叠压供水范文（精选5篇）
叠压供水 第1篇
一、无负压供水设备的现状
中国的第一台无负压叠压供水设备出现在1997年, 但由于无负压叠压供水设备需要与自来水管网进行串接, 对于设备的安全系数要求极高以及人们对供水的卫生要求并未重视, 所以没有大量开始使用。2003年, “非典”肆虐中国时, 人们开始注意到供水二次污染的严重性, 尤其是北京的小汤山医院使用无负压叠压供水系统彻底的解决了供水系统的二次污染问题, 至此该新型供水设备开始得到了世人的关注。另外, 它在节能、节水节地、节省建设资金等方面也有显著的优势, 使它的市场需求骤然升温。然而, 由于无负压产品的国家标准设置滞后, 缺乏行业监管, 所以目前无负压供水设备的市场秩序混乱。
二、无负压叠压供水的工作原理
无负压叠压供水设备主要由变频控制系统、负压检测及处理系统、水泵机组、稳流罐、真空抑制器、双向补偿器及各种管件、阀门等构成, 如图所示。该设备串接到市政自来水管网上, 在市政余压的基础上直接增压, 减少部分能耗, 实现节能效果。此设备的核心部件是稳流罐和负压抑制系统, 稳流罐是连接在自来水管网与水泵吸入口之间的特制密闭容器, 以实现增压稳流作用, 同时配合负压抑制器抑制真空形成。负压抑制器是根据市政管网水流量和压力信号, 通过控制系统自动调节控制, 实现平衡稳流罐内的压力使之不产生负压, 从而避免了水泵与管网连接运行时对管网内其他用户供水压力产生影响, 这样既充分利用了市政管网的压力, 又不产生负压, 不对市政管网产生任何不良影响, 保证了用水的安全性。
一般情况下, 无负压叠压供水设备运行时分以下几种状态,
1、Q自>Q用
当检测到市政管网流量大于用户侧需求流量, 此时, 双向补偿器a侧阀门关闭, b、c侧阀门打开, 加压后的自来水经过双向补偿器进入高压腔, 向高压腔内充水, 同时负压抑制器开始储存能量, 最终使稳流罐内处于满水状态。在此种状态下, 水泵不会从市政管网超量取水, 即不会产生强抽, 所以不会产生负压。
2、Q自 当检测到市政管网流量小于用户侧需求流量时, 流量控制器开始动作, 通过内部阀瓣的开度来改变截面积, 使得从市政管网进入稳流罐的流量减小。此时, 双向补偿器c侧阀门关闭, b、a侧阀门打开, 同时负压抑制器释放能量, 将高压腔内储存的水通过双向补偿器挤压进入水泵机组进水管侧, 以补偿市政管网流量的不足。 3、小流量状态 当用户侧用水量很小时, 水泵机组停止运行, 此时双向补偿器a侧阀门关闭, b、c侧阀门打开, 负压抑制器释放能量, 将高压腔内储存的水压入到用户管网, 满足用户用水。 4、 如果市政管网的余压和流量满足用户用水要求时, 水泵机组停止运行, 双向补偿器b侧阀门关闭, a、c侧阀门打开, 这样就构成了市政直供状态。 三、无负压叠压供水的优缺点 无负压变频恒压供水系统是在传统变频供水系统的基础上发展起来的一种新型供水方式, 其主要特征是取消了泵前的水池或水箱, 水泵直接串接市政供水管网上, 通过先进的自动控制系统对泵前和泵后压力进行调节, 它具有如下的优点: 1、节能高效 在市政管网剩余压力的基础上叠加不够部分的压力, 充分利用市政管网余压, 二次加压水头损失很小, 节约大量的运行成本。 2、节省投资 由于结构紧凑, 缩小了占地面积, 而且取消了泵前的水池和水箱, 节省了土建投资, 提高建筑物的有效使用面积。 3、清洁卫生 实现了全封闭供水, 杜绝了自来水在水池或水箱中滞留时与空气接触而产生的水质污染。 尽管无负压叠压供水设备有其闪亮的优点, 但它也存在着不足的地方: 此系统取消了水池和水箱, 而且稳流罐的容积一般较小, 储存的水量非常少, 一般只有2~4吨左右。当市政管网供水量小于建筑物设计秒流量时, 稳流罐内的储水量和压力迅速降低, 水位在短时间内降至最低控制水位而使系统停止工作, 所以要求当地市政供水系统供水工况要良好, 供水水量要充足。 四、结语 虽然无负压叠压供水设备属于建设部推广产品, 它与传统供水方式相比, 也确实有着不可超越的优势, 但是无负压叠压供水设备不是万能设备, 也不是造水设备, 而是属于利用市政管网的余压一种节能设备, 关键还是在水泵选型和电气控制上, 所以无负压叠压供水设备如果过程控制不好将会对市政管网产生很大冲击, 而且水厂的能耗将会增加, 所以在选用的时候需要综合考虑。
