第六節　氣壓給水設備

72.什么是氣壓給水設備？它的基本組成是什么？

氣壓給水設備是利用密閉壓力罐內的壓縮空氣，將罐中的水送到管網中各配水點的升壓裝置，其作用相當于水塔或高位水箱，可以調節和儲存水量并保持所需的壓力，是一種比較常見的給水設備。

氣壓給水設備由以下幾個主要的部分組成。

①密閉罐，內部充滿空氣和水。

②水泵，將水送到罐內及管網。

③空氣壓縮機，加壓水及補充空氣漏損。

④控制器材，用以啟動水泵或空氣壓縮機。

73.氣壓給水設備的優缺點是什么？

由于氣壓給水設備系統中供水壓力是借管內壓縮空氣維持，罐體的安裝高度可以不受限制，因而在不宜設置水塔和高位水箱的場所，都可采用。氣壓給水設備與高位水箱相比，有如下優點：

①靈活性大，設置位置限制條件少，便于隱蔽；

②便于安裝、拆卸、搬遷、擴建、改造，便于管理維護；

③占地面積少，施工速度快，土建費用低；

④由于氣壓水罐是密閉裝置，水質不易被污染；

⑤具有消除管網系統中水擊的作用。

氣壓給水設備的缺點是：

①儲水量少，調節容積小，一般調節水量為總容積的15%～35%；

②給水壓力不太穩定，變壓式氣壓給水壓力變化較大，可能影響給水配件的使用壽命；

③供水可靠性較差，由于有效容積較小，一旦因故停電或自控失靈，斷水的概率較大；

④與其容積相對照，鋼材耗量較大；

⑤因是壓力容器，對用材、加工條件、檢驗手段均有嚴格要求；

⑥耗電較多，水泵啟動頻繁，啟動電流大；

⑦水泵不是都在高效區工作，平均效率低；

⑧水泵揚程要額外增加Δp=p₂-p₁的電耗，這部分是無用功但又是必需的，一般增加15%～25%的電耗。

74.氣壓給水設備按輸水壓力穩定性不同可以分為哪幾類？各自有什么特點？

按氣壓給水設備輸水壓力穩定性不同，可分為變壓式和定壓式。

（1）變壓式氣壓給水設備

圖1-29為單罐變壓式氣壓給水設備。其工作過程為：罐內空氣的起始壓力高于管網所需的設計壓力，水在壓縮空氣的作用下被送至管網。隨著水量的減少，水位下降，罐內的空氣體積增大，壓力逐漸減小，當壓力小到規定的下限值時，水泵便在壓力繼電器作用下啟動，將水壓入罐內，同時供入管網。當罐內水位上升到規定的上限值時，水泵又在壓力繼電器作用下停止工作，如此往復。變壓式氣壓給水設備常用在中小型給水系統中。

（2）定壓式氣壓給水設備

如需要使管網獲得穩定的壓力時，可采用定壓式單罐給水設備，如圖1-30（a）所示。目前常見的做法是在氣水同罐的單罐變壓式氣壓給水設備的供水管上，安裝壓力調節閥，將出口水壓控制在要求范圍內，使供水壓力相對穩定。也可在氣水分罐的雙罐變壓式氣壓給水設備的壓縮空氣連通管上安裝壓力調節閥，將閥出口氣壓控制在要求范圍內，以使供水壓力穩定，如圖1-30（b）所示。

75.氣壓給水設備按罐內氣水接觸方式不同可以分為哪幾類？各自有什么特點？

氣壓給水設備按罐內氣水接觸方式不同，可分為補氣式和隔膜式。

（1）補氣式氣壓給水設備

在氣壓水罐中氣水直接接觸，設備運行過程中，部分氣體溶于水中，隨著氣量的減少，罐內壓力下降，不能滿足設計需要，為保證給水系統的設計工況，需設補氣調壓裝置。

補氣的方法很多，在允許停水的給水系統中，可采用開啟罐頂進氣閥，泄空罐內存水的簡單補氣法；對不允許停水的給水系統，可采用空氣壓縮機補氣，也可通過在水泵吸水管上安裝補氣閥，水泵出水管上安裝水射器或補氣罐等方法補氣，如圖1-31所示。以上方法屬余量補氣，多余的補氣量需通過排氣裝置排出。

有條件時，宜采用限量補氣法，即使補氣量等于需氣量，如當氣壓水罐內氣量達到需氣量時，補氣裝置停止從外界吸氣，而從罐內吸氣再補入罐內，自行平衡，達到限量補氣的目的，可省去排氣裝置。

