第六节 气压给水设备
72.什么是气压给水设备？它的基本组成是什么？
气压给水设备是利用密闭压力罐内的压缩空气，将罐中的水送到管网中各配水点的升压装置，其作用相当于水塔或高位水箱，可以调节和储存水量并保持所需的压力，是一种比较常见的给水设备。
气压给水设备由以下几个主要的部分组成。
①密闭罐，内部充满空气和水。
②水泵，将水送到罐内及管网。
③空气压缩机，加压水及补充空气漏损。
④控制器材，用以启动水泵或空气压缩机。
73.气压给水设备的优缺点是什么？
由于气压给水设备系统中供水压力是借管内压缩空气维持，罐体的安装高度可以不受限制，因而在不宜设置水塔和高位水箱的场所，都可采用。气压给水设备与高位水箱相比，有如下优点：
①灵活性大，设置位置限制条件少，便于隐蔽；
②便于安装、拆卸、搬迁、扩建、改造，便于管理维护；
③占地面积少，施工速度快，土建费用低；
④由于气压水罐是密闭装置，水质不易被污染；
⑤具有消除管网系统中水击的作用。
气压给水设备的缺点是：
①储水量少，调节容积小，一般调节水量为总容积的15%～35%；
②给水压力不太稳定，变压式气压给水压力变化较大，可能影响给水配件的使用寿命；
③供水可靠性较差，由于有效容积较小，一旦因故停电或自控失灵，断水的概率较大；
④与其容积相对照，钢材耗量较大；
⑤因是压力容器，对用材、加工条件、检验手段均有严格要求；
⑥耗电较多，水泵启动频繁，启动电流大；
⑦水泵不是都在高效区工作，平均效率低；
⑧水泵扬程要额外增加Δp=p2-p1的电耗，这部分是无用功但又是必需的，一般增加15%～25%的电耗。
74.气压给水设备按输水压力稳定性不同可以分为哪几类？各自有什么特点？
按气压给水设备输水压力稳定性不同，可分为变压式和定压式。
（1）变压式气压给水设备
图1-29为单罐变压式气压给水设备。其工作过程为：罐内空气的起始压力高于管网所需的设计压力，水在压缩空气的作用下被送至管网。随着水量的减少，水位下降，罐内的空气体积增大，压力逐渐减小，当压力小到规定的下限值时，水泵便在压力继电器作用下启动，将水压入罐内，同时供入管网。当罐内水位上升到规定的上限值时，水泵又在压力继电器作用下停止工作，如此往复。变压式气压给水设备常用在中小型给水系统中。
图 1-29 单罐变压式气压给水设备
1—止回阀；2—水泵；3—气压水罐；4—压力信号器；5—液位信号器；6—控制器；7—补气装置；8—排气阀；9—安全阀
（2）定压式气压给水设备
如需要使管网获得稳定的压力时，可采用定压式单罐给水设备，如图1-30（a）所示。目前常见的做法是在气水同罐的单罐变压式气压给水设备的供水管上，安装压力调节阀，将出口水压控制在要求范围内，使供水压力相对稳定。也可在气水分罐的双罐变压式气压给水设备的压缩空气连通管上安装压力调节阀，将阀出口气压控制在要求范围内，以使供水压力稳定，如图1-30（b）所示。
图 1-30 定压式气压给水设备
1—水泵；2—止回阀；3—气压水罐；4—压力信号器；5—液位信号器；6—控制器；7—压力调节阀；8—补气装置；9—排气阀；10—安全阀；11—储气罐
75.气压给水设备按罐内气水接触方式不同可以分为哪几类？各自有什么特点？
气压给水设备按罐内气水接触方式不同，可分为补气式和隔膜式。
（1）补气式气压给水设备
在气压水罐中气水直接接触，设备运行过程中，部分气体溶于水中，随着气量的减少，罐内压力下降，不能满足设计需要，为保证给水系统的设计工况，需设补气调压装置。
补气的方法很多，在允许停水的给水系统中，可采用开启罐顶进气阀，泄空罐内存水的简单补气法；对不允许停水的给水系统，可采用空气压缩机补气，也可通过在水泵吸水管上安装补气阀，水泵出水管上安装水射器或补气罐等方法补气，如图1-31所示。以上方法属余量补气，多余的补气量需通过排气装置排出。
图 1-31 设补气罐的补气方法