参考文献
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叠压供水 第2篇
【关键词】叠压供水技术；市政工程；给水管网；应用问题
所谓叠压供水技术，也可以称之为无负压供水技术，是近几年我国市政给水管网系统的设计施工中较为常用的供水技术，这种供水技术具有经济节能、安全卫生、经济方便等诸多优点，很好的解决了传统给水管网系统应用中的水资源二次污染问题，极大的提高了城市居民的用水质量，是一个非常值得大力推广的供水加压技术。但是由于我国相关部门对于叠压供水技术的使用规范与相关制度要求还不够完善，使得叠压供水技术在实际应用中存在着一定的问题，影响到叠压供水技术的大力推广与应用。以下本文中就来对叠压供水技术在市政给水管网中的具体应用情况进行探讨分析。
1.叠压供水技术的应用概述
在我国的城市建设发展中，传统的市政给水管网主要是利用水泵加压的方式将自来水由地下抽入建筑屋顶的水箱中，再由水箱分散到各家各户中去，这种供水方式很好的解决了高层建筑的供水问题，但同时也使得水资源遭受了二次污染，屋顶水箱在长期使用中会滋生一些有害物质，造成水体污染。随着人们对生活品质要求不断提升，如何解决给水管网系统中的二次污染问题就成为了社会关注的市政工程焦点问题。
而叠压供水技术的研发与应用很好的解决了这一难题，这是一种直接给水技术，并不经过水箱的存储而是采用全封闭式的管网系统，减少了氯离子的挥发，防止水源中滋生细菌或藻类生物，因而有效的避免了水体的二次污染。
事实上，采用叠压供水技术来改进市政给水管网系统的性能不但能够防止水源的二次污染，而且还具备很多其他的优越性。如：采用叠压供水技术能够利用先进的变频技术实现自动化的供水设备，使其可以根据需求自动加压，将用户的用水管网与市政供水管网直接连接在一起，实现了不产生负压且能高效利用余压的供水系统，极大的降低了供水设备的能耗，提高了能源的利用率，实现了节能效应。再者，采用叠压供水技术不用再利用水箱来实现供水，因此也就不必在建筑工程中修建地下水池和与屋顶水箱，使得建筑工程的整体工程量有效减少，降低了工程造价，且能够最大程度的利用市政管网的压力，从而减少了加压扬程设计，可以采用功率较小的水泵，从而降低了给水管网的设备投资。另外，利用叠压供水技术还能够减少物业的管理工作量，提高供水管网系统的工作效率，延长设备的使用期限，并且整个供水管网系统更加美观，不会产生太大的噪音。最重要的是采用叠压供水技术的供水设备能够通过充分利用管道内的余压，来缓解其他动力对市政水源的影响，且能够对市政供水起到一种瞬时补偿作用，极大的缓解了市政进水管在用水高峰期的负荷。
2.叠压供水技术推广应用中存在的问题
尽管目前叠压供水技术在我国的市政给水管网系统中已经有了一定程度的应用。但由于受社会政策、经济因素、技术应用等各方面的限制，使得叠压供水技术在市政给水管网的应用推广中出现了一些问题与缺陷，具体可以分为以下几方面：
2.1当前的市政管网供水系统不够完善，不能体现出叠压供水技术的节能性
这是因为在市政给水管网的运行中，都要设定一个最合理的供水水压线，以实现较大的运行效益。但在实际的应用中，市政给水管网的最大负荷往往只在高峰期较为紧张，而平时则需求较少，这就使得实际的供水水压线与设计中的水压线由很大差别，从而使得叠压供水设备无法实现高效的运行效果，减小了叠压供水技术的节能作用。
2.2缺乏相应的管网叠压供水管理条例
除了个别城市出台了允许有条件的直接从市政管网取水供水，其相应的管理条款也明显滞后于当前管网叠压技术的发展速度，绝大部分城市的供水管理部门明确规定不允许外接设备在市政管网上直接取水，当前的《城市供水条例》很大程度上限制了管网叠压供水的大面积推广，供水企业与政府管理部门在这个问题上存在很大的争议，亟待制定允许管网叠压供水系统接入市政管网的技术标准。在未加论证的情况下，盲目地大面积推广管网叠压供水，可能为今后的供水调度和管理带来不便。
