无负压设备供水原理

一、无负压供水设备的工作原理
自来水进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。

当自来水能够满足用水压力及水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网的压力不能满足用水要求时，系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。

水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了自来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。

若自来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。

夜间及小流量供水时可通过小型膨胀罐供水，防止水泵频繁启动。

无负压供水设备关键技术部分为智能控制系统(变频型)和调节罐的真空消除。

智能控制系统核心部分采用西门子可编程控制器，程序软件的编制及设计由资深专业技术工程人员充分根据水泵的运作特点在多年变频给水工程经验基础上精心编制而成，设备具有界面直观，操作简便可靠，性能稳定，高智能化等诸多特点。

调节罐的真空消除也是该项目的关键技术，管网叠加的实现完全依靠罐上真空消除器在罐内水被抽空时及时消除罐内真空，从而达到罐内外压力平稳，由此不对市政管网造成负压影响，不影响其它市政管道用户的正常用水。

二、无负压供水设备的特点
1、技术先进：无负压供水设备将真空抑制技术、流体控制技术和智能变频技术等多项先进技术进行优化融合，无负压供水设备与自来水管网直接串接，实现稳压、节能、卫生、安全可靠运行，不产生负压，不用建水池、水箱。

2、卫生无污染：设备为全密封结构，细菌和粉尘不会进入系统；避免了藻类的滋生，防止了水源二次污染及供水水质污染问题，用户使用的是符合国家卫生标准的自来水。

3、节能效果显著：全封闭结构运行，避免了渗、跑、冒、滴、漏等现象发生，无水池、水箱，节约了消毒冲洗用水。

与自来水管网直接串接，可以充分利用自来水原有压力，差多少补多少，自来水满足要求时设备就停止工作。

无负压供水设备大部分时间在较低频率下运行，耗电量少。

采用变频技术，进一步节能，综合节能一般可达50%以上。

4、运行可靠：对自来水管网无影响，设备利用调节罐无负压自动调节，管网增压供水时不会对原管网产生负压，不影响其它用户的正常用水。

5、投资节约：无需修建蓄水池或水箱，节省了土建投资；无需从零加压，因此设备选型较，设备投资减少；水质无污染，不需要净化设备，节省投资。

可充分利用自来水管网的压力，能耗小，节省日常的用电开支。

没用水池、水箱，节省定期清洗消毒的费用。

6、设备电气配置灵活：电气控制部分既可采用变频恒（变）压控制，也可采用压力(BZG 气压型）直接控制。

三、无负压供水设备应用范围：
1、新建的住宅小区、办公楼、宾馆、学校等民用建筑的生活用水。

2、工矿企业的生活、生产用水。

3、各种循环用水系统。

4、自来水厂的大型供水中间加压泵站。

5、原有气压式及变频调速供水设备的改造工程。

6、低层自来水压力不能满足要求的消防用水。

7、其它一切以自来水为水源，需要增高水压供水的场合。

8、高层建筑的中、高区加压供水。

9、供水流量及供水压力可根据用户要求设计。

10、如总进水经常停水或供水不足，或用水时间过于集中，进水量小于供水量，则不宜采用无负压供水，防止水泵过于频繁启动，损坏设备，而应建贮水池采用变频供水。

四、无负压供水设备的运行环境
1、环境温度：5~50℃；相对湿度：≤90%，无凝露。

2、周围空气无腐蚀性气体、水蒸汽、粉尘等明显污染。

3、安装场所的最大海拔高度1000m。

五、无负压供水设备的功能特点
1、两种工作方式：
自动工作方式：自动方式是作为正常供水状态下的一种工作方式。

一般来讲，当客户正常供水后即选定该种方式，在自动方式工作时，一切管网的不同供水要求，都将在无负压供水设备有效的控制之下，进行多种功能的适应工作。

手动工作方式：该操作方式是为自动工作方式发生故障时，为用户应急设置的一种工作方式，该工作方式完全采用最简单的启动方式，这种方式在操作面板上直接启停任何一台水泵电机，一般只有在自动失灵或调试的情况下才采用。