（2）隔膜式氣壓給水設備

隔膜式氣壓給水設備在氣壓水罐中設置彈性隔膜，將氣水分離，不但水質不易污染，氣體也不會溶入水中，故不需設補氣調壓裝置。隔膜主要有帽形、囊形兩類，囊形隔膜又有球、梨、斗、筒、折、膽囊之分。兩類隔膜均固定在罐體法蘭盤上，如圖1-32所示，囊形隔膜可縮小氣壓水罐固定隔膜的法蘭，氣密性好，調節容積大，且隔膜受力合理，不易損壞，優于帽形隔膜。

76.補氣式氣壓給水設備常用的補氣方式有哪些？各自的特點是什么？

補氣式氣壓給水設備，在罐內壓縮空氣與水接觸，由于滲漏和溶解，罐內空氣逐漸損失，為確保氣壓水罐的正常運行，須及時補氣。常用的補氣方式有以下幾種。

（1）利用空氣壓縮機補氣

這種補氣方法在罐內最高水位上100～500mm處有一水位電極，利用這個電極的信號來啟閉空壓機補氣，空壓機的工作壓力應為罐內工作壓力的1.2倍。

（2）利用水泵出水管中積存空氣補氣

利用這種方式補氣時，或將積存空氣的出水管管徑加大，或在其上加設一補氣罐（其容積約為氣壓水罐容積的2%），以增大補氣量，當罐內積存空氣大于需要時，可由手動或自動排氣裝置排除過量空氣。

（3）利用水力自動定量補氣器補氣

這種補氣器的特點是以罐內的壓力水驅動，不用水位電極以外的外接電源，當罐內水位高于設計最高水位時就自動補氣。

（4）泄空補氣

采用定期放空罐內存水的方法補氣，這種補氣方式僅適用于允許短時停水、用水壓力不大和水壓穩定要求不嚴的小型氣壓罐。

（5）利用水泵吸水管吸入空氣補氣

這種補氣方式系統簡單，操作方便，但是補氣量有限，會造成水泵汽蝕，一般很少使用。

（6）利用水射器補氣

這種補氣方式是在水泵壓水管的旁通管裝設水射器，在需要補氣時啟動水泵，吸入空氣補氣，水射器吸入空氣量可通過閥門調節。

77.氣壓罐容積該如何確定？

氣壓罐容積通過計算確定。氣壓罐容積計算的前提是，已知氣壓罐最低工作壓力，即給水管網中最不利點所需壓力。

氣壓罐容積計算的依據是波義耳-馬略特定律。由圖1-33可得出：

V_zp₀=V₁p₁=V₂p₂

氣壓水罐總容積可按下式計算：

式中，p₀為氣壓水罐無水時的絕對壓力，MPa；p₁為氣壓水罐內最低工作壓力（絕對壓力），MPa；p₂為氣壓水罐內最高工作壓力（絕對壓力），MPa；V₁為氣壓水罐內壓力為p₁時，氣體的體積，m³；V₂為氣壓水罐內壓力為p₂時，氣體的體積，m³；V_t為氣壓水罐的理論調節容積，m³；V_x為實際采用的氣壓水罐調節容積，m³；V_z為氣壓水罐的理論總容積，m³；V為實際采用的氣壓水罐總容積，m³；q_b為平均工作壓力時，配套水泵的計算流量，其值不應小于管網最大小時流量的1.2倍，當由幾臺水泵并聯運行時，為最大一臺水泵的流量，m³/h；n為水泵1h內最大啟動次數，一般采用6～8次；α_b為氣壓罐內最低工作壓力與最高工作壓力之比，一般采用0.65～0.85，在有特殊要求（如農村給水、消防給水）時，也可在0.5～0.9范圍內選用；β為氣壓罐容積系數，補氣式臥式水罐宜采用1.25，補氣式立式水罐宜采用1.10，隔膜式氣壓水罐宜采用1.05；C為安全系數，宜采用1.5～2.0。

圖1-33中，V₃為水罐的保護容積。即設計最低工作壓力時罐內水容積。

78.氣壓給水設備的布置要求有哪些？

①補氣式氣壓水罐應設置在空氣清潔的場所。

②采光和通風良好，不致凍結，環境溫度為5～40℃，相對濕度不大于85%。

③氣壓給水設備的罐頂至建筑結構最低點的距離不得小于1.0m；罐與罐之間及罐壁與墻面的凈距不宜小于0.7m。