2.3管网叠压设备的生产需要有严格统一的标准
在国家行业标准推出以前，没有完全统一的技术标准，直接导致市场的设备参差不齐。基于无负压供水系统少了二次供水的水池水箱，在水量不能满足的情况下，稳流调节罐内储存水量有限，只能满足短时间的抽水需求。如果大面积的推广无负压设备，其实就是取消了很多建筑用水的调节水池，建筑所需要的用水量和调节用水量都由市政管网承担，必然加大了城市供水的时变化系数，对城市管网的建设要求更高。如果一些城市的市政供水压力比较低，供水量和水压波动比较大，有间歇性停水的情况下，再配套用无负压供水设备，就会对周边用户用水产生影响。因此，目前大多数城市管网供水现状不支持大面积推广无负压技术。
3.大力推广叠压供水技术的应对措施
在市政给水系统中，用户主要考虑到用水的安全可靠性，而管理部门主要考虑的是管理的方便性和工艺效益的最优性。在引进叠压供水设备的同时，其他相关硬件设施和保障制度应该同步进行。在市政供水矛盾比较突出，供水不稳定的地区，应该谨慎引入叠压供水设备，在该技术使用前，应充分论证叠压供水技术在实际情形中的可靠性，研究市政管网在不同的参数运行条件下，叠压系统运行的效率和可靠性以及加压水泵直接从市政管网抽水的时候对周围用户的水量水压影响。优化城市供水系统，使城市管网供水更加高效、安全、节能。
国家标准和行业标准的制定应随时跟上新技术的发展，相关管理部门应该牵头组织，进行叠压供水技术的进一步探讨和准入条件的科学试验，健全和完善叠压技术在供水应用中的法规和制度。通过市场和行政相结合的手段，对市场上的叠压供水设备进行有效管理，出台严格的技术标准，确保市场上叠压供水设备的质量。创造条件，灵活管理，有效引导和支持供水单位对叠压供水技术在工程中的应用。
4.结语
总之，充分利用管网余压供水，尽量避免供水二次污染，做到节能节水环保，采用叠压供水技术取代传统供水技术是时代发展所需。因此，我们要不断完善叠压供水技术，促进市政硬件设施水平的提高，完善供水管理体制，促进叠压供水技术在市政给水管网中得到更为广泛的应用。 [科]
【参考文献】
[1]孙元帅.无负压供水设备在实践中的应用[J].山西建筑，2009.
叠压供水 第3篇
1 原有供水系统组成
1)该校区平面分布概况。该校区共有四个大的分区,分别是教学办公区、宿舍生活区、后勤保障区、体育活动区。
2)供水系统由水源点、过滤池(下水池)、储水池(上水池)、环形供水管网、环形消防供水管网、各用水点组成。上水池底标高为86 m,各用水点最高标高为76 m。供水系统采用生活用水、消防用水共用储水池,分管网供水的方式。储水池总有效容积为500 m3,消防用水出水口低于生活用水出水口,有效生活用水为300 m3,消防用水最大为500 m3,最小为200 m3。
3)供水管道的选择。根据用水人数、用水点的数量、用水时间集中等院校的固有特点,总供水管选用了DN150的钢塑管,用卡箍连接;消防用水供水管道采用了DN100的钢塑管,用卡箍连接。经两年多的使用实践,供水水压足够,证明管道直径的选用是正确的,略有富余,为日后校区宿舍等进一步发展扩容预留了一定的富余供水量。
2 供水系统改造形式的思考
市政自来水管道接通到校区南侧,那么自来水管道与原有供水系统如何顺利衔接,是必须认真加以分析思考的。广州自来水公司一般惯例是自然层三层(含三层)以下采用直供水,自来水公司对水压给予保证,对于三层以上的供水,水压不予保证,由各用户自行解决,一般来讲,不外乎有以下几种方式:1)修建上水池与下水池,将下水池的水抽往上水池,利用相对较高的上水池往各用水点供水,其优点是稳定可靠,施工安装简便,缺点是由于是二次供水,上下水池都需要定期清洗以确保自来水不被污染,以及存在顶层供水水压不足等缺点;2)只修建下水池,将下水池的水用变频加压供水系统往各用水点供水,优点是可节约上水池建设空间,水压稳定,节能,水质受污染的可能性比第一种方式要低,但下水池也要定期清洗,缺点是必须有应急供电系统,否则停电即停水。