泵组在二次供水系统中的应用

邹亨保 周勇

摘 要：阐述了芜湖市城市住宅二次供水系统的供水方式、系统的总体配置、系统的功能以及二次供水的工艺流程，介绍了由若干台多级离心泵及其他相关设备组成的供水泵组系统的组成、功能及其在城市二次供水中的应用，对二次供水的安全可靠运行具有一定的借鉴意义。

关键词：二次供水;泵组;多级离心泵

0 引言

随着我国城镇化步伐的不断加快，城市内高层住宅如雨后春笋般增长，给城市公共设施带来了众多的挑战，其中高层供水的问题就是必须要面对和解决的公共服务问题。基于供水管网设备的承压限制，同时也为了高层住宅用户的供水安全，目前城市高层建筑的供水方式基本都采用一次供水和二次供水相结合的分区供水方式，二次供水按照楼层的高低进行合理的分区和配置，尽量满足用户的稳定用水需求，因此二次供水方式已经成为城市供水不可缺少的组成部分，有效解决了城市居民末端供水的问题。二次供水中的核心组成部分就是由多台多级离心泵组成的供水泵组，其承担着向千家万户高质量送水的重任，它的稳定性和可靠性直接影响到供水质量。

1 二次供水组成

芜湖市由华衍水务建设的二次供水加压泵房，目前均采用管网叠压加箱式错峰变频恒压智能供水方式。该方式是将每个小区的高层住宅楼按层分成若干个供水分区，以保证用户的用水压力稳定，一般7层为一个分区，1～4层为直供水，5层以上采用二次加压供水方式，每个分区由若干台泵组成的泵组将低压进水按照标准加压送到每家每户，一般每个小区都在地下负一层建设一个二次供水泵房，负责整个小区的二次供水工作，二次供水的设备都集中在泵房内，泵房设备主要有泵组、水箱、PLC控制部分、变频动力部分、不锈钢管道部分、消毒设备、除湿设备、仪表部分（电磁流量计、超声波液位计、余氯分析仪、浊度仪等）、阀门设备（电动阀、手动阀）等。

1.1    泵组

小区的二次供水泵采用立式不锈钢多级离心泵进行加压供水，每个加压区由一套泵组进行供水，每套泵组按照每个区的设计用户数量配置有2～4台加压泵，其中的1台设置为备用水泵，这2～4台泵和相关的进出口配套设备组成一个相对完整的恒压供水系统，该系统负责所在加压区的独立恒压供水工作，每台泵按照设定的程序进行均时恒压供水，这个泵的组合叫作泵组，泵组是华衍水务二次供水的关键设备。

1.2    水箱

所有泵房都设计有一个不锈钢水箱，负责在管网压力很低或者停水时为用户临时供水，避免用户因管网压力低或者突然没水而无水可用，给生活带来不便。该不锈钢水箱采用较高等级的316L不锈钢材质，减少因材料而给用水带来的污染;为了确保不锈钢水箱的水质，设计了每天对水箱存水进行更换的控制程序来自动换水。同时每3个月清洗水箱一次，清洗完成后进行水质检测，检测合格后再投入使用。为了在清洗时突发情况下不影响水箱的供水，设计时将水箱设计为两个，轮流清洗，确保有一个水箱始终有水，以应对突发用水需求。为了确保水箱供水的水质，在水箱的出水处还设置了一台消毒仪，对水箱的出水进行消毒。

1.3    仪表部分

泵房设置有总进水电磁流量计、分区出水电磁流量计、水箱超声波液位计、余氯和浊度水质检测仪表、总进水压力传感器和分区出水压力传感器，所有仪表负责对部分二次供水的相关运行数据、水质检测进行实时监控，以确保用户的二次供水安全。

1.4    控制及动力部分

泵房设置有PLC控制系统和变频器动力系统，其负责整个泵房系统的实时控制、实时数据传输、实时数据监控、系统动力拖动等所有设备的正常运行工作，确保二次供水的正常进行。

2 二次供水工艺

每个小区二次供水泵房按层设置分区，分区采用泵组分别进行变频恒压供水，整个供水方式采用以市政管网二次供水为主，水箱供水进行补充相结合的方式，确保用户二次供水的安全可靠。

