無(wú)負(fù)壓供水方案設(shè)備設(shè)計(jì)

1、湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目： 無(wú)負(fù)壓供水方案設(shè)備設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2014年5月25日 目錄摘要Abstract第一章 緒論11.1 課題研究的目的和意義11.2 二次供水發(fā)展歷史21.3國(guó)內(nèi)外無(wú)負(fù)壓供水研究現(xiàn)狀41.4傳統(tǒng)二次供水方式存在的問(wèn)題51.5本課題的研究?jī)?nèi)容61.6本課題預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)61.7完成課題的方案和主要措施6第二章 無(wú)負(fù)壓供水方案簡(jiǎn)介72.1方案的工作原理72.2方案的工作流程72.3 方案的適用范圍82.4 方案的核心技術(shù)無(wú)負(fù)壓技術(shù)8第三章 設(shè)備的參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)103.1 穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量的計(jì)算

2、103.2 穩(wěn)流罐調(diào)節(jié)容積計(jì)算123.3 穩(wěn)流罐總?cè)莘e的計(jì)算133.3 實(shí)例計(jì)算133.3.1工程概況133.3.2計(jì)算最大出水量143.3.3 確定水表特性系數(shù)143.3.4計(jì)算水泵揚(yáng)程153.3.5水泵的選型153.3.6穩(wěn)流罐容積的核算153.3.7 真空抑制器的設(shè)計(jì)16總結(jié)17參考文獻(xiàn)18附錄：翻譯譯文及原文無(wú)負(fù)壓供水方案設(shè)備設(shè)計(jì)摘要：近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，二次供水設(shè)備作為一種新興的二次供水產(chǎn)品，在節(jié)能和環(huán)保方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)將市政供水管網(wǎng)和用戶合并成為一個(gè)整體，在充分利用市政管網(wǎng)余壓的情況下，進(jìn)行變頻無(wú)負(fù)壓供水，即節(jié)水節(jié)電又可以防止二次污染。論文分析了無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)的

3、組成、工作原理、工作流程、適用范圍及其核心技術(shù)，即無(wú)負(fù)壓技術(shù)。并對(duì)一高層住宅樓進(jìn)行了實(shí)際的數(shù)據(jù)計(jì)算，根據(jù)所計(jì)算的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)選擇不同型號(hào)的水泵和確定穩(wěn)流罐的容積，并對(duì)穩(wěn)流罐、真空抑制器等主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：無(wú)負(fù)壓、二次供水、節(jié)能、流量、揚(yáng)程。全套圖紙，加 No negative pressure water equipment design programAbstract: In recent years, with advances in technology, secondary water supply equipment as anew secondary water supply

4、products, energy saving and environmental protection has unique advantages, no negative pressure water supply system will be municipal water supply network and user merged into a whole, in the case of full use of the residual pressure in the municipal pipe network, no negative pressure frequency con

5、version water supply, water saving that can also prevent secondary pollution. This paper analyzes the composition of non-negative pressure water supply system, working principle, workflow, scope and its core technologies, namely non-vacuum techniques. And a high-rise residential building were actual

6、 data calculations, select different types of pumps and determine the steady flow tank volume calculated based on data design, and the main structure of the steady flow tank, vacuum suppressors design.Keywords: No negative pressure、 Secondary water supply、Energy、Flow、Head第一章 緒論1.1 課題研究的目的和意義水是自然界一切生

7、命賴以生存的不可替代的物質(zhì)，又是社會(huì)發(fā)展不可缺少的重要資源。目前，世界上 80 個(gè)國(guó)家或占全球 40%的人口嚴(yán)重缺水。據(jù)預(yù)測(cè)，今后 30 年內(nèi)全球55%以上的人口將面臨水荒。就我國(guó)而言，水資源不足尤其是人均占有量低已經(jīng)成為我國(guó)的基本國(guó)情。而近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市化建設(shè)的不斷加快，人口的不斷增加，土地需求日益緊張，高層建筑層出不窮。為滿足建筑內(nèi)部用水點(diǎn)對(duì)水量、水壓和水質(zhì)的要求，必須對(duì)自來(lái)水進(jìn)行二次加壓，因此，選擇一種既能節(jié)水節(jié)能，又能保障供水安全的供水方式，這對(duì)降低建筑耗能、提高供水安全可靠性具有重要的意義。建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)是將城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)或自備水源的水引入室內(nèi)，經(jīng)配水管送至生活、生產(chǎn)