2、容易并入智能化管理系统，主要部件采用优质元件，整套系统具有很高的可靠性和抗干扰性，其自带的标准串行通讯口（RS485），使得系统与计算机的通信十分方便。

3、水位保护功能，当水罐水位低于设定水位，系统自动保护停机。

液位控制器性能稳定可靠。

4、自动复位功能，停电后复电时或水位恢复时系统自动启动。

5、故障泵屏蔽功能，故障泵屏蔽后直接退出运作程序，由备用泵接替工作。

6、自动保护功能：有过载、过流、短路、缺相、超压、欠压及缺水停机等自动保护功能。

无负压供水设备是水源都是从蓄水池中来，这样自来水的压力就被卸掉了，而且蓄水池需要二次消毒设备。

无负压给水设备系直接利用自来水管网压力的一种叠压式供水方式，卫生、节能、综合投资小。

安装调试后，自来水管网的水首先进入稳流罐，并通过真空消除器将罐内的空气自动排除。

当安装在设备出口的压力传感器检测到自来水管网压力满足供水要求时，系统不经过加压泵直接供给；当自来水管网压力不能满足供水要求时，检测压力差额，由加压泵差多少、补多少；当自来水管网水量不足时，空气由真空消除器进入稳流罐破坏罐内真空，即可自动抽取稳流罐内的水供给，并且管网内不产生负压。

变频恒压供水设备，既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的储存水量缓解高峰用水，且不会对自来水管道产生吸力。

二次加压供水设备广泛应用在自来水管网压力不足的场合。

按水泵(离心式水泵，下同)与管道连接方式的不同，供水方式可分为2种：①水箱—水泵加压供水；②管道泵加压供水。

供水方式①由于水箱能有效地进行水量的吞吐，即在非用水高峰时储存水量(此时自来水管道所能提供的流量Q自大于用户所需要的水量Q用，即Q自＞Q用)，而在用水高峰(Q自＜Q用＝时释放所储存的水量，因此能有效地保障用户用水的可靠性，同时由于自来水管是通过水箱与水泵相接的，故水泵始终不会对自来水管网产生负压，但自来水管网中的原有压力无法被水泵利用，势必造成能量的浪费；供水方式②虽然在Q自＞Q用时能利用管网原有的压力，但因没有蓄水装置
而不能满足高峰期用水量，故无法确保用户用水的可靠性，并且在用水高峰时对自来水管网产生吸力(这是由水泵本身的性质所决定的)，因而无法被广泛应用。

变频供水设备在城市高层建筑供水用得比较广泛。

能有效控制压力的设定，采用静水专用变频器，缓启动，缓停止，无启动电流，无水锤振动小。

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无负压供水设备原理介绍
无负压供水设备是集微电子技术、自动控制技术及多项现代建筑为一体的新技术，是在绿色环保、节能的时代潮流中出现的一颗新星，此产品已被列入国家十一五规划推广项目，经过了几年的实践，该产品正朝着集约化、系统化、标准化方向发展。

一、我国采用的楼宇给水增压系统大致经历了四个阶段：
第一阶段是采用“储水池＋水泵＋高位水箱”的方法，市政来水进入储水池，然后由水泵加压后送至高位水箱，由高位水箱向用户供水，蓄水池起到高峰用水时调节作用；
第二阶段是采用“储水池＋水泵＋压力罐”的方法，市政来水进入储水池，然后由水泵加压后送至压力罐，由压力罐向用户供水，蓄水池起到高峰用水时调节作用；
第三阶段采用“储水池＋恒压变频供水系统”的方法，设定了系统的供水压力后，在控制的作用下，水泵的转速和投入运行的水泵数量随供水量的变化而改变，输出压力的恒定，一定程度上节省了电耗。

第四阶段管网叠压（无负压）供水时代，设备直接连接在市政来水管网上，不需要修储水池，充分利用了市政来水管网的压力，设备具有高效节能、环保无二次污染、自动化程度高、易维修等特性，逐步成为现代建筑的理性的供水方式。