而且设备如果出现故障,必须及时抢修以保证供水;3)采用管网叠压(无负压)供水系统,其优点是可利用市政自来水管网压力,比第二种供水方式更节能、更环保,由于系统为非二次供水系统,没有非密闭的储水池(罐),无须定期清洗水池。缺点是对市政自来水管网压力要求较高,而且同样是停电即停水,须有应急保障用电系统,再者是出现重大故障必须抢修及时,以保证供水正常。由于市政自来水管网是新建的,经向自来水公司了解,管网的管道及加压系统的标准很高,水压相当恒定的可靠性较高,经过综合考虑分析,决定采用管网叠压(无负压)供水系统。
3 供水系统的改造
供水系统的改造,我们将供水系统可能遇到的最坏情况综合考虑进来:1)停电;2)发电系统故障;3)供水加压设备故障。可以设想的一般情况是停电,但是最坏的状况是三项同时发生。我们按最坏的状况来考虑,即停电了,发电机也坏了,设备也同时出现了故障,也要能确保消防用水,基本的生活用水能保障12 h左右。
为此,我们将原供水系统的下水池废弃不用,但将上水池利用起来。具体改造方法如下:管网叠压(无负压)供水设备安装位置选在东南角接近市政供水管网附近,同时为保证机器的正常运行,专门修建了隔声防震的设备用房。市政自来水通过管道直接接入管网叠压(无负压)供水设备的不锈钢储水罐,通过变频离心泵加压后进入原供水系统,自动变频器及控制系统根据校区同一时间内的用水量的增减,通过变频及开关水泵的数量,从而实现非二次供水的增压供水,为广大师生提供了全天候足量的清洁的生活用水,深受广大师生的欢迎。至此,校区供水系统顺利接入市政供水系统,用上市政自来水的第一步目标已经实现。第二步,对原供水系统的上水池供水系统进行改造。首先,由于消防用水是独立的环形闭合管道,只要上水池有水,不用作任何改造都可以保证至少200 m3的消防用水。向上水池的供水,利用原下水池往上水池供水的管道,接入校区环形闭合供水管网,在上水池的进水口增加自动浮球遥控水阀确保水满后不会溢出。但原来上水池的生活用水下水口是与原环形闭合供水管网直接连通的,市政自来水通过管网叠压(无负压)供水系统加压后,压力为0.4 MPa,到达上水池生活用水出水口处压力仍有0.1 MPa,肯定会使水池水往外溢出。为此,需要给上水池生活用水下水管道增加一个单向阀。根据以往的工程经验,单向阀止水效果比较好的是铜合金制作的阀门,而且直径较小的可靠性及密闭性相比大直径的单向阀更好。我们选用了直径75 mm的铜单向阀,但明显直径比给水管网150 mm的管径小多了。需要截面相等或相当,则需要多个DN75铜单向阀并联起来。DN150的截面积S=πr2=5 625π,DN75的截面积S=πr2=1 406π,显然需要(5 625π÷1 406π=4)4个DN75的铜单向阀。单向阀安装的位置也须特别注意,比较合适的安装位置是水塔中间处。因为保证了在没有电力供应或管网叠压(无负压)供水设备故障引起管网失压时,有一定压力的水(约0.1 MPa)足以冲开单向阀,使上水池储备的300 m3生活用水可供给供水管网。与此同时,我们不得不考虑的一个问题是:毕竟停电及设备故障的概率较低,上水池的水长期得不到更换,正所谓户枢不蠹,流水不腐,不动的水很容易变质,因此,我们将校区的绿化喷淋系统接入消防水供水系统,因绿化喷淋用水每天是一定量的,可以形成小规模的流动,水质没那么容易变质,同时每两个月还必须对上水池进行一次清洗消毒,以确保万一需要用上水池的水作生活饮用水时,水质还是良好的。供水系统经过上述改造后,已经运行了一年多时间,期间经历了几次停电(半天左右)等,上水池的水基本能满足校区师生的用水需求,总体效果很好,达到了预期目的。