有条件时，宜采用限量补气法，即使补气量等于需气量，如当气压水罐内气量达到需气量时，补气装置停止从外界吸气，而从罐内吸气再补入罐内，自行平衡，达到限量补气的目的，可省去排气装置。
（2）隔膜式气压给水设备
隔膜式气压给水设备在气压水罐中设置弹性隔膜，将气水分离，不但水质不易污染，气体也不会溶入水中，故不需设补气调压装置。隔膜主要有帽形、囊形两类，囊形隔膜又有球、梨、斗、筒、折、胆囊之分。两类隔膜均固定在罐体法兰盘上，如图1-32所示，囊形隔膜可缩小气压水罐固定隔膜的法兰，气密性好，调节容积大，且隔膜受力合理，不易损坏，优于帽形隔膜。
图 1-32 隔膜式气压给水设备示意图
1—水泵；2—止回阀；3—隔膜式气压水罐；4—压力信号器；5—控制器；6—泄水阀；7—安全阀
76.补气式气压给水设备常用的补气方式有哪些？各自的特点是什么？
补气式气压给水设备，在罐内压缩空气与水接触，由于渗漏和溶解，罐内空气逐渐损失，为确保气压水罐的正常运行，须及时补气。常用的补气方式有以下几种。
（1）利用空气压缩机补气
这种补气方法在罐内最高水位上100～500mm处有一水位电极，利用这个电极的信号来启闭空压机补气，空压机的工作压力应为罐内工作压力的1.2倍。
（2）利用水泵出水管中积存空气补气
利用这种方式补气时，或将积存空气的出水管管径加大，或在其上加设一补气罐（其容积约为气压水罐容积的2%），以增大补气量，当罐内积存空气大于需要时，可由手动或自动排气装置排除过量空气。
（3）利用水力自动定量补气器补气
这种补气器的特点是以罐内的压力水驱动，不用水位电极以外的外接电源，当罐内水位高于设计最高水位时就自动补气。
（4）泄空补气
采用定期放空罐内存水的方法补气，这种补气方式仅适用于允许短时停水、用水压力不大和水压稳定要求不严的小型气压罐。
（5）利用水泵吸水管吸入空气补气
这种补气方式系统简单，操作方便，但是补气量有限，会造成水泵汽蚀，一般很少使用。
（6）利用水射器补气
这种补气方式是在水泵压水管的旁通管装设水射器，在需要补气时启动水泵，吸入空气补气，水射器吸入空气量可通过阀门调节。
77.气压罐容积该如何确定？
气压罐容积通过计算确定。气压罐容积计算的前提是，已知气压罐最低工作压力，即给水管网中最不利点所需压力。
气压罐容积计算的依据是波义耳-马略特定律。由图1-33可得出：
Vzp0=V1p1=V2p2
气压水罐总容积可按下式计算：
式中，p0为气压水罐无水时的绝对压力，MPa；p1为气压水罐内最低工作压力（绝对压力），MPa；p2为气压水罐内最高工作压力（绝对压力），MPa；V1为气压水罐内压力为p1时，气体的体积，m3；V2为气压水罐内压力为p2时，气体的体积，m3；Vt为气压水罐的理论调节容积，m3；Vx为实际采用的气压水罐调节容积，m3；Vz为气压水罐的理论总容积，m3；V为实际采用的气压水罐总容积，m3；qb为平均工作压力时，配套水泵的计算流量，其值不应小于管网最大小时流量的1.2倍，当由几台水泵并联运行时，为最大一台水泵的流量，m3/h；n为水泵1h内最大启动次数，一般采用6～8次；αb为气压罐内最低工作压力与最高工作压力之比，一般采用0.65～0.85，在有特殊要求（如农村给水、消防给水）时，也可在0.5～0.9范围内选用；β为气压罐容积系数，补气式卧式水罐宜采用1.25，补气式立式水罐宜采用1.10，隔膜式气压水罐宜采用1.05；C为安全系数，宜采用1.5～2.0。
图1-33中，V3为水罐的保护容积。即设计最低工作压力时罐内水容积。
图 1-33 气压水管容积计算
78.气压给水设备的布置要求有哪些？
①补气式气压水罐应设置在空气清洁的场所。
②采光和通风良好，不致冻结，环境温度为5～40℃，相对湿度不大于85%。
③气压给水设备的罐顶至建筑结构最低点的距离不得小于1.0m；罐与罐之间及罐壁与墙面的净距不宜小于0.7m。