竅,僅對(duì)目前已上市的無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備按照“無(wú)負(fù)壓”的工作原理來(lái)分類,可歸納為如下幾種消除負(fù)壓方法: 1、 補(bǔ)入空氣法 1.1原理概述 如果在上端進(jìn)水(接管網(wǎng))下端出水(接水泵)的密閉水罐的頂部裝上一個(gè)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(jìn)水流量而產(chǎn)生真空時(shí)打開(kāi)吸氣閥吸入大氣,使密閉水罐成為在大氣壓力下的開(kāi)口容器,因此消除了負(fù)壓,使管網(wǎng)流量限定在負(fù)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(bǔ)氣法”成為無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備絕大多數(shù)產(chǎn)品采用的消除負(fù)壓方法。在我國(guó)最早的該類專利申請(qǐng)中,見(jiàn)于1997年的“機(jī)械式真空補(bǔ)償器”實(shí)際上是一個(gè)浮子式吸氣閥,當(dāng)水位下降時(shí)浮子及閥芯下降接通大氣；而稱為“電動(dòng)式真空補(bǔ)償器”的專利申請(qǐng)就是一個(gè)受液位接觸點(diǎn)控制而打開(kāi)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(kāi)在罐頂裝上一個(gè)“吸排氣閥門”。簡(jiǎn)單的原理和普通的構(gòu)造被說(shuō)清楚后,使得“無(wú)負(fù)壓給水類設(shè)備”更容易被人理解和接受。 1.2 存在的問(wèn)題 1.2.1“補(bǔ)氣法”是在真空產(chǎn)生時(shí)吸入大氣,自然會(huì)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(duì)“補(bǔ)氣法”的這一缺點(diǎn)來(lái)說(shuō)。市場(chǎng)上也出現(xiàn)了稱為“真空全密閉”的產(chǎn)品(Product),針?shù)h相對(duì)地指向了吸氣閥補(bǔ)氣法的產(chǎn)品。 1.2.2 筆者曾撰文對(duì)吸排氣閥動(dòng)作可靠性問(wèn)題提出疑義﹝見(jiàn)注1文﹞是出自兩個(gè)方面的原因,首先是作為機(jī)械結(jié)構(gòu)器件的浮子閥或電磁閥必然存在的動(dòng)作失靈和機(jī)械壽命問(wèn)題。特別是當(dāng)管網(wǎng)水壓足夠而水泵容量不大時(shí)根本沒(méi)有缺水負(fù)壓產(chǎn)生的條件,面對(duì)瞬變流產(chǎn)生的負(fù)壓,動(dòng)作相對(duì)遲緩的機(jī)械閥門也根本不會(huì)動(dòng)作,因此,出現(xiàn)閥門長(zhǎng)年不動(dòng),該動(dòng)時(shí)動(dòng)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(dá)控制高度時(shí)間較長(zhǎng),在吸氣閥打開(kāi)前的過(guò)渡時(shí)段,負(fù)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(jìn)水口處,使得進(jìn)水過(guò)程中呈現(xiàn)汽液兩相流的非穩(wěn)定流態(tài)運(yùn)動(dòng)的水力因素。此時(shí)進(jìn)氣閥能否打開(kāi)？能否排氣、補(bǔ)氣都是較難把握的。如若不能順暢的排氣、吸氣則會(huì)有管道水阻增大、壓力增高或壓力振蕩不穩(wěn),甚至?xí)斐晒艿澜宇^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(dān)心的事情。筆者所知因吸氣閥失靈或打不開(kāi)的故障（fault）導(dǎo)致水泵、電氣故障時(shí)有發(fā)生,甚至有把進(jìn)水罐都吸癟的惡性故障。 1.2.3負(fù)壓消除檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)方法和檢驗(yàn)手段過(guò)于簡(jiǎn)單、含糊。表現(xiàn)為缺少定量的指標(biāo)，缺少動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程(guò chéng)的指標(biāo),在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中采用“進(jìn)水流量小于出水流量時(shí)負(fù)壓消除器自動(dòng)打開(kāi)”的試驗(yàn)方法,而并不規(guī)定(guī dìng)進(jìn)水或出水流量的數(shù)值,則是很容易達(dá)到要求的低標(biāo)準(zhǔn)。譬如,將進(jìn)水閥門關(guān)閉,進(jìn)水量必然小于出水量,吸氣閥是很容易打開(kāi)的,但這并不能代表正常工況流量時(shí)的狀況。 1.2.4儲(chǔ)水罐容積難以選定。筆者曾在文章中提出過(guò)“在基本不改變供水現(xiàn)狀和格局的限定條件下擴(kuò)大直接供水范圍”, “優(yōu)先考慮管網(wǎng)能力和安全的價(jià)值取向”，“維持一部分水池、水箱的二次加壓供水方式”等觀點(diǎn)﹝注1﹞,不贊成在管網(wǎng)能力不能滿足最大需水流量時(shí)通過(guò)儲(chǔ)水罐來(lái)“貯水調(diào)峰”,即:管網(wǎng)進(jìn)水流量會(huì)小于用戶用水量時(shí)則不準(zhǔn)使用“無(wú)負(fù)壓”設(shè)備。于是,進(jìn)水罐只是為了消除負(fù)壓動(dòng)作過(guò)程中緩沖水量的需要就可以很小了。當(dāng)然為了擴(kuò)大無(wú)負(fù)壓產(chǎn)品使用范圍,討好用戶,增加賣點(diǎn),可以增大蓄水罐容積并命名為“穩(wěn)流補(bǔ)償器”,甚至可以把它作成100m3之大。