8、和消防用水設(shè)備，并滿足用水點(diǎn)對(duì)水量、水壓和水質(zhì)要求的冷水供應(yīng)系統(tǒng)。從上世紀(jì)末開(kāi)始，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市建筑業(yè)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，10 層和10 層以上的住宅或建筑高度超過(guò) 24 米的其他民用建筑等高層建筑越來(lái)越多，使得城市的總用水量中，建筑內(nèi)部用水占據(jù)的比例逐年增加，二次供水得到了更為廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)城市自來(lái)水管網(wǎng)的壓力在非用水高峰時(shí)，一般在 0.2MPa0.35Mpa，此壓力2值只能滿足低層和多層建筑的供水需求，所以為了彌補(bǔ)市政供水管網(wǎng)壓力的不足，高層建筑內(nèi)部供水系統(tǒng)須使用二次加壓設(shè)施以滿足需求。現(xiàn)有通常的供水方式都是將自來(lái)水放入蓄水池，然后由水泵將水從水池抽至屋頂?shù)母呶凰洌?/p>

9、再由高位水箱向用戶供水。這種供水方式存在嚴(yán)重的能量浪費(fèi)問(wèn)題：第一，將原本有壓力能的水放到水池中變成了無(wú)壓力能和勢(shì)能的水，使得二次加壓供水時(shí)需要更多的能量；第二，由于用水量是隨時(shí)間變化的，大多數(shù)水泵并未在高效區(qū)運(yùn)行，水泵低效率運(yùn)行會(huì)浪費(fèi)更多的電能。另外這種供水方式還存在嚴(yán)重的水質(zhì)二次污染問(wèn)題，據(jù)調(diào)查，各地二次供水主要水質(zhì)指標(biāo)都存在不同程度的超標(biāo)。例如，深圳市對(duì) 274 個(gè)二次供水貯水池水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，合格率更低，經(jīng)水池后余氯合格率不大于 30，大體積水池的合格率只有 10.6。蘭州市目前使用二次供水的人口占全市總?cè)丝诘慕?70%，全市二次供水單位約 1200 家，二次供水設(shè)施約 1400 多個(gè)。2

10、010 年，通過(guò)對(duì)蘭州市 356 家單位的二次供水水質(zhì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水樣檢測(cè)合格率為 68.35%，其中，游離性余氯合格率最低，僅為 57.31%，其次是細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群，合格率均低于 60%。迄今為止，發(fā)現(xiàn)至少有 10 余種傳染病可以通過(guò)水傳播，如傷寒、痢疾、霍亂等，一些病毒引起的病癥也可以通過(guò)水進(jìn)行傳播。另外，水污染導(dǎo)致微量元素過(guò)多，容易引起身體器官的功能改變，嚴(yán)重的甚至?xí)鹬卸?。例如，l 998 年湖南省地稅局辦公樓工作人員集體腹瀉，后被證實(shí)問(wèn)題就是出在二次供水的水質(zhì)上，而且是由細(xì)菌總數(shù)超標(biāo)以及大腸菌群所致。長(zhǎng)春市某生活小區(qū)不斷有居民發(fā)生消化道疾病，經(jīng)查，原來(lái)是屋頂水箱多年未清洗，水

11、質(zhì)污染所致。由此可見(jiàn)，水質(zhì)不合格直接影響到人的身體健康和生存的質(zhì)量。伴隨著二次供水的發(fā)展，如何改善二次供水水質(zhì)，如何提高二次供水安全性以及可靠性，已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)急需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的二次供水方式，就水質(zhì)方面來(lái)說(shuō)，由于中間環(huán)節(jié)多了個(gè)蓄水池，使得供水二次污染的可能性大大增加。從節(jié)能方面來(lái)說(shuō)，水泵從零加壓輸送自來(lái)水，不能有效利用管網(wǎng)原有壓力，并且水泵多在低效區(qū)運(yùn)行，造成能量浪費(fèi)。從建設(shè)成本方面考慮，水池不僅占用大量的面積，還需要對(duì)其進(jìn)行定期的清洗消毒處理，需要一定的成本和維護(hù)費(fèi)。為解決傳統(tǒng)供水存在的這些問(wèn)題，供水方式也不斷地改進(jìn)，新的供水方式應(yīng)運(yùn)而生。相比于傳統(tǒng)的二次供水方式，如今發(fā)展起來(lái)的這種供