经过改造,我们认为以下几个问题是准备使用叠压(无负压)供水设备应予以认真考虑的。1)市政管网供水水压及水量的恒定性较好。经过计算,我们选用的加压设备型号是DWG-200-60,即每小时的供水极限为200 m3,供水扬程为60 m,200 m3/h的流量折合是55.5 L/s。当然,此极限用水需求一般不可能出现,一般而言,最大瞬间用水量为设计最大用水的70%～80%,而且持续时间不会太长。因此,没有供水水压及供水水量恒定性较好的前提,叠压(无负压)供水设备很容易出现故障。2)要有足够的技术力量做好日常的维护保养。一般电工经过培训都能做好叠压(无负压)供水设备的一般性保养,及迅速排除故障,维修好设备。同时,设备生产厂商的售后服务一定要到位,能做到24 h内必须到场抢修,譬如变频器出现故障,一般电工就很难处理,厂家如果不能快速反应并维修好,供水就难以为继。3)要与自来水公司协调好,目前,自来水供水在叠压(无负压)供水设备设备房内,安装了水压等自动监控系统,并通过中国移动实时将有关数据传输回自来水供水,方便自来水供水对管网的压力进行及时的监控。
摘要：以广州某学院供水系统改造为例,介绍了该校原有供水系统的组成,在对供水系统的改造形式进行研究分析的基础上,阐述了供水系统的具体改造方法,并指出使用叠压(无负压)供水设备应注意的事项,从而为今后类似改造工程积累经验。
关键词：供水系统,管网叠压(无负压)供水设备,消防用水,绿化喷淋系统
参考文献
叠压供水 第4篇
随着科技的进步和社会的发展,给排水设备经历了从传统的水泵加压屋顶水箱到现在比较常见的变频恒压供水系统[1,2],20世纪末又出现了一种新型的供水设备——管网叠压供水系统。
管网叠压供水系统主要针对传统供水系统蓄水设备占地面积大、难清洗、二次污染严重等问题对供水设备进行了改进。该系统在变频恒压供水系统的基础上取消了蓄水设备,直接将进水管接到市政管网上,既继承了变频恒压供水系统节能高效的优点,又避免了二次污染等问题,而且充分利用了管网余压,进一步减少能源浪费[3,4]。由于管网叠压供水系统直接将加压水泵串接在市政管网上,如果控制不当将影响到市政管网的压力,从而影响到其他用户用水,这就对管网叠压供水系统的控制提出了更高的要求[5,6]。
传统供水系统是一个非线性程度较高、多变量耦合的系统,其精确数学模型很难确定,实际工程中多采用PID控制策略。但是管网叠压供水系统在处理用户端用水量扰动的同时还需顾及来自进水端的管网压力的波动。叠加在水泵上的管网压力的变化,实质上改变了水泵自身的运行特性曲线,使得系统运行的变化范围更大,更易受到干扰。而且常规PID控制参数整定比较困难,对于不同的控制对象难以得到满意的控制效果。针对常规PID的缺点,本文采用模糊算法对PID的参数进行实时在线调整,形成模糊PID控制器。该控制器既不要求精确的数学模型,还可以通过语言描述复杂的非线性系统。本文以叠压供水系统为控制对象对其分别采用常规PID和模糊PID进行控制,利用Simulink建立其仿真模型,从仿真结果可以看到管网叠压供水系统采用模糊PID控制后可以达到更好的控制效果。
2 管网叠压供水系统
管网叠压供水系统主要由压力传感器、变频器、水泵机组、控制柜及附件组成。设备进水管接到市政供水管网上,由压力传感器得到系统实际输出扬程。控制器根据扬程误差值调节变频器输出电压,从而调节水泵的转速,使系统输出扬程达到要求。其结构如图1所示。
常规的PID控制由于无法顾及调速过程的动态特性,供水动态品质较差,在供水过程中容易引发供水管路振荡、水流喘振、喷溅、噪音、混合供水水温无法调节、压力过高过低时响应速度慢等多种不良状态,影响供水稳定性及用户的用水舒适性。且由图1中可以看出,管网叠压供水系统取消了蓄水设备,使得加压设备与管网直接相连,调速振荡而产生的水泵脉动及流量突变直接传递到管网,将会对管网造成冲击,破坏管流的连续性流态,产生瞬变流及管道压力的振荡,引发积气、气囊等安全隐患,影响管网的正常安全运行[7,8]。
3 模糊PID控制原理
模糊PID控制器针对常规PID参数不可调的缺点,采用模糊算法在常规PID基础上,引进当前误差e以及误差的变化率ec作为输入,通过模糊规则进行模糊推理,调整PID控制器中Kp,Ki,Kd 3个参数,从而实现参数的在线实时调整[9,10]。本文将模糊PID应用在叠压供水系统中,系统结构如图2所示。