芜湖二次供水采用的管网叠压加箱式错峰变频恒压智能供水方式，是通过将市政管網进入小区的自来水通过二次供水泵房设备按照楼层分区的加压方式，加压后供到用户家里，该方式结合变频恒压供水技术和水箱补充供水的方式，确保各个小区各个楼层居民的安全用水。

市政管网的自来水进入小区后直接供给1～4层的居民使用，5层及以上的居民使用的都是经过二次供水泵房加压的二次供水。自来水进入加压泵房进水总管后，需进行进水压力检测，若压力高于加压允许压力，则直接通过总进水阀门进入每个分区加压泵组的进水端，每个增压泵组根据出水压力的检测控制每套泵组中泵的运行数量和频率，从而控制分区泵组的出水口压力，通过变频控制和PID调节方式将压力稳定在用户所需要的设定压力。

泵组供水系统会根据用户用水量的大小，实时控制泵组的运行，当用水用户增加或在用水高峰时，泵组系统会自动增加供水泵的数量和供水频率，将压力稳定在设定压力;当用水用户减少或在用水低峰时，泵组系统会自动减少供水泵的数量和供水频率，使得压力始终稳定于设定压力。

当出现进水管网的进水压力小于允许加压的压力或进水管网停水时，二次供水系统会自动关闭泵组直接进水阀门，直接将水箱的水进行泵组增压后供给用户，当进水管网恢复到正常供水压力时自动对水箱进行补水，以备下次使用。

二次供水工艺流程图如图1所示。

3 泵组在供水中的功能

3.1    泵组的概念

芜湖华衍水务承建的每个小区的二次供水都是根据楼层高低和用户多少采用多台水泵进行供水，水泵采用的是立式不锈钢多级离心泵，首先根据楼层的高低确定二次供水的分区，一般5层及以上采用二次加压供水，每7层为一个加压分区，每个加压分区根据所分的楼层用户的多少，设计2～4台加压泵进行二次加压，一般其中的1台泵设置为备用水泵，这2～4台泵和相关的进出口与其配套的设备组成一个相对完整独立的恒压供水组，该供水组负责对所在的加压区的用户进行独立恒压供水工作，每台泵按照设定的程序进行均时恒压供水，这个泵的组合叫作泵组。

3.2    泵组的组成

泵组是芜湖华衍水务二次供水的关键设备，直接关系到整个二次供水系统的质量。根据小区每个分区用户的供水需求，泵组主要由进水部分、加压泵、出水部分等组成，其中进水部分由进水总管、进水阀门、进水软接、偏心变径等组成，出水部分由出水总管、出水阀门、出水止回阀、出水软接、同心变径等组成。泵组的组成如图2所示。

为了保证供水水质和二次供水的安全，芜湖华衍承建的二次供水泵房的泵组进出水的管道都采用的是304不锈钢材质的不锈钢无缝钢管，加压泵采用的都是全不锈钢材质的多级离心泵，阀门采用的都是高性能知名品牌阀门。

3.2.1    泵

二次供水的分区主要是根据小区楼层的高度和每个分区用户的多少来设计的，而泵的选择也是按照楼层的高度和用户用水量（即泵的扬程和流量）来进行选择的。由于水要随着楼层的高度增加扬程，所以泵的扬程也是按照每个区所在的楼层的高度来进行选择的，由于目前小区楼层都比较高，所以泵要选择高扬程的多级离心泵，这种泵采用分级方式逐级增加供水高度，扬程是随着级数的增加而增加的，完全能够满足向高层供水的要求。泵的流量是按照所在分区所有用户需水量的设计要求进行选择的，为了供水的安全，每个分区的供水泵都设置一台备用泵，在供水泵出现问题时可以保证用户正常用水。

3.2.2    管道

芜湖华衍二次供水泵组的所有管道选用的都是304不锈钢无缝钢管，总管开孔采用激光切割或拉拔工艺，焊接均采用激光自动焊接技术，焊接后对焊缝进行抛光，同时在工厂内采用专用设备对焊缝进行全面检测，管道间的连接采用法兰连接，法兰连接管道可以保持管路的密封性能，使管道连接更加紧密;当某段管道要进行更换的时候，法兰连接方式易于更换管道，操作简便，只需拧松螺栓，将法兰拿下，就可更换管道，还方便检查管道的管路情况。泵组中法兰按照管子的承压来进行选择。