12、水方式徹底解決了以往二次供水中所遇到的問(wèn)題，這種供水方式是對(duì)傳統(tǒng)供水方式的一種革新。此方式取消了水池和屋頂水箱，而是在市政管網(wǎng)和水泵之間增加一有壓容器，從而實(shí)現(xiàn)水泵直接從市政管網(wǎng)抽水供給用戶，同時(shí)采用變頻泵組，根據(jù)用戶端用水量自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使水泵處于高效運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水和可靠供水的目的，并且在此過(guò)程中，供水系統(tǒng)基本處于完全封閉的狀態(tài)，水質(zhì)不容易受到污染。這種供水方式稱為無(wú)負(fù)壓供水方式，在國(guó)外很多地方得到很好的應(yīng)用，但我國(guó)目前對(duì)該技術(shù)的研究還不夠成熟，這種供水方式容易對(duì)市政管網(wǎng)的壓力造成影響，可能會(huì)影響市政管網(wǎng)上其他用戶的正常用水，故在現(xiàn)有條件下，國(guó)內(nèi)許多城市中該供水方式不被輕易允

13、許使用，限制條件也較多，因此有必要對(duì)此技術(shù)進(jìn)行研究，以加快該方式的推廣使用。1.2 二次供水發(fā)展歷史二次供水的發(fā)展先后經(jīng)歷了四個(gè)階段，分別為水塔供水、樓頂水池供水、變頻調(diào)速供水及無(wú)負(fù)壓供水。目前國(guó)內(nèi)二次供水主要采用前三種形式，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行使用，其中存在的問(wèn)題令人擔(dān)憂。水塔供水是一種最為“古老”的供水方式，它的供水原理是：自來(lái)水通過(guò)管網(wǎng)，把水轉(zhuǎn)輸?shù)降孛嫘钏?，再通過(guò)水泵把水池里的水轉(zhuǎn)輸?shù)揭欢ǜ叨鹊乃?，最后通過(guò)管網(wǎng)把水輸送至各個(gè)用水點(diǎn)。這種設(shè)施最大的缺點(diǎn)是水塔占地面積大，成本高，而且水塔僅僅適用于比較低的建筑，而如今的建筑越來(lái)越高，現(xiàn)有水塔卻不可能無(wú)限增高。另外，供水水質(zhì)受到嚴(yán)重的多次污染，

14、這種供水方式既浪費(fèi)了能量，又存在著很嚴(yán)重的水質(zhì)二次污染。水塔供水方式的諸多局限性，嚴(yán)重制約其發(fā)展，因此注定要被取代。取代水塔供水方式的是設(shè)樓頂水箱的供水方式，如今這種方式應(yīng)用非常廣泛。其供水原理是：自來(lái)水管網(wǎng)將水轉(zhuǎn)輸?shù)揭粋€(gè)蓄水池將水儲(chǔ)存起來(lái)，然后通過(guò)泵房，將水輸送到樓頂水箱，樓頂水箱自上而下供水。此方式利用水箱的可調(diào)節(jié)性，在用水低峰時(shí)將水箱蓄滿水，在用水高峰期時(shí)供給用戶使用，保證用水點(diǎn)的水量和水壓的要求，與水塔供水相比較，樓頂水池相對(duì)不占地，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，但是這兩種供水方式的污染環(huán)節(jié)幾乎是一樣的。另外這種二次加壓站安裝使用的為工頻泵，這種水泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，給系統(tǒng)提供一定的水量。從

15、泵的性能曲線可知，泵的運(yùn)行在設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，其效率最高，隨著泵的揚(yáng)程偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)(增加或減少)，泵的效率均降低。在泵的實(shí)際運(yùn)行中，由于用水量及出水水壓不斷變化，則泵的揚(yáng)程也不斷變化，致使泵大部分時(shí)間在低效區(qū)運(yùn)行。當(dāng)用水量降低，管網(wǎng)阻力下降時(shí)產(chǎn)生剩余揚(yáng)程。按離心泵的性能曲線特征，其揚(yáng)程隨著水泵出水量的減少而提高，所以水泵常處于揚(yáng)程過(guò)剩狀態(tài)下運(yùn)行，造成不必要的能量浪費(fèi)。同時(shí)，由于管網(wǎng)壓力增大，漏損也會(huì)增加，水的浪費(fèi)也會(huì)加大。樓頂水箱供水的缺點(diǎn)促進(jìn)了變頻技術(shù)的開(kāi)發(fā)，1994 年，變頻技術(shù)的應(yīng)用使得城市供水方式進(jìn)入第三個(gè)階段。此方式中，自來(lái)水通過(guò)管網(wǎng)送至地下室蓄水池后，利用變頻泵，直接將蓄水池的水，輸送至各個(gè)