为了便于控制,本文取了7个模糊集合来描述,即负大、负中、负小、零、正小、正中、正大(NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB),其中e和ec的论域为(-1,1),Kp,Ki,Kd的论域为(0,1),论域两端的隶属度函数取半三角形函数,其余取三角形函数。根据实际经验和反复修正Kp,Ki,Kd 3个参数的结果,得到本系统的模糊规则如表1所示。
4 系统仿真
在Simulink环境下,建立管网叠压供水系统仿真模型。系统主要由压力传感器、变频器、异步电动机、水泵、控制器组成,其模型如图3所示。
图3中,水泵模型是根据相似定律,通过拟合实际水泵的参数曲线所得。输入量主要有电动机转速n,管网余压所能达到的扬程H0和用户流量Q,输出转矩作为异步电动机的负载转矩。H是水泵输出的扬程,经测量后与设定值比较得到压力偏差,作为控制器的输入。控制器经分析后将控制量传输到变频器中,变频器采用恒压频比控制方式,通过自动调节电压的频率和大小来调节电动机的转速和功率,进而调整水泵输出扬程。
对于某管网叠压供水系统A, 其异步电动机参数PN=15 kW,p=2,nN=1 460 r/min,额定电压UN=400 V,频率fN=50 Hz,定子电阻Rs=0.214 7 Ω,定子电感Ls=0.000 991 H,转子电阻Rr=0.220 5 Ω,转子电感Lr=0.000 991 H,互感Lm=0.064 19 H,惯性常量J=0.102 kg·m2,摩擦因子F=0.009 54 N·m·s。
当用户流量为5 m3/h,管网余压和流量干扰为零,给定扬程参考值发生阶跃变化时,对系统A分别进行常规PID和模糊PID控制,调整各自参数使系统输出达到最佳效果,响应曲线如图4所示,此时两种控制器的参数如表2所示。
由图4可以看出,系统A在无干扰时,经常规PID 和模糊PID 调节后均能在无超调的情况下快速地跟踪给定信号。但稳态常规PID波动比较大,而模糊PID控制器的跟踪比较稳定,其动态性能和稳态性能较好。
为分析两种控制器对不同工况的适应情况,保持两种控制器的参数不变,将其应用到另一管网叠压供水系统B。其参数为PN=7.5 kW,p=2,nN=1 440 r/min,额定电压UN=400 V,频率fN=50 Hz,定子电阻Rs=0.738 4 Ω,定子电感Ls=0.003 045 H,转子电阻Rr=0.740 2 Ω,转子电感Lr=0.003 045 H,互感Lm=0.124 1 H,惯性常量J=0.034 3 kg·m2,摩擦因子F=0.000 503N·m·s。在用户流量为2 m3/h时,观察到系统B对这两种控制器的响应曲线如图5所示。
由图5可以看出,当系统参数变化时,常规PID和模糊PID均能保持较快的响应速度。但是常规PID出现了较明显的超调,而模糊PID的响应特性没有受到系统参数改变的影响。对比图4可知,模糊PID对不同系统的适应性比常规PID更好。
在实际工程中,对于新的控制器往往需要根据控制对象本身设定其参数,在没有精确数学模型的情况下一般根据工程师的经验来调节。为了研究模糊PID和常规PID参数的可调范围,将表2中的参数均减为原来的一半,如表3所示。再将其应用到系统A中,观察系统A的响应曲线如图6所示。
由图6可以看出,当两种控制器的参数均减小后,常规PID不仅调节时间变长,而且出现了较大的稳态误差。相比之下,模糊PID的调节时间基本不变,而且稳态误差也要小很多。可见,模糊PID控制器的参数可调范围更广,应用更加方便。
为了研究模糊PID和常规PID的抗干扰性能,仍保持两种控制器的参数如表2所示,在系统A中对管网余压H0和用户流量Q分别施加阶跃干扰,观察系统A的响应曲线。
当H0由10 m突然增加到13 m时,水泵功率P和输出扬程H的变化曲线如图7所示。
由图7可以看出,管网余压增加时,水泵功率相应减小,可见管网叠压供水系统能有效地利用管网余压,更加节能。但是管网余压的变化对输出扬程产生了影响,还可以看出,系统A在常规PID控制下的冲击比较大,调节时间也比较长,而模糊PID则可以比较有效地抑制管网余压的干扰,更好地维持输出扬程稳定。
