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崔景立:二次供水低位生活水箱进水管振动及其原因分析

本文作者 崔景立 机械工业第六设计研究院有限公司 教授级高级工程师 01 建筑二次供水低位生活水箱进水管振动原因 1.1 储水设计用水时间不同,储水量与平均小时用水量的倍数关系差别…

本文作者

崔景立

机械工业第六设计研究院有限公司 教授级高级工程师

01

建筑二次供水低位生活水箱进水管振动原因

1.1 储水设计用水时间不同,储水量与平均小时用水量的倍数关系差别较大。

对建筑二次供水系统来说,低位生活水箱、转输生活水箱、高位生活水箱等,其有效容积的大小,《建筑给水排水设计标准》GB 50015-2019(以下简称“建水标”)均做了相对明确的规定。如果每座高层建筑都不设低位生活水箱,二次供水泵直接从市政供水管网抽水,也是不现实的。因此,“建水标”规定生活用水低位贮水池的有效容积宜按建筑物最高日用水量的20%~25%确定。简单换算一下:

  • 如果用水时间取24h,低位贮水池的有效容积为平均小时用水量的4.8倍~6倍;

  • 如果用水时间取12h,低位贮水池的有效容积为平均小时用水量的2.4倍~3.0倍;

  • 如果用水时间取10h,低位贮水池的有效容积为平均小时用水量的2.0倍~2.5倍;

  • 如果用水时间取8h,低位贮水池的有效容积为平均小时用水量的1.6倍~2.0倍。

换句说话,低位生活水箱按照建筑物最高日用水量的20%~25%储水,设计的用水时间不同,储水量与平均小时用水量的倍数关系差别较大。

1.2 市政供水引入管向低位生活水箱补水时,较多设置液压水位控制阀控制进水,也有设置浮球阀控制进水,或设置浮球液位开关联动进水管上的电动阀控制进水等。

设生活水箱的进水管流量为Q进,出水管流量为Q出,两个流量之间的关系,不论是现行有关设计规范(标准),还是一些专业的工具书,鲜有表述。

以浮球阀为例,从浮球阀的工作原理入手略加分析,还是有章可循的。假设Q进>Q出,对于工频运行的二次供水泵,当二次供水泵从水箱抽水时,由于水箱进水管流量大于出水管流量,浮球稍有下降,很快就又浮起,势必会造成浮球阀不断重复启闭。浮球阀的不断重复启闭,则会带来给水引入管内的压力不断变化。引入管内压力变化不大时,对水箱进水管路的影响不太明显;引入管内压力变化较大时,可能会造成较为剧烈的管道振动,同时也会影响到水箱进水管路上机械水表和阀门等的使用寿命。为了避免浮球阀的不断重复启闭,水箱进水管的流量,还是应该比出水管的流量稍小一些(Q进<Q出)。

注:影响管道水击(水锤)的因素较多。

1.3 进水管管径确定,关系到二次供水系统的可靠运行。

通常情况下,市政给水引入管既承担压力保证范围内低层用户的供水,又承担低位生活水箱的进水。低位生活水箱进水的时候,可能会影响到邻近市政直供用户的供水压力;邻近市政直供用户有大流量用水时,也会影响到低位生活水箱的进水进水压力。那么,低位生活水箱进水管的流量该如何设计呢?

建筑设计院在设计低位生活水箱进水管的时候,有的设计人员采用管道经济流速,根据设计流量确定水箱进水管管径;

有的设计人员采用《全国民用建筑工程设计技术措施—给水排水》给出的流速范围(水箱的进出水管应按其服务范围、对象、进出水方式等经计算确定管径,其管道流速按不同的工况确定,在资料不全时一般可按0.6m/s~0.9m/s选用)。

根据设计流量确定水箱进水管管径。无论是采用经济流速,还是采用0.6m/s~0.9m/s的流速,计算得出的管径,往往大于实际所需管径,进而造成低位生活水箱的进水流量大于设计的进水流量。

1.4 低位生活水箱进水管的流量该如何计算呢?

决定水箱进水管流量的主要因素,不外乎市政供水压力、进水管管径、进水管的敷设情况,以及进水管上的各个阀门附件等。另外,市政给水引入管既承担低层用户的供水,又承担低位生活水箱的进水。上述因素叠加起来,造成水箱给水引入管的计算非常困难,或者说在现阶段,仍然是个不太容易解决的问题。

一直以来,建筑给水排水有关设计规范(标准)对此仍是空白。

02

解决方法探讨

针对上述问题,一些供水企业会根据本公司积累的经验。

2.1 结合不同用户的实际情况,为用户配置相应的低位水箱进水管,其管径通常会比建筑设计院设计的管径要小。

2.2 对于既有用户,也有通过调节(关小)水箱进水管上的阀门,降低给水引入管的流量,从而避免出现浮球阀不断重复启闭的情况。这种做法,对于工频运行的二次供水泵来说,是有效的。

2.3 对于变频运行的二次供水泵(组),即使按照Q进<Q出(Q出为二次供水系统的设计秒流量)设计低位生活水箱进水管,由于变频运行的二次供水泵(组)多为恒压变流量,当变频供水泵(组)在低于设计流量运行时,必然也会出现Q进>Q出的情况,是否也会出现浮球阀重复启闭呢?答案是一定的,只是持续时间的长短而已。

2.4 鉴于变频二次供水泵(组)供水流量实时变化,Q进与Q出的关系不固定,为了避免出现因水箱进水量大于出水量而引起的浮球阀重复启闭,进而造成管道振动等,在选择低位生活水箱进水控制方式时,有以下两种措施可供选择和探讨:

(1)在低位生活水箱进水管上设置电动阀门,通过浮球液位开关控制电动阀门的启闭。另外,在关阀水位上方一定高度,增设报警水位,以备电动阀门故障时,提醒有关人员及时处理。

(2)在低位生活水箱进水管上同时设置电动阀门和浮球阀。电动阀门通过液位开关控制,浮球阀作为安全备用措施,其关闭水位比液位开关的联动关阀水位稍高一些即可。

2.5 阀门频繁的启闭,未必一定会造成管道剧烈振动:水箱进水管的剧烈振动,十有八九与浮球阀的频繁启闭有关。水箱进水管的计算,从目前来看,仅靠建水恐怕解决不了。

建议能够由供水部门、建水人员,以及高校等,做一些由针对性的研究或者探讨。

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作者: lichunguang

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