16、用水點(diǎn)。變頻調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變水泵的出水揚(yáng)程，以滿足不同條件時(shí)對(duì)水泵的性能要求，使水泵處于高效區(qū)運(yùn)行，如此起到一4定的節(jié)能效果。由于減少了樓頂水箱的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，有效善供水水質(zhì)，所以變頻供水方式不僅節(jié)約能量，而且減少了自來(lái)水的污染。以上三種供水方式都屬于二次供水，也就是說(shuō)，自來(lái)水從市政管網(wǎng)至用水點(diǎn)，中間都經(jīng)過(guò)了中轉(zhuǎn)水池，中轉(zhuǎn)水池的存在不可避免增加了供水被污染的機(jī)會(huì)。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)供水系統(tǒng)疏于管理，水池、水箱并未按規(guī)定進(jìn)行定期的清洗，二次消毒措施失效，系統(tǒng)本身存在缺陷，由此造成的水質(zhì)二次污染已直接影響到供水的水安全，甚至有嚴(yán)重的水質(zhì)污染事故發(fā)生，例如“自來(lái)水中竟有紅蟲”，“自來(lái)水有臭

17、味”等。以往二次供水存在的問(wèn)題讓第四個(gè)階段的無(wú)負(fù)壓給水方式給克服了，該方式具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，將成為二次供水的首選，成為二次供水行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。但是作為一個(gè)新技術(shù)，此方式也存在新的問(wèn)題，制約著它的推廣和使用，這就促使我們對(duì)其進(jìn)行徹底地研究，使此方式的使用更科學(xué)、更合理、更環(huán)保、更節(jié)能。1.3 國(guó)內(nèi)外無(wú)負(fù)壓供水研究現(xiàn)狀 無(wú)負(fù)壓供水方式，最早是由日本研發(fā)的，在日本被稱為“直接給水系統(tǒng)”。日本在20 世紀(jì) 80 代中期，關(guān)于“直接給水方式”的必要性和可行性的探討及技術(shù)研究就已經(jīng)開(kāi)始了，它不僅涉及技術(shù)層面，而且在法律和行政管理上；市場(chǎng)需求和供水者的義務(wù)；城市建筑物中高層化的供水模

18、式等涉及社會(huì)系統(tǒng)層面上的討論也展開(kāi)。在這樣的背景下，日本厚生省在國(guó)家施策方針性文件“面向 21 世紀(jì)的供水系統(tǒng)改造和再構(gòu)筑的長(zhǎng)期目標(biāo)”中將直接給水系統(tǒng)列入規(guī)劃，并在 1990 年修訂了給水設(shè)計(jì)規(guī)范，將管網(wǎng)末端服務(wù)壓力由 0.15MPa(1.5kgf/cm2)提高為 0.2MPa(2kgf/cm2)；國(guó)家提供研究基金在千葉縣建立了一定規(guī)模的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)；組織了由學(xué)者、科研機(jī)構(gòu)、供水企業(yè)及產(chǎn)品制造廠商參加的隊(duì)伍；籌措了運(yùn)作資金，開(kāi)展“直接給水”的研究，計(jì)劃用 3 年時(shí)間完成“推進(jìn)直接給水系統(tǒng)”的指原則和方針文件，為此還進(jìn)行了大量的課題。直到 20 世紀(jì) 90 年代末，智能型無(wú)負(fù)壓供水方式在日本、美國(guó)、西

19、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了普遍應(yīng)用，并建立了一整套完善的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系。我國(guó)曾在城市供水條例規(guī)定：“禁止在城市管網(wǎng)公共供水管道上直接裝泵抽水?！币?yàn)橹苯映樗畷r(shí)，可能會(huì)使市政管網(wǎng)壓力下降，影響管網(wǎng)上周邊其他用戶用水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)破壞。但隨著城市供水條件的逐步完善，以及供水技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，這種情況發(fā)生改變。1997 年，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備在山東面世。2004 年 7月，北京市衛(wèi)生局頒布政府文件，允許在生活用水方面使用無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備，所有進(jìn)入北京市場(chǎng)的企業(yè)只要經(jīng)過(guò)專家認(rèn)證會(huì)的通過(guò)，產(chǎn)品就可以進(jìn)入北京市場(chǎng)。隨著北京市場(chǎng)的解禁，天津等城市也先后出臺(tái)了試用辦法，兩市自來(lái)水主管部門制定了相關(guān)的試