当Q由5 m3/h增加到10 m3/h时,水泵功率P和输出扬程H的变化曲线如图8所示。
由图8可以看出,当用户流量增加后,水泵做功增加,引起输出扬程下降。系统在常规PID和模糊PID控制下最终均能稳定到给定参考值上,但是常规PID产生的冲击相对较大,调节时间较长。而模糊PID不仅波动小,而且调节时间短,可见其具有更好的抗干扰能力。
5 结论
本文根据管网叠压供水系统的特点和常规PID控制器参数不可调的缺点提出了模糊PID控制器。该控制器既避开了对控制对象数学模型的要求,又实现了控制器参数的在线调整,有效改善了常规PID的性能。通过Simulink仿真,建立管网叠压供水系统的模型,并对其分别采用常规PID和模糊PID进行控制。由仿真结果可知模糊PID控制器动态性能好,适应范围广,抗干扰能力强,具有很好的鲁棒性,能够较好地适应管网叠压供水系统。
参考文献
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叠压供水 第5篇
关键词：管网叠压,供水系统,高层建筑
0 引言
随着我国经济的快速发展,国内各地区的新建民用建筑,高层建筑占的比例越来越高,尤其是土地供应紧张的大中型城市。如何合理的对这些高层建筑进行合理的给水系统设计,对这些建筑日常运行的经济性以及安全可靠的运行有着重要的意义。人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高。再加上目前能源紧缺,因而采用高性能、高节能、高环保,能适应不同领域的无负压(叠压)供水设备成为必然趋势。
高层建筑给水系统低区部分可以直接由城市给水管网供水,高区部分则由水泵加压供水。就现在城市给水状况而言,自来水网一般可满足建筑7层以下的生活用水要求,超过部分的供水应根据具体情况确定。以前传统供水通过二次加压泵站将水供给到用户,但因为管理不善、水池、水箱无法定期的清洗、消毒措施失效以及系统本身存在缺陷,特别容易造成水质污染,甚至产生严重的水污染事故。而无负压给水设备的研制成功弥补了传统供水的不足。无负压管网叠压供水系统是在传统供水系统的基础上发展起来的一种新型供水方式,管网叠压供水设备,其实也就是我们经常所说的无负压变频供水设备,又叫做变频无负压供水设备。管网叠压供水设备的主要控制参数包括设备的流量、压力、电机容量等,它采用了系统工程技术、流体控制技术、微机变频技术、过秤组态技术、数据处理技术、远程通讯技术实现叠压(无负压)供水的全过程,通过可调控人机界面显示运行状态。以全新的设计原理、流程和结构,实现了真正意义上的管网叠压技术,节能、降耗、环保、卫生。建设部于2007年颁布两项标准CJ/T254-2007管网叠压供水设备,CECS 221∶2007管网叠压供水技术规程,使无负压管网叠压供水设备推广起到了重要的作用。
1 无负压管网叠压供水设备的显著优点
1)无负压。
通过微电脑控制系统,联合真空抑制器、稳流补偿系统实现无负压供水,从而避免对自来水管网产生影响。
2)密封性好。
无负压管网叠压设备是密封结构,不存在泄露现象,也不需要清洗。
3)节能。
无负压管网叠压利用水泵叠加的原理,对用户所需压力和自来水管网的压力“差多少,补多少”。当自来水满足要求时设备停止工作,全部由自来水直供,节电可达35%～85%。
4)节省投资。
无负压管网叠压设备直接串接到自来水管网上进行加压供水,不需要再修建生活水池或水箱,也节省了后期管理费用。
5)智能化程度高。
无负压管网叠压设备采用变频控制器,无需人员职守,无水自动停机,来水自动开机。水泵定时自动切换,过流、过压、过载、欠压自动保护。智能的控制程序,可方便简单的在触摸屏上显示各部位的压力参数、电流、电压、频率等参数以及各泵的运行状态。
6)杜绝二次污染。