切不說(shuō)如此龐然大物加工、安裝、打壓、試水都存在工藝上的很多問(wèn)題,只問(wèn)購(gòu)買如此巨大的一個(gè)壓力容器要價(jià)值幾何?再說(shuō),一旦蓄水量需要達(dá)到100 m3用來(lái)補(bǔ)償進(jìn)水量和用水量之差時(shí),所謂的真空抑制器或是“吸氣閥”就處在長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)的接通大氣的狀態(tài)下,密閉的水罐就是一個(gè)開(kāi)口水池。既無(wú)管網(wǎng)余裕壓力可疊加利用,也需要考慮蓄水時(shí)間若過(guò)長(zhǎng)的水質(zhì)變壞問(wèn)題。如此分析,還是老老實(shí)實(shí)用“水池”的好。還有,水罐容積的計(jì)算也是有問(wèn)題的,如公式為:V容積=(Q出-Q進(jìn))△t Q進(jìn)---用水高峰期的自來(lái)水進(jìn)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(shí)間 此式中,除Q出一項(xiàng)是設(shè)計(jì)師可依據(jù)規(guī)范計(jì)算出的數(shù)據(jù)以外,而自來(lái)水的進(jìn)水量 Q進(jìn)和高峰持續(xù)時(shí)間△t,幾乎是設(shè)計(jì)師無(wú)法得到可靠的數(shù)據(jù)的,也很難有相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)，因?yàn)橛绊懝芫W(wǎng)出水量的不確定因素實(shí)在是太多了。 基于“貯水調(diào)峰”的設(shè)計(jì)思想又有了“水箱式無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備(shèbèi)”的出現(xiàn),有的是用切換進(jìn)水端,從水箱或是管網(wǎng)進(jìn)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(yùn)行。這種方式,幾乎喪失了“管網(wǎng)直接給水”的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。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(diǎn),要通過(guò)投資回收率或投資效益比的評(píng)價(jià),算計(jì)一下經(jīng)濟(jì)上是否值得投資“水箱式無(wú)負(fù)壓”。 1.3“吸氣感染”的對(duì)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(duì)“補(bǔ)氣法”的非議和拒絕。于是就有了如下幾種對(duì)策。 1.3.1加“過(guò)濾器”。在進(jìn)氣口加裝空氣過(guò)濾芯等裝置,防止顆粒物進(jìn)入水罐,當(dāng)然是防治污染的有效辦法。但不知過(guò)濾器的阻力損失是多少時(shí),很難確信它能通暢地進(jìn)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(huì)接觸空氣而稱之為全密閉形式,消除負(fù)壓的機(jī)理仍是靠囊外吸入大氣壓力,使在負(fù)壓下吸凹的膠囊膨脹。對(duì)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(wèn)題的疑問(wèn)；有運(yùn)行中水中氣體在囊中或隔膜下無(wú)法排出,只有經(jīng)過(guò)水泵排出,因而會(huì)造成水泵氣蝕而影響水泵的使用壽命的問(wèn)題,還有人認(rèn)為膠囊和隔膜在向外受壓的受力狀況下可正常動(dòng)作,而負(fù)壓吸力下則難以保證動(dòng)作可靠。以及“存在吸癟膠囊的吸力,導(dǎo)致未充分利用儲(chǔ)水就停機(jī)”（注2）等等指責(zé)。 1.3.3分倉(cāng)式罐體。罐體被制造成兩個(gè)倉(cāng)體,分為水倉(cāng)和氣倉(cāng),罐體在全密閉狀態(tài)下運(yùn)行,當(dāng)水倉(cāng)中產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)吸氣閥打開(kāi),從氣倉(cāng)補(bǔ)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(duì)其性能不夠了解,只是見(jiàn)到“氣倉(cāng)氣體是否存有害物質(zhì)”、“罐體內(nèi)氣體積存造成水倉(cāng)逐漸減小”、“氣體若進(jìn)入水泵從而影響水泵性能,并且對(duì)水泵流道及葉輪造成一定損害”等不同見(jiàn)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(jì)手冊(cè)中寫到,“在管道隆起點(diǎn)和平直段的必要位置（position )上,應(yīng)裝設(shè)排(進(jìn))氣閥,以便及時(shí)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(shí)引入空氣,防止管道產(chǎn)生負(fù)壓”。（注4）吸氣閥方式是具有理論依據(jù)和實(shí)踐證明(zhèng míng)的成熟的簡(jiǎn)單的技術(shù)。就是這樣簡(jiǎn)單明瞭的工作原理和罐上裝個(gè)吸氣閥就可行的簡(jiǎn)單裝置竟會(huì)演變出穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、負(fù)壓消除器、予壓平衡器、管網(wǎng)鎮(zhèn)流器、管網(wǎng)保護(hù)神等中國(guó)乃至世界的新產(chǎn)品。使得“無(wú)負(fù)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(tīng),玷污了無(wú)負(fù)壓這個(gè)概念”（注5）。---有人如是說(shuō)。 2.