20、點(diǎn)條件和準(zhǔn)用要求。為規(guī)范無(wú)負(fù)壓設(shè)備生產(chǎn)與使用，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2008 年 12 月份，批準(zhǔn)穩(wěn)壓補(bǔ)償式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備(公告第 189 號(hào))為城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào) CJ /T303 - 2008，于 2009 年 6 月 1 日起實(shí)施。目前，針對(duì)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)已達(dá) 9 本之多，每個(gè)廠家都是基于自己的設(shè)計(jì)理念、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上各式各樣的無(wú)負(fù)壓設(shè)備良莠不齊。國(guó)內(nèi)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)的起步較晚，相關(guān)的行業(yè)規(guī)范尚不完善，大多數(shù)城市也未制定出相關(guān)的供水條例，有的條例相應(yīng)條款明顯滯后于無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)的發(fā)展速度，從而制約著技術(shù)的大面積推廣，因此要廣泛使用該技術(shù)

21、，須對(duì)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。在市場(chǎng)上各種無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備不斷問(wèn)世的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些專家和學(xué)者也對(duì)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。李剛在 2004 年給水排水上發(fā)表的無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓設(shè)備應(yīng)用探討，詳細(xì)介紹了設(shè)備的系統(tǒng)組成和工作原理，并對(duì)不同工況進(jìn)行了分析，指出無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓設(shè)備應(yīng)用于二次供水，可確保供水水質(zhì)，節(jié)省初投資和運(yùn)行費(fèi)用。馬戌環(huán)在 2005 年給水排水上發(fā)表的無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備及管網(wǎng)準(zhǔn)用的技術(shù)條件，詳細(xì)介紹和分析無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備接入管網(wǎng)的技術(shù)條件。唐小猛在 2006 年廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)發(fā)表的無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備技術(shù)分析，對(duì)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)進(jìn)行了分析，指出了設(shè)計(jì)或使用不合理時(shí)，可能出現(xiàn)

22、影響周圍用戶的水壓、降低用水可靠性、水泵效率偏低、旁通管路水質(zhì)下降等問(wèn)題，并提出了正確使用無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)的工程措施。李祥華在2010 年給水排水發(fā)表的管網(wǎng)疊壓(無(wú)負(fù)壓) 供水技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決辦法，介紹了該技術(shù)的工作原理，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，比如現(xiàn)有供水條件下的節(jié)能效果、缺乏供水管理?xiàng)l例和沒(méi)有嚴(yán)格統(tǒng)一的設(shè)備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決辦法。李斌等在 2010 年給水排水發(fā)表的管網(wǎng)疊壓(無(wú)負(fù)壓)供水系統(tǒng)水泵能耗對(duì)比研究，分析了無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)中水泵運(yùn)行工況點(diǎn)的變化，并對(duì)恒壓供水和變壓供水兩種方式下水泵的能耗進(jìn)行分析對(duì)比，研究了市政管網(wǎng)壓力和用戶用水量變化對(duì)水泵運(yùn)行的影響。1

23、.4 傳統(tǒng)二次供水方式存在的問(wèn)題總結(jié)以往的供水經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際工程，二次供水存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1投資大。傳統(tǒng)二次供水都要修建水池，有的還要設(shè)置水箱，這就需要一定的成本。修建水池和水箱需占用一定的建筑面積，在如今土地價(jià)格高漲的今天，這又是個(gè)投資負(fù)擔(dān)。此外，水池和水箱一般都有一些水質(zhì)處理設(shè)施，從而加大了設(shè)備總投資，而且使用中要定期清洗，也增加了日常開(kāi)支。2水質(zhì)二次污染嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，大部分水池和水箱由于管理不善，和其結(jié)構(gòu)本身的原因，里面的貯水水質(zhì)沒(méi)有符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)污染相當(dāng)嚴(yán)重，這將直接危害到人們的身體健康，因此飲用水衛(wèi)生問(wèn)題已成為急需解決的大問(wèn)題。3能量浪費(fèi)嚴(yán)重。傳統(tǒng)的二次供水是將自來(lái)水放入水池中，

