崔福義　　　　　　　 陳 衛(wèi)
（哈爾濱建筑大學(xué)）?。暇┙ㄖこ虒W(xué)院）

　　恒壓給水系統(tǒng)按壓力控制點(diǎn)位置不同，可分兩類：一是將控制點(diǎn)設(shè)在最不利處，直接按最不利點(diǎn)水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)；二是將控制點(diǎn)設(shè)于泵站出口，按該點(diǎn)的水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，間接的保證最不利點(diǎn)的水壓穩(wěn)定，現(xiàn)今氣壓給水和變頻調(diào)速給水系統(tǒng)就是如此。第二種設(shè)置管理方便，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不十分理想。事實(shí)上，水泵出口的恒壓即意味著用戶最不利點(diǎn)處是變壓，這影響了其先進(jìn)性能的充分發(fā)揮。本文指出，將壓力控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)更合理，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更佳，而且技術(shù)上不難實(shí)現(xiàn)。

1.氣壓給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)位置的分析

1.1　 氣壓給水系統(tǒng)的壓力控制點(diǎn)
　　氣壓給水系統(tǒng)一般多采用氣壓罐和水泵組合設(shè)置，根據(jù)氣壓罐內(nèi)壓力變化控制水泵的開停運(yùn)轉(zhuǎn)，相當(dāng)于按水泵出口壓力進(jìn)行工況調(diào)節(jié)。以由兩臺(tái)同型號(hào)水泵組成的系統(tǒng)為例，圖1中以縱坐標(biāo)以絕對(duì)水壓標(biāo)高表示，A₁、A₂、D₁、D₂分別稱為水泵P₁和P₂的停止和起動(dòng)壓力控制線。由此可見，一臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，水泵工作點(diǎn)在a～b之間變動(dòng)，相應(yīng)的泵出口壓力變化范圍是在D₂～A₁之間。D₂是供水的最低壓力，按用戶要求的最低水壓推求確定，D₁、A₁、A₂則由D₂向上推出，其差值是產(chǎn)品的特性系數(shù)?，F(xiàn)行產(chǎn)品該壓力變幅（D₂-A₁）多為10～12m。高于D₂以上部分的水壓超過用戶的要求，造成能量的浪費(fèi)；供水壓力的波動(dòng)還影響使用的方便和給水系統(tǒng)配件的壽命。若將壓力控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)，則上述問題會(huì)有明顯改觀。兩種情況的工況特性對(duì)比見圖1，d₂為最不利點(diǎn)要求的最小水壓，若在縱坐標(biāo)上以d₂為起點(diǎn)，通過管路特性曲線交于水泵P₁+P₂的合成特性曲線上，該交點(diǎn)水壓是水泵出口的最低水壓D₂，即保證用戶最不利點(diǎn)的水壓要求d₂，泵出口的最低水壓必須達(dá)到D₂。以d₂為起點(diǎn)向上依次推求水泵的停止和起動(dòng)壓力控制線a₁、a₂、d₁，最不利點(diǎn)水壓在a₁～d₂之間變化，而壓力控制點(diǎn)設(shè)于水泵出口時(shí)，可由管路特性曲線反推回相應(yīng)的最不利點(diǎn)水壓在a₀～d₂之間變動(dòng)。雖然兩種控制方式都可滿足用戶的最低水壓要求，但顯然以壓力控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)時(shí)用戶的水壓變化明顯減小。

1.2 氣壓罐安裝位置對(duì)罐容積和壓力的影響
　　如上所述，從穩(wěn)定用戶水壓，以將壓力控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)較好，可有兩種方法：一是將壓力傳感器與氣壓罐分體設(shè)置，僅將壓力傳感器移至最不利點(diǎn)，氣壓罐仍與水泵設(shè)置在一起；另一種方法是將氣壓罐與水泵分設(shè)，按氣壓罐內(nèi)水壓進(jìn)行壓力控制，盡可能靠近最不利點(diǎn)且位置盡可能高，這樣既可穩(wěn)定管網(wǎng)水壓，還有利于減小罐容積并降低罐內(nèi)承壓。由文獻(xiàn)：

　　　　　　　　　　　　　V=W.[β/（1-α）　　　　　　　　　 （1）

　　式中 V—?dú)鈮汗蘅側(cè)莘e，m³
　　W—設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)容積，m³，由設(shè)計(jì)最大供水量及水泵每小時(shí)最大起動(dòng)次數(shù)確定
　　α—設(shè)計(jì)罐內(nèi)最小與最大壓力的比值（絕對(duì)壓力），α=P₁/P₂
　　β—容積附加系數(shù)，_β==P₁/P₂（P₀為罐內(nèi)無水時(shí)的氣體壓力）
　　可見，在罐內(nèi)壓力控制差（P₂-P₁）不變的條件下，氣壓罐設(shè)于最不利點(diǎn)與泵站處的容積和承壓是不同的，因?yàn)榍罢哌h(yuǎn)離泵站且位置較高，P₁相應(yīng)于d₂對(duì)應(yīng)的壓力，P₂相應(yīng)于a₁對(duì)應(yīng)的壓力，顯然罐內(nèi)承壓較低；P₁P₂減小，使α與β值皆下降，有利于減小V值。或者在一定的氣壓罐容積下，可增大有效調(diào)節(jié)容積，以減少水泵開停次數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