生活饮用水产生二次污染主要是在二次加压系统中的水池或水箱中,因为水池或水箱不是全封闭结构,将纯净的自来水放入水池中,各种杂质、污染物易进入水中,并且自来水在水池中停留的时间过长,水质易变质。再者不全封闭结构很容易造成投毒等恶性事件,甚至会有动物的尸体。而选用我公司的WFYⅡ型无负压给水设备,无需建水车,且为全封闭系统,同时设备本身采用了食品级不锈钢材质,彻底杜绝了二次加压供水系统中的二次污染,保证了供水系统安全,达到了绿色环保的卫生要求。
7)省占面积,安装简单。
无负压管网叠压体积小,对泵房的基础没有特殊要求,占地面积小,与自来水直接对接,安装简单方便。
2 设备运行原理
具体运行过程如下:
在无高位水箱供水方式中,该设备直接以市政管网为水源叠压供水,具体见图1。
1)当自来水管网本身满足供水的需求时,无负压管网叠压设备处于停机状态,自来水水源通过图1旁通管路直接向用户管网供水。
2)当自来水管网欠压时,设备自动启动,在自来水水压基础上变频调速增压供水,实际按“差多少,补多少”的原则增压供水。注意:设备的控制系统本身即可设置为连续运行方式(不停机),也可现场设置为间歇运行(自动启停)方式,设备如需间歇运行,应在设备选型时配套选购一台气压罐。标配设备不含气压罐,宜设置为连续运行方式。
3)当市政供水压力接近禁止抽吸压力时,其实并非完全不允许抽吸,而是不允许大流量抽吸,因此设备可设置为自动降压运行,例如市政压力正常时,设备出口压力按30 m目标值运行,可供7层住宅建筑全部用户供水,当市政压力接近禁止抽吸压力时,设备自动降压为20 m目标值运行,仍可保证5层以下部分用户的供水。待市政压力恢复正常后,设备会自动恢复按30 m目标值运行。
4)为防止过度抽吸,设备具有低压禁止运行功能,即当市政水源压力太低(不允许继续抽吸)时,经延时确认设备会自动停机。
3 无负压与传统变频恒压供水设备的比较优点
1)节约设备投资:以一套设备为例:一项目要求总流量为100 m3/h,水泵扬程为100 m;如用无负压,在进水压力为0.3 MPa时,水泵扬程可选70 m,节约投资30%;设备水泵扬程越低节约投资越大。如一般变频时水泵扬程要求为60 m时,用无负压水泵扬程可选30 m,节约投资50%。
2)节约设备运行耗电:如上例,在设备满负荷运行时可节电30%,由于大部分时间为非高峰用水(一天中有21 h),非高峰用水流量又一般为额定流量的20%～30%。所以综上所述,根据经验统计无负压比传统变频恒压供水设备节电50%～70%。
计算:
上例水泵总功率约为45 k W,以节电50%计。
45×0.5×24×365=197 100度电×0.7元=13.8万元。
以上一套叠压给水设备与客户成交价一般为36万元～38万元左右。
3)节水方面,无负压管网叠压设备是密封结构,不存在泄露现象,也不需要清洗从而节省了定期清洗水箱时而造成对水资源的浪费。
4)水质卫生,无负压管网叠压设备用自来水直接叠加到水泵进水口,是连续密闭的增压供水,保证了自来水水质卫生,避免了各种水源污染问题。
5)节省占地方面费用,无负压管网叠压设备不需要修建设置蓄水池,节省面积40%。
6)QB全变频节能分析。单泵变频调节范围一般为60%～100%,就是说变频工作在30 Hz以下连微小的流量,也达不到额定的扬程,因为水泵是靠一定的转速产生的离心力来工作的。例一项目两用一备,单泵流量100 m3/h。当用户流量在100 m3/h以内时启动一台泵变频运行;当用户流量需要101 m3/h时,如果选型时为单变频控制,即要启动一台工频(100 m3/h),一台变频(60 m3/h)。这时做了将近60%的无用功。而如果选用全变频时每台为60 m3/h,效率提高将近40%。以上例节约50%为13万元,那40%也在10万元以上,保守一半也在5万元以上(而一台15 k W的变频器仅2万元左右)。
4 结语
无负压管网叠压设备,与传统的二次供水方案相比,不但可节约投资,而且运行管理费用低,供水安全、卫生、可靠,维护管理简单,节省设备安装面积,采用变频控制技术,供水安全可靠,是很好的供水解决方式。
参考文献
[1]CECS221∶2007,管网叠压供水技术规程[S].
[2]GB50231-2009,机械设备安装工程施工及验收通用规范[S].