24、再?gòu)乃爻樗劣盟c(diǎn)，但是市政管網(wǎng)中的水具有一定的能量，也就是說(shuō)這部分能量沒(méi)有得到充分利用。4水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。大多數(shù)水池采用混凝土結(jié)構(gòu)，因此存在不同程度的滲水、跑水、漏水、蒸發(fā)等問(wèn)題，造成水資源浪費(fèi)。此外，水池、水箱要進(jìn)行定期的清洗，這就又成一部分浪費(fèi)。1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備由智能型變頻控制柜、穩(wěn)流罐、真空抑制器、水泵機(jī)組、儀表閥門及管路、基座等組成。本次課題研究的主要內(nèi)容是供水方案的設(shè)備設(shè)計(jì)，其中包括穩(wěn)流罐的設(shè)計(jì)，真空抑制器的設(shè)計(jì)，水泵的選型已經(jīng)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.6 本課題預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)能夠順利完成課題所需要完成的任務(wù)，設(shè)備達(dá)到無(wú)水池，不用消毒，體積小，占地少，安裝方便

25、的要求。設(shè)備應(yīng)具有無(wú)負(fù)壓供水能力，整套設(shè)備全封閉無(wú)污染。1.7 完成課題的方案和主要措施 1、同老師討論合適的方案和機(jī)體結(jié)構(gòu)，討論其可行性。2、在圖書館和網(wǎng)上查找相關(guān)資料。3、從網(wǎng)上實(shí)體照片中形成設(shè)備的基本模型。4、按照老師布置的任務(wù)按時(shí)完成計(jì)劃，畫出裝配圖及主要零件圖。5、主要參數(shù)的計(jì)算和設(shè)備的選型。6、設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫。7、后期工作。第二章 無(wú)負(fù)壓供水方案簡(jiǎn)介2.1 方案的工作原理 1市政管網(wǎng)自來(lái)水進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，罐內(nèi)的空氣從負(fù)壓消除器內(nèi)排出，待水充滿后，負(fù)壓消除器自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)市政管網(wǎng)的壓力滿足用水點(diǎn)的要求時(shí)，即管網(wǎng)壓力大于或等于設(shè)定壓力時(shí)，設(shè)備通過(guò)旁通閥門直接向用戶供水。2當(dāng)市政供水管網(wǎng)壓力

26、不能滿足用水點(diǎn)要求時(shí)，供水系統(tǒng)利用壓力傳感器(或壓力控制器、電接點(diǎn)壓表)發(fā)出啟泵信號(hào)，水泵進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，向用戶持續(xù)供水。3在用水高峰期，供水管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)降至低于設(shè)定壓力時(shí)，壓力傳感器發(fā)信號(hào)給控制柜，升高變頻器頻率，使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，出水量和壓力也隨之上升，直至用水點(diǎn)實(shí)際壓力等于設(shè)定壓力。4在用水低谷期，供水管網(wǎng)壓力上升，當(dāng)高于設(shè)定壓力時(shí)，壓力傳感器發(fā)信號(hào)給控制柜，降低變頻器頻率，使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，直至供水管網(wǎng)實(shí)際壓力等于設(shè)定壓力。若用水量變小甚至無(wú)流量時(shí)，水泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，則水泵機(jī)組自動(dòng)停止工作，自來(lái)水通過(guò)旁通管直接供給用戶。5若市政管網(wǎng)流量大于或等于水泵的進(jìn)水量，負(fù)壓消除器使得穩(wěn)流補(bǔ)

27、償器與外界隔絕，系統(tǒng)正常供水。若市政管網(wǎng)流量小于水泵流量時(shí)，空氣由負(fù)壓消除器進(jìn)入穩(wěn)流補(bǔ)償器，消除了市政管網(wǎng)的負(fù)壓，保證市政管網(wǎng)的正常供水，同時(shí)罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍正常供水，待用水高峰期過(guò)后，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。6當(dāng)市政供水管網(wǎng)停水時(shí)，利用穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的部分存水，水泵仍可繼續(xù)工作一段時(shí)間，當(dāng)穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)水位下降至一定水位時(shí)，自動(dòng)停機(jī)以保護(hù)水泵；來(lái)水后隨著水位的上升而自動(dòng)開(kāi)機(jī)。7停電時(shí)，水泵不工作，自來(lái)水通過(guò)旁通管直接到達(dá)低層用戶，保證低層部分用戶的用水，來(lái)電時(shí)水泵機(jī)組自動(dòng)開(kāi)機(jī)，恢復(fù)所有用戶的正常供水。2.2 方案的工作流程無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)綜合利用負(fù)壓處理技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和全自動(dòng)智能化控制技術(shù)，實(shí)