預(yù)加壓力法 在一個(gè)上進(jìn)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(jī)或氮?dú)馄康仁〾壕蓪?shí)現(xiàn)。保持自來(lái)水的進(jìn)水口有一定的壓力,就限制了取水量,并不會(huì)使管道產(chǎn)生負(fù)壓,這項(xiàng)技術(shù)60年代就有用于密閉液體容器上,最近被個(gè)別廠家采用于無(wú)負(fù)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(diǎn)。 3.緩沖罐補(bǔ)流法 當(dāng)管網(wǎng)能力充裕,而用戶水泵很小之時(shí),根本就沒(méi)有缺水性負(fù)壓的生成條件,即不會(huì)產(chǎn)生出水流量大于進(jìn)水流量的斷流現(xiàn)象。此時(shí)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(fù)壓還是會(huì)影響管網(wǎng)安全（注1）,在水泵起動(dòng),停泵,振蕩,失控,出水管斷裂等很多情況下都會(huì)產(chǎn)生瞬變流負(fù)壓。為避免此現(xiàn)象造成管網(wǎng)脈動(dòng),可以在水泵進(jìn)水管上并聯(lián)一個(gè)空氣罐,罐中積蓄著管網(wǎng)壓力和罐中水位高度的勢(shì)能,當(dāng)水泵吸口因瞬變流態(tài)突然產(chǎn)生水柱分離的時(shí)段初,空氣罐向水泵口補(bǔ)給流量。由于空氣罐的補(bǔ)給作用管中負(fù)壓被控制在水體氣化壓力以上,從而消除了負(fù)壓,破壞了水柱分離及再?gòu)浐系漠a(chǎn)生條件,使水流脈動(dòng)或水錘壓力上升得到控制,對(duì)管道運(yùn)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(dòng)和停止的定速運(yùn)轉(zhuǎn)的2-3臺(tái)小泵進(jìn)行臺(tái)數(shù)切換控制來(lái)調(diào)節(jié)流量，每臺(tái)泵旁邊立一個(gè)小型空氣罐用于緩沖流量瞬變，這樣的設(shè)備在日本國(guó)多見(jiàn)。 4、智能(intelligence)控制法 在認(rèn)知了管路負(fù)壓生成機(jī)理的基礎(chǔ)上,使用先進(jìn)的智能(intelligence)化控制設(shè)備和技術(shù)，自動(dòng)控制水泵工況和水體流態(tài)，從根本上消除負(fù)壓生成條件，則不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓而不是產(chǎn)生之后再去消除。-----這種全新設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品一經(jīng)推出，就引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注。因?yàn)閺睦碚撋现v，有三點(diǎn)可以說(shuō)明它是先進(jìn)的。其一，產(chǎn)生負(fù)壓再去消除的動(dòng)態(tài)過(guò)程仍然是流量突變的振蕩過(guò)程，造成用水安全性和快適性的不良，而根本不會(huì)產(chǎn)生負(fù)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(dòng)作精確，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。這是任何消除負(fù)壓的機(jī)械裝置所不能匹敵的，因此對(duì)管網(wǎng)有更可靠、更敏捷的保護(hù)作用。其三，不需要吸氣排水的過(guò)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(dòng)控制的概念，可以廣義的理解時(shí)，則很簡(jiǎn)單的位式控制也被稱為自動(dòng)控制。例如，在進(jìn)水罐上裝一塊電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)壓力低于某定值，（例如，北京規(guī)定為0.2MPa時(shí)停泵）斷電停泵�；蛟诠奚涎b一只電接點(diǎn)真空表，發(fā)生真空度為某值時(shí)進(jìn)行吸氣閥控制等。為了和這樣的簡(jiǎn)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(fù)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(cè)管網(wǎng)壓力值，當(dāng)它低于規(guī)定下限值（例如0.2MPa）時(shí)，發(fā)出控制指令，停止水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)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(dá)0.5MPa以上）時(shí)，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(dòng)對(duì)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(jiǎn)單易行的方法。由于瞬變流負(fù)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(zhǎng)阻尼時(shí)間，把瞬變流態(tài)造成的壓力波動(dòng)濾去，權(quán)當(dāng)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(wèn)題出現(xiàn)。 如果在壓力下限停泵之前有一個(gè)緩沖的空間，例如，當(dāng)壓力0.22Mpa時(shí)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(huì)自然恢復(fù)壓力。