二、无负压供水设备图及工作流程
1、无负压供水设备系统框图
标注说明：1、自来水管网 2、进水口 3、负压消除器 4、流量调节器 5、电接点压力表 6、蝶阀 7、变径短接
8、软接头 9、水泵 10、止回阀 11、远传压力表 12、电接点压力表 13、控制柜智能型管网接力升压供水
设备系统如图所示，系统设定一恒定压力值，如果管网压力高于设定压力值时，电接点压力表6将管网压力反馈给变频控制柜16，使水泵机组11处于停机状态，自来水可通过直供管路直接到达用户管网17对用户进行供水。

当市政管网压力变化或用户管网用水量变化使管网压力下降时，远传压力表14将管网压力反馈给变频控制柜16中的PID控制器，通过PID控制器调整变频器的输出频率，启动水泵机组11并调节水泵转速保持恒压供水；如果不能满足供水要求时，则变频器将控制多台工频泵和变频泵的启停而达到恒压变量供水的要求。

当主管网压力在设定保护压力以上运行时, 则负压抑制系统采用智能化控制技术，根据管网要求，自动控制设备运行工况，当主管网压力在设定保护压力以下运行时，供水设备停止运行。

当进水管来水量不足, 负压抑制系统出现故障，此时负压消除系统开始工作，使得流量调节器内部由负压变为常压，从而避免了设备因来水不足而对市政管网的影响。

当市政管网停水时，水泵机组11仍可工作，直到流量调节器5中的压力下降至电接点
6所设定的下限压力后自动停机，来水后自动开机。

停电时，水泵机组停止工作，自来水可通过连通管路进入用户管网，来电时机组自动开机恢复正常供水。

应用范围
·新建的住宅小区或办公楼等生活用水。

·低层自来水压力不能满足要求的消防用水。

·改造原有的气压供水设备，可以充分利用原有的气压罐。

·已经建好水池的，可以采用智能型管网接力升压（无负压）设备与水池共用的供水方式。

·自来水厂的大型供水中间加压泵站。

·工矿企业的生产、生活用水等。

·各种循环水系统
系统原理
智能型管网接力升压（无负压）设备可根据用户需求设定用户供水压力，如果管网供水压力高于设定压力时，水泵机组处于停机状态，自来水可通过连通管路直接对用户供水。

当市政管网供水压力低于设定压力时，设备自动进人接力升压工作状态，机组通过压力传感器，水泵及恒压变频控制柜组成闭环控制系统，随着用水量的变化，不断调整水泵转速及投入运行的水泵台数，以保持供水压力恒定。

流量调节器是密封容器，在供水管网能满足供水要求时，此设备作为供水管网与供水设备之间的缓冲装置，以消除水泵机组对管网的脉动影响。

在供水管网供水量不足时，作为流量调节装置，以缓解管网用水高峰时的流量不足。

管网保护器安装在流量调节器上，当罐内压力较外界压力高时，管网保护器关闭，水泵机组叠加市政管网原有压力进行恒压供水；当罐内压力与外界平衡时，管网保护器打开与外界相通，避免了负压的形成，保证市政管网安全及其它用户正常供水。

供水管网停水时，设备自动停止运行，管网恢复供水自动开机。

停电时，水泵机组停止工作，自来水可通过连通管直接进人用户管网，来电时机组自动开机恢复正常供水。

我公司（长沙中崛供水设备有限公司）还有下列改进型产品：
在设备出口处安装一只气压罐，可实现设备夜间小流量时进人休眠状态，靠压力罐维持管网压力，可进一步节能。

此装置可在变频器故障时，设备自动转人由气压罐供水的方式，进一步提高设备可靠性。

可将潜水泵装人流量调节器内，这样不但可为用户节省安装空问，而且降低了设备运行时的噪声。

我公司自主开发的适用于大中型供水设备的变频，软启动控制系统，此系统真正实现了水泵无冲击软启、软停，克服了变频控制系统中水泵由变频到工频转换过程中的电器，机械冲击，避免了启停过程中的”水锤”现象。

具有变频，软启控制系统的接力升压供水设备，运行平稳、节能率高、设备初投资少等优点，特别适合于城市供水系统大中型加压站。

采用触摸屏组成的控制系统，外型更加美观，元器件减少，进一步提高了可靠性
系统优点
我公司（长沙中崛供水设备有限公司）多年来从事于管网叠压供水设备的研制生产，我们的产品具有可靠性高、性能稳定、外观美观等特点。