28、現(xiàn)從市政管網(wǎng)直接加壓向用戶持續(xù)和穩(wěn)定地供水，達(dá)到用戶用水要求，其工作流程如圖2-2所示： 圖2-2 無(wú)負(fù)壓供水方案工作流程圖 2.3 方案的適應(yīng)范圍無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)適用于市政供水管網(wǎng)壓力不足地區(qū)的二次加壓供水，包括：新建、改建或擴(kuò)建的住宅小區(qū)、辦公樓、賓館、學(xué)校等民用建筑的生活給水工程，工礦企業(yè)的生活、生產(chǎn)用水，各種循環(huán)用水系統(tǒng)，原有傳統(tǒng)二次供水的改造工程，低層供水壓力不能滿足要求的消防用水等。無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)不適用的場(chǎng)所：市政管網(wǎng)可利用水頭過(guò)低的區(qū)域；供水可靠性要求高的地區(qū)；市政管網(wǎng)供水流量和壓力波動(dòng)大的區(qū)域；用戶用水量非常集中的區(qū)域；可能會(huì)對(duì)公共供水管網(wǎng)造成有毒污染的相關(guān)行業(yè)(醫(yī)院、醫(yī)藥、化工

29、、核工業(yè)等)。2.4 方案的核心技術(shù) 無(wú)負(fù)壓技術(shù)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)中所提到的無(wú)負(fù)壓中負(fù)壓的概念，并非物理學(xué)所指負(fù)壓概念，即低于常壓（通常為一個(gè)大氣壓）的壓力狀態(tài)。這里的負(fù)壓是在此基礎(chǔ)上的演繹而來(lái)的說(shuō)法，是指以各地區(qū)規(guī)定的最低市政管網(wǎng)服務(wù)壓力值為界限，低于這一壓力即為負(fù)壓。無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)必須要保證直接抽水時(shí)市政管網(wǎng)的壓力不低于最低服務(wù)壓力值，同時(shí)由此產(chǎn)生的壓降也要控制在一定的范圍內(nèi)，符合當(dāng)?shù)毓芾聿块T的有關(guān)規(guī)定。負(fù)壓消除器，也叫真空抑制器，是該設(shè)備的核心，它和穩(wěn)流補(bǔ)償器聯(lián)合工作以消除管網(wǎng)中的負(fù)壓，從而避免對(duì)周圍用戶的影響，保證市政管網(wǎng)與設(shè)備安全可靠地供水。其原理如下：它根據(jù)穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的水量、水壓、液

30、位、真空度等信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋、處理和控制，在滿水時(shí)關(guān)閉閥門，在容器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓會(huì)水位下降時(shí)打開(kāi)閥門，從而調(diào)節(jié)穩(wěn)流補(bǔ)償器吸氣和排氣，保證內(nèi)部壓力平衡，同時(shí)消除容器內(nèi)的負(fù)壓。該裝置的控制方式主要有水力機(jī)械式、電動(dòng)式（利用電接點(diǎn)真空表或容器內(nèi)水位接點(diǎn)控制電磁閥的啟閉）。設(shè)計(jì)中采用雙重措施防止負(fù)壓的產(chǎn)生，一是利用負(fù)壓消除器，當(dāng)市政管網(wǎng)供水量小于水泵出水量時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)吸氣來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)償器內(nèi)的壓力，以避免市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓；二是在設(shè)備連接市政管網(wǎng)的管道上設(shè)置壓力傳感器，并由微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)壓力值低至設(shè)定壓力時(shí)，微機(jī)通過(guò)變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而減少水泵吸水量，使設(shè)備進(jìn)水量低于市政管網(wǎng)供水量，以此可以有效防

31、止水泵抽水時(shí)對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓影響。 第三章 設(shè)備的參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)3.1 穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量的計(jì)算由穩(wěn)流罐在無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備中起的作用分析得出，穩(wěn)流罐的容積大小直接取決于其出水量和進(jìn)水量。在進(jìn)水量小于出水量時(shí)，穩(wěn)流罐起到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的瞬時(shí)流量變化的作用；在進(jìn)水量大于出水量時(shí)，穩(wěn)流罐僅起到穩(wěn)流和全封閉的作用，無(wú)需起到調(diào)節(jié)流量的作用。所以，在進(jìn)水量小于出水量時(shí)應(yīng)核算穩(wěn)流罐的儲(chǔ)備水容積，即調(diào)節(jié)容積，以保證儲(chǔ)備水在瞬時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)充所需的差額部分，確保整個(gè)系統(tǒng)正常，穩(wěn)定運(yùn)行。而穩(wěn)流罐調(diào)節(jié)容積是根據(jù)其進(jìn)水量和出水量隨時(shí)間變化曲線計(jì)算確定的。因?yàn)榉€(wěn)流罐的進(jìn)水量和出水量是瞬時(shí)變化，其進(jìn)水量隨著市政自來(lái)水管網(wǎng)或其它有壓