2.變頻調(diào)速給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)位置的分析

2.1 控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口
　　 壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口，按此壓力設(shè)定值變頻調(diào)節(jié)水泵工況是常用方式，其工作特性如圖2。圖中A₀為為最大供水量Q_max相對(duì)應(yīng)的管路特性曲線，B₀為水泵在Q_max時(shí)的特性曲線，H’為壓力控制線，按Q_max相應(yīng)的管路特性曲線及用戶水壓要求確定。在Q_max時(shí)，三條曲線交于a點(diǎn)，最不利點(diǎn)的水壓標(biāo)高H₀即要求的最低水壓，沒有水壓浪費(fèi)。當(dāng)用水量降低時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。但由于采用泵出口水壓恒定方式工作，所以其工作點(diǎn)始終在H’上移動(dòng)，如b點(diǎn)即為相應(yīng)于 Q’的新工作點(diǎn)，相應(yīng)的水泵特性曲線為B₁，A則是由A₀向上平移得到的管路特性曲線，導(dǎo)致最不利點(diǎn)水壓高升為H₁，H₁>H₀，二者的差值為多余浪費(fèi)的水頭即圖2中陰影部分，另外，泵出口處恒壓對(duì)用戶而言是變壓，水壓波動(dòng)范圍是H₀～H’，能否保證用戶處的最低水壓，其控制可靠性存在疑問。

2.2 控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)
　　將控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)，以該點(diǎn)水壓標(biāo)高H₀（圖2）定值作為控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)目標(biāo)。隨用水量大小的變化調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵特性曲線變化，而管路特性曲線A₀恒定不變，水泵工作點(diǎn)始終在A₀上移動(dòng)，最不利點(diǎn)水壓不變始終為H₀。如供水量為Q’時(shí)，水泵特性曲線為B₂，工作點(diǎn)為C，供水壓等于需要的水壓，沒有能量的浪費(fèi)。與泵出口恒壓控制相比，在同樣供水量時(shí)將使水泵以較低的轉(zhuǎn)速工作，消除了圖中陰影部分的能量浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了最大限度的節(jié)能供水。
　　除此之外，在最不利點(diǎn)控壓還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性曲線等因素發(fā)生什么變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的，保證水壓的可靠性高。這種控壓方式僅是改變壓力傳感器的安裝位置，增加相應(yīng)信號(hào)線的長(zhǎng)度。過去采用的是以電壓信號(hào)輸出的壓力傳感器，由于存在信號(hào)衰減等問題而對(duì)設(shè)置距離有所限制；現(xiàn)在新型以電流信號(hào)輸出的傳感器，為選擇合理的壓力控制點(diǎn)位置創(chuàng)造了技術(shù)條件。

3. 討論與結(jié)語

　　綜上所述，在進(jìn)行加壓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，壓力控制點(diǎn)的位置選擇是重要的內(nèi)容。對(duì)氣壓給水系統(tǒng)而言，氣壓罐的安裝位置是一個(gè)影響系統(tǒng)技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，不可片面的強(qiáng)調(diào)氣壓罐設(shè)在較低處的優(yōu)點(diǎn)，而應(yīng)在條件允許時(shí)盡可能將壓力控制點(diǎn)或氣壓罐設(shè)于供水的最不利點(diǎn)及較高處，特別在居住小區(qū)等規(guī)模較大的加壓給水系統(tǒng)中更應(yīng)給予充分重視。這樣，可以改善供水技術(shù)性能，穩(wěn)定或減小供水壓力波動(dòng)，減小氣壓罐容積和承壓，尤其在節(jié)能方面可有效的減小供水能量浪費(fèi)。
　　無論對(duì)于氣壓給水系統(tǒng)還是變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，還應(yīng)注意水泵的高效工作區(qū)域等問題。但根據(jù)前述分析，將壓力控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)，無疑將更易于實(shí)現(xiàn)水泵在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　本文的分析是以兩種極端情況為例。在實(shí)際工程中，可能受具體因素的限制，不宜將壓力控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)處。較現(xiàn)實(shí)的做法應(yīng)是在條件允許的情況下，盡可能將壓力控制點(diǎn)靠近最不利點(diǎn)。這種方案對(duì)給水設(shè)備本身無顯著的影響與改變，尤其變頻調(diào)速給水系統(tǒng)更是如此。因此，這是一種先進(jìn)、實(shí)用、可行的方案，能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。