从整体设计上，我们本着务实、求新的原则，本着为社会负责、为用户负责的精神，根据各地自来水公司的要求，设计生产供水设备。

智能型管网接力升压供水设备直接连接在自来水管网上，首先要保证供水管网的安全，尽量减少干扰周围用户。

供水设备是直接为居民供水，投入运行以后，常年工作，在运行期间内基本没有维修周期，所以对可靠性要求很高。

管网叠压供水设备基本上都是无人职守，要求控制系统性能好，不但能自动正常运行时，在出现可恢复故障状态时应能及时保护并在故障消除后自动恢复运行，在系统出现不可恢复故障时应能及时报警，并尽量减少停机保证设备的连续供水性。

我们（长沙中崛）的设备具有一下特点：
一、控制系统性能优越、功能齐全、可靠性高：变频控制系统的主要电器元器件配件都是进口品牌产品，我们产品的基本配置是：
1、可编程控制器(PLC)采用德国西门子产品。

2、接触器、热保护是德国西门子或者是法国施耐德产品，接触器的容量比配用电机容量提高两个档次，例如7.5KW电机额定电流 15A，我们配用32A的接触器，保证控制系统长期稳定运行。

3、变频器选用日本三垦品牌产品或者是瑞士ABB品牌变频器。

4、中间继电器选用法国施耐德产品。

5、其余辅助元器件均是国内知名品牌产品-空气开关为正泰集团产品、面板元件为上海二工集团产品。

我们（长沙中崛）的控制系统设计特点如下：
我公司（长沙中崛供水设备有限公司）是专业生产无负压供水设备的研制生产厂家，我们有一支高素质的技术人员队伍，我们的控制系统无论是性能、外观、可靠性都是国内一流水平，我们独创的无冲击转换系统，已在许多大型设备中应用，系统权威杂志“给水排水”在2004第10期和2007年4期刊登了我公
司此项技术的相关文章，此技术可以消除水泵从变频到工频转换过程的冲击，在大型设备中采用此项技术具有重要意义。

1、为了提高控制系统的可靠性，我们对控制线路和软件专门进行了可靠性设计，比如可编程控制器P LC的输入、输出端子，都采取继电器隔离措施，如果利用控制器PLC的输出端直接启动接触器，因接触器线圈的电感量比较大，长时间运行容易烧毁PLC触点，因控制器PLC中编制有控制程序，如果因故障需要更换则比较困难。

采取对控制器PLC的输入、输出继电器隔离措施，可以提高PLC的可靠性，因控制器PL C是整个控制部分的核心，提高PLC的可靠对提高整机可靠性具有十分重要的意义。

2、在配有供水视窗（触摸屏）控制系统的设备中，触摸屏和变频器之间通讯采取了光电隔离措施，以保证各电器运行安全通讯可靠。

3、在配有远程语音报警系统设备中，当设备出现故障停机时，设备自动拨通预存的电话号码，通知设备管理人员进行及时维修以不影响用户用水。

4、在大中型控制系统中，设备控制通常采用的循环软启动存在着严重的缺陷，在水泵从变频到工频的转换中，会产生致命的电气和机械冲击，导致危害电路和管网安全，我公司研制的无冲击转换技术，可以做到无冲击软起、软停避免机械及电气冲击，此项技术在大中型设备中应用十分重要。

5、在大型设备供水压力要求波动比较大的设备中，可以做变压变量方式供水，控制系统根据开启的工频泵数量及变频器输出频率，估算设备流量，对设备出口压力进行补偿，以达到进一步节能的目的。

６、我公司根据客户需要可以有线监控和无线监控系统，将设备运行状态传输到监控中心进行实时的监视，监控中心也可以对设备的运行进行实时的控制。

７、我公司做的大型水厂监控系统，采用SCAD控制系统，集中检测，分散控制，系统具有较高的灵活性和可靠性。

８、我公司成功的将高压变频应用于自来水厂项目也取得很好的社会效益。

系统创新功能
一、供水视窗系统采用最新的供水视窗软件，人机界面触摸式操作方式，将现场的各泵工作状态、实时压力、变频频率、多种故障显示、修改运行参数、系统参数全部在视窗相应的画面（页数）显示出来。