32、管網(wǎng)的水壓及出水量變化而時(shí)刻變化，并與接管處的材料，管長(zhǎng)，管徑等因素有關(guān)。因此，穩(wěn)流罐的進(jìn)水量計(jì)算是比較復(fù)雜的，而在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，往往只需確定系統(tǒng)最不利工況的允許進(jìn)水量，即用水峰值期的市政自來(lái)水管網(wǎng)或其它有壓管網(wǎng)最低供水壓力的進(jìn)水量，再將其允許進(jìn)水量與最大出水量進(jìn)行比較，從而計(jì)算出穩(wěn)流罐的調(diào)節(jié)容積。 圖3-1 穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量的水力計(jì)算如圖3-1所示，在市政自來(lái)水管網(wǎng)或其他有壓管網(wǎng)開(kāi)口接管處與穩(wěn)流罐過(guò)流斷面之間取伯努利方程得： H0+V022g=H1+V122g+hw+H （1）式中：H0 接管處最不利時(shí)允許水壓,m； V0 接管處最不利時(shí)允許水壓的流速，ms; g 重力加速度，ms2; H

33、1 穩(wěn)壓罐水壓，m，在最不利工況時(shí)，穩(wěn)壓罐內(nèi)的水壓記為零。 V1 穩(wěn)流罐在最不利工況下流速，ms，因穩(wěn)流罐直徑相對(duì)較大近似取V10； hw 最不利工況下，水流自接管處至穩(wěn)流罐的水頭損失，可由下式計(jì)算： hw=hL+hj+hd=ALQ2+v022g+3600Q2Kb （2） hL 接管處至穩(wěn)流罐的沿程水頭損失，m ; hj 接管處至穩(wěn)流罐的局部水頭損失（不含水表的損失），m； hd 水表水頭損失，m； A 管道的比阻，s2m6; L 管道計(jì)算長(zhǎng)度，m； Q 最不利工況時(shí)的流量，即穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量，m3s，可通過(guò)下式計(jì)算： Q=d2v04 3 d 接管處的管道計(jì)算內(nèi)徑，m； 管道局部阻力系數(shù)之和；

34、 Kb 水表特性系數(shù)，m6h2,當(dāng)無(wú)水表時(shí)，Kb應(yīng)取無(wú)限大值。 H 接管處中心至穩(wěn)流罐進(jìn)水口端部的位置高度差，m，管處中心低于穩(wěn)流罐進(jìn)水口端部時(shí)取正值，反之取負(fù)值。 因此，將公式2、3代入公式1，得出穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量為： Q=H0-H8-12d4g+AL+36002Kb （4） Q是將H0全部消耗在管道水頭損失（包括沿程水頭損失和局部水頭損失）和克服H的基礎(chǔ)上，在市政自來(lái)水管網(wǎng)或其他有壓管網(wǎng)接管處及穩(wěn)流罐進(jìn)水口端部處利用伯努利方程得出。當(dāng)市政自來(lái)水管網(wǎng)或其他有壓管網(wǎng)開(kāi)口接管處至穩(wěn)流罐進(jìn)水口端部的管段之間設(shè)有分支時(shí)，從最后分支的接管處進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)采用多段不同管材時(shí)，分別計(jì)算各自AL后相加得到AL

35、。3.2 穩(wěn)流罐調(diào)節(jié)容積計(jì)算穩(wěn)流罐調(diào)節(jié)容積與其最大出水量、允許進(jìn)水量和用水高峰持續(xù)的時(shí)間有關(guān)系，可由下式計(jì)算： Vt=Qq-QT （5）式中：Vt 穩(wěn)流罐調(diào)節(jié)容積，m3； Q 允許進(jìn)水量，m3h ； Qq 最大出水量，m3h , 可由無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備服務(wù)范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)流量來(lái)確定； T 用水峰值所持續(xù)的時(shí)間，h，其與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況有關(guān)，一般可以取為315min。 當(dāng)QQq時(shí)，說(shuō)明此時(shí)穩(wěn)流罐允許進(jìn)水量大于或等于最大出水量，此時(shí)Vt 可以按照30s-300s的Qq來(lái)確定（見(jiàn)表1）；而當(dāng)QQq,公稱流量qt=40m3h ,相應(yīng)地： Kb=qmax2=802=6400m6h2 水表阻力損失復(fù)核：hd=Qq2Kb=34.=0.0018MPaQq，故穩(wěn)流