3.2.3    阀门

泵组中的管子连接阀门选择暗杆闸阀、蜗轮蜗杆蝶阀、静音止回阀。泵组进水部分在每台泵的进出口都设置了一台暗杆闸阀或蜗轮蜗杆蝶阀，当泵组中的泵需要检修或者不使用时，可以关闭该泵的进出水管路中的闸阀或蝶阀，将该泵退出泵组的供水工作;在泵组出水部分每台泵出口还设置了一台静音止回阀，该阀门是为了防止其他泵供水的水流从泵出口流回去，阀瓣启闭行程很短，停泵时可快速关闭，防止造成巨大的水锤声，形成静音效果，避免水锤对泵造成损坏。

3.3    泵组的选型

泵组中泵的数量主要是由分区中用户的数量决定的，一般为2～4台泵，都是进出口并联运行，根据分区用户多少计算出所需的流量，按照所需流量结合适当的安全余量，选择泵的数量，根据分区楼层的高度和末端用户水压的标准，再结合合适的安全余量选择泵的扬程，根据泵流量和扬程选择合适型号的多级离心泵，根据泵的选择和分区的流量、扬程和压力选择合适的泵组的进出口管子口径，根据管道大小选择相应的阀门，为了安全供水，每套泵组都设置一台备用泵，所选择的泵都安装到一个带机组减震器的不锈钢底座上。在泵组的进出口都配有橡胶软接，可以缓冲泵管道的冲击和振动。

3.4    泵组的制作

水泵厂家按照用户设计要求结合所选泵的特性进行了泵组的二次设计，采用专用设备和技术严格按照用户要求进行生产制作，严格按要求进行泵组单机和整体的各种出厂试验和测试，各项数据完全符合要求才能出厂。泵组是2～4台多级离心泵和相关机组设备的一个有机统一的组合，由于泵的出水流量并不是每个泵的流量的简单叠加，每增加一台泵运行，增加的泵的出水流量会比额定出水量少，增加的泵越多，最后一台泵的出水流量越小，因此泵组要由泵的厂家根据每个分区的设计流量和压力要求以及组合后泵的运行特性，合理进行二次泵组设计和制作，对泵和进出口相关设备进行合理的设计和组合，再按照泵组二次设计进行生产制作，制作好的泵组要对管路系统进行冲洗，要完成各种运行方式下的出水压力、出水流量和扬程的检测。

3.5    泵组的检测和试验

泵组制作完成后要进行各种检测和试验（主要是焊缝检测和水压试验），完全合格且满足设计要求后才能安排出厂。泵组制作完成后，用焊缝检测设备对每条焊缝进行外观、内部的全面检测，对于有缺陷或不合格的焊缝需重新进行焊接，直到符合要求。整体组装好的泵组需上综合水压试验台进行单泵和泵组的整体水压试验，完全模拟现场运行状态进行测试，测试内容包括：单泵和泵组的流量是否符合设计要求，单泵和泵组的扬程是否符合设计要求，泵组出水压力是否达到设计要求，且在设计的最大试验压力下保压24 h，确定泵组无漏水情况，同时还需测试整体泵组各种状态运行下的振动和噪声情况。测试结果均要符合设计要求。

3.6    泵组的工作流程

当单台泵运行時，首先系统为每台水泵设置了轮值时间，系统启动后，水泵会进入待启动队列，轮值时间到，水泵开始运行并计时。到达设置的运行总时间，水泵停止并进入休眠和等待启动时间。在用水高峰期时，单泵运行满足不了用水需求，根据供水压力、流量判断是否需要加泵，进入多泵运行时间;当供水压力恒定、流量减小时，停止水泵进入单泵运行模式。泵组的工作流程图如图3所示。

3.7    泵组的使用注意事项

水泵启动前需要用水盘转电机轴，检查水泵有无卡死现象，防止强制启动时会损坏电机和腔体;通水时需对水泵腔体进行排气，防止腔体内有空气，否则容易损坏腔体内的叶轮和轴。

4 结语

芜湖华衍二次供水系统中使用的泵组在工厂中完成了二次设计、制作和严格的试验测试。工厂的设计能够使泵和进出口设备参数得到完美高效的匹配，极大地提高了泵组的整体和细节制作质量，大幅降低了现场使用的故障率，提高了供水质量和效率，创造了良好的社会效益和经济效益。

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收稿日期：2020-11-13

作者简介：邹亨保（1962—），男，安徽芜湖人，工程师，主要从事机电工程工作。