從而減少了突然停泵次數(shù)，這對(duì)于管網(wǎng)壓力相對(duì)較低，壓力值在約束條件的臨界點(diǎn)附近飄移時(shí)會(huì)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(guò)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(wú)法推廣使用無(wú)負(fù)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(fù)壓哪怕只剩1m或2m水頭也無(wú)妨。這就大大擴(kuò)展了無(wú)負(fù)壓供水方式的應(yīng)用范圍(fàn wéi)。流量限定條件的原理，計(jì)算方法等問(wèn)題在（注1）及（注6）文中已有論述。 流量的監(jiān)測(cè)可以使用流量計(jì)。但流量?jī)x表價(jià)格昂貴，維護(hù)麻煩，一般只會(huì)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(wú)負(fù)壓供水設(shè)備可用壓力儀表檢測(cè)壓力，通過(guò)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(jìn)行控制，這在微機(jī)控制系統(tǒng)中是不難實(shí)現(xiàn)的，但模型需要的數(shù)據(jù)往往設(shè)計(jì)時(shí)提不出來(lái)或計(jì)算不準(zhǔn)確,所以需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)測(cè)，這樣就加大了現(xiàn)場(chǎng)工事的工作量和時(shí)間，增加了工程造價(jià)。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(zhǔn)用流量指標(biāo)下達(dá)時(shí)應(yīng)留有余地。 4．2瞬變流負(fù)壓的抑制 抑制瞬變流即避免流量的突變，有水泵的軟啟動(dòng)，軟停止，臺(tái)數(shù)增減時(shí)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(jìn)水流量的和出水流量相等，不產(chǎn)生出水瞬間流量大于進(jìn)水而拉斷水柱的現(xiàn)象。為了更加保險(xiǎn)，可以在進(jìn)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(yùn)行，有很多新的問(wèn)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(dòng)的雙向擾動(dòng)，以及疊壓后水泵流量范圍變大，特性曲線變化等問(wèn)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(jiǎn)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(wú)負(fù)壓給水設(shè)備的控制功能除“抑制負(fù)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(shí)用性強(qiáng)的附加功能，如停水停機(jī)后來(lái)水時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，停電后復(fù)電再啟動(dòng)，水泵故障時(shí)備用泵自動(dòng)投入，工作泵和備用泵定時(shí)切換以免水泵停機(jī)死水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等人性化的事故自處理和自啟動(dòng)的功能。還有電氣開(kāi)關(guān)無(wú)火花，儀表斷線或失效保護(hù)、水泵失速限制等安全保護(hù)性功能以及節(jié)電最大化、水泵低頻運(yùn)轉(zhuǎn)控制等軟件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化控制功能。多樣化的控制功能推動(dòng)了無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備向無(wú)人值守、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、低噪聲、節(jié)電最大化、安全供水無(wú)事故、安定用水很舒適的高端產(chǎn)品發(fā)展。 結(jié)語(yǔ)：無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備作為一項(xiàng)新技術(shù)產(chǎn)品，技術(shù)優(yōu)點(diǎn)顯著，社會(huì)需求熱烈，市場(chǎng)前景廣闊，因而生產(chǎn)廠家如雨后春筍，市場(chǎng)產(chǎn)品五花八門，魚龍混雜。由于沒(méi)有權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)制定者，從學(xué)術(shù)上看，關(guān)于無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的技術(shù)介紹和論述，大多來(lái)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(jiàn)過(guò)有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和研制報(bào)告，在這樣的氛圍下即使制定出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也只能是低水平的，低指標(biāo)的，無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，無(wú)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(fèi) �。ㄒ�(jiàn)注8文），這必然會(huì)影響(influence)市場(chǎng)的健康發(fā)展。 |