文字、数字及图形有机的配合，即丰富了系统的内容，又增加了系统的完整性、以利于操作人员更简便、直观、正确的掌握系统运行状态，大大提高了系统的可靠性。

视窗系统上留有多种接口，以备必要时的升级及相应的通信功能。

二、语音报警系统设备可增设远程语音报警功能，当设备控制系统出现故障时，系统触发报警拨号系统拨打预先设置好的固定电话或者手机号码，语音通知管理人员设备有故障需要及时检修，以免影响正常用户用水。

此控制功能需要占用一条电话线以便拨号。

三、远程控制系统设备可具备远程监控接口，利用GPRS/MODEM实现设备的有线或无线远程控制，异地实时控制各泵工作状态、实时压力、变频频率等系统参数，并对故障进行报警记忆处理。

四、多段压力供水模式
设备可根据用户用水特点设置多段供水方式，一般设置一天六时段不同压力供水即可满足用户需要。

时间设置可在人机界面上操作修改，操作简单方便。

设置好后由程序自动控制运行，根据预先设置好的时间自动更改出口压力恒定值。

该供水方式是在原有变频恒压基础上进行的分时段供水，系统可在不同时间段内设定不同的压力值，在用水高峰期时，管网水头损失较大，为保证最不利点正常供水，出水口可设定较高压力值；在一般用水量时，管网水头损失相对减少，出水口设定压力可适当降低；在小流量时，管网水头损失较小，出水口压力可以再适当降低；该供水方式可在原有变频供水的基础上进一步降低设备的后期运行费用。

无负压供水设备原理解析管网水经过管路、过滤器及倒流防止器进入稳流补偿器，再经过稳流补偿器通过水泵加压到用户，其供水流程比较简单。

在同长沙中崛技术人员及业务人员交流时了解到其核心技术部分是如何消除供水过程中的负压现象，而其核心部件又在于稳流补偿器的结构和原理。

下图是其稳流补偿器的结构剖面图。

通过此图我们来分析一下其设备是如何消除负压的。

这里存在几种情况：第一，当自来水供水量大于用户用水量时，可以正常供水，不会产生负压。

第二，当用户用水高峰，自来水供水量不能满足用户用水时，稳流补偿器此时可起到短时间内补充水量的作用，由于稳流补偿器水量的减少造成补偿器水位下降就会形成真空，补偿器内就会出现负压现象，此时不采取措施，势必影响自来水管网的供水压力，造成周边自来水管网压力的紊乱，针对这种情况，其他厂家利用一种称为“真空抑制器”的部件来消除真空，（其原理在此不做详述）长沙中崛则采取罐内补气的原理来消除真空，即将稳流补偿器分为两个腔体A腔、B腔。

如图（2）所示。

其A腔内气体为制造时焊接后预留的气体，A腔预留无负压供水设备原理的气体起着消除负压的作用。

当自来水供水量不能满足用户用水量时，补偿器（即B腔体）内水位下降出现真空，此时由于真空的负压作用形成虹吸现象。

A腔内的气体就会因压力差的作用而被导入到B腔内，由此达到破除真空，消除负压的作用。

当供水量足够时，随着B腔内液位不断上升，会把腔体上端浮球顶起，于是B腔体内空气又重新被压缩回A腔体内进行贮存待用。

（见图3）上述过程即是长沙中崛无负压供水设备所谓“核心技术”。

在此我有以下几点疑惑请业界朋友或长沙中崛的高级技术人员予以答复、澄清和交流。

第一，A腔内贮存气体是否存在有毒气体的可能性。

因为A腔体内的气体是通过一次性焊接后贮存的气体，腔内气体成分大部是焊接产生的烟气。

第二，A腔预存的“有毒气体”在与B腔内水接触后被水慢慢吸收、水溶。

久而久之A腔内气体会被完全水溶吸收，重新产生真空，出现无气可补的现象，一旦B腔出现真空；A腔内。