气压式供水设备在农村供水工程中的应用

李 锋 任少峰 王晓娟

（岐山县水利局 陕西 岐山 722400）

1 引言

2008年5月12 日四川汶川发生里氏8.0级强烈地震，其中四川、甘肃和陕西省被列为重灾区，作为临近省份受到很大程度的影响，特别是汉中市、宝鸡市灾情严重，宝鸡地区十二个县区全部受灾。对岐山县水利工程破坏严重，其中全县有59座水塔出现了不同程度裂缝，拆除重建11座，加固维修48座,部分供水设施停止运行，致使14万人生活用水受到影响。在农村供水中如何能使供水系统在自然灾害中将损失降到最低，又能保证安全供水，通过研究比较查阅资料，改变以前的供水设计思路，选用气压式供水设备代替水塔供水，作为供水试点工程，其设备运行稳定，效果良好。

2 压力罐的分类

气压式供水设备又称气压供水装置，它是利用密闭贮罐内空气的可压缩性贮存、调节和压送水的装置，它兼有增压、调压、供水、储能和水泵自动运行的功能。气压式供水设备能在水泵运行周期内连续自动地向用户供水，是一种取代水塔和高位水箱的配水调节设备。按供水机理可分为补气式和隔膜式供水压力罐。

3 气压式供水设备组成及工作原理

气压式供水设备由气压罐、水泵机组、电控柜、压力控制器、安全阀、压力表、止回阀等组成自动给水系统。当水泵启动后，通过补气罐及进气阀同时向罐内补气补水，随着水位的不断升高，罐内的气体体积不断缩小，当压力达到设定最高压力时，通过压力传感操纵水泵关闭，由于被挤压的空气具有膨胀力，挤压罐内的水具有一定压力而不断输出让用户使用，随着水的流出，罐内压力逐渐降低，当罐内压力降到设定的最低压力时，通过压力传感操纵水泵启动，水泵出水除供用户外，多余部分进入气压罐，空气又被压缩，压力上升，达到设定最高压力，压力继电器动作使水泵关闭，这样反复动作向用户恒压供水。

4 气压罐的选型

气压罐选型以枣林镇崔牌村供水工程为典型实例进行设计。

4.1 基本情况

枣林镇崔牌村位于岐山县城东南10km处，区内地势平坦，全村共有4个村民小组278户1050人，农业生产状况良好，多年来群众饮水困难。

4.2 设计方案

工程设计是利用崔牌村原有机井一眼，安装KLD系列补气式气压罐供水设备1套，铺设管网5.86km，供水入户，解决崔牌村4个村民小组饮水不安全问题。供水工艺流程为：水源深井泵→气压罐→配水管网→户用水栓。

4.3 设计用水量计算

依据《陕西省村镇供水工程初步设计要点》，工程设计使用年限10年，设计人口按6‰人口自然增长率计算，则设计人口为1115人，居民用水标准以50L/人·d计，管网损失及不可预见水量按15%计算，即供水规模为64.1m3/d，最高日最大时用水量为6.68m3/h。

4.4 水源选择

工程水源利用崔牌村1眼已成深机井，井深170m，根据机井抽水情况知，静水位60m，动水位80m，出水量20 m3/h以上。

4.5 气压罐容积及压力确定

气压罐选型就是确定罐体的容积、最高压力和最高压力。气压罐容积计算，可根据下列公式进行，先计算出气压罐调节水容积VX2（m3），再计算气压罐的总容积 V（m3）。

式中，V——气压罐的总容积(m3)；

VX2——气压罐的调节水容积(m3)；

qb——工作水泵出水流量（m3/h）；

n——水泵在1h的启动次数，宜采用6～8次；

C——安全系数，宜采用1.0～1.3；

ab——气压罐内最低工作压力（P1）与最高工作压力（P2）比 ab=p1/p2，宜采用0.65～0.85；

β——气压罐容积系数；补气式卧式为 1.25，立式为 1.10，隔膜式为 1.05，经计算气压罐的总容积为2.9（m3）。

其次，再根据管网水力计算确定气压罐的最高（最低）工作压力。

最 低 工 作 压 力 ：P1=（h1+h2+h3+h4）/102=（5.0+5.77+0.58+8）/102=0.18（MPa）；

最高工作压力：P2=P1/ab=0.18/0.65=0.27（MPa）；

式中，p1——气压罐最低工作压力（MPa）；

p2——气压罐最高工作压力（MPa）；

h1——水源最低水位至管网最不利点之间高差（m）；

h2——水源最低水位至管网最不利点的管路沿程水头损失（m）；

h3——水源最低水位至管网最不利点的管路局部水头损失（m）；

h4——最不利点用水设备的流出水头（m）；

经计算，气压罐最低工作压力为0.18 MPa，最高工作压力0.27MPa。

设计选用KLD系列补气式气压罐供水装置，型号为KLD1400-4型立式气压罐，直径1.4m，容积V=3 m3，工作压力4kg/cm2，水泵每小时最大启动次数n=8次/小时。依据计算结果，气压罐压力工作范围最低工作压力0.18 MPa，最高工作压力0.27MPa。

工程设计供水量64.1m3/d，气压罐有效容积2.75m3，最高日水泵启动次数为23次/d；若时变系数取2.5，管网平均日平均时供水量2.05m3/d，则水泵每次开启9min即可注满气压罐。

4.6 水泵及电气设备

水源井井深170m，动水位80m，涌水量20m3/d以上，水泵出水管选择DN65，深井泵安装深度100m，经计算出水管水头损失为14.98m，气压罐最高工作压力为0.27MPa，则水泵设计扬程H=100+14.98+27=141.98m，查水泵选型手册确定水泵型号为200QJ20-148额定流量20m3/h，扬程148m，电机功率13kW，所选水泵流量和扬程可满足气压罐供水运行要求。

5 在供水工程中的运营优势

枣林镇崔牌村供水工程自建成投入运行以来，气压罐设备运行状态良好与传统的水塔式供水模式对比，优势明显其主要表现在：①可取代水塔、高位水箱，结构上有利于抗震减灾和建筑美观；②占地面积小，安装使用方便，便于工程扩建；③一次性投资低，运行成本低；④压力罐是密闭器，直接与水泵连接，水与外界不接触，保证了水质不受污染；⑤操作简单、维修方便，实现了自动控制和集中管理。

6 气压罐供水系统设计改进

在崔牌村供水工程多年来的实际运行中，发现随着工程运行年份的增加，管网滴水损失现象的不断加大，原工程设计中利用深井泵直接加压供水至气压罐这种方案，就加大深井潜水泵启动次数来保证管网压力，原设计启动次数为6次/h～8次/h，现在启动次数变为了10次/h～12次/h。深井潜水泵作为高扬程的抽水设备，适合在连续运转且启停次数少的状态下运行，而与气压罐联合供水，就造成了潜水泵频繁多次启停，使深井泵不能在高效区运行，平均效率低，能耗大，而且运行时间短，增大了水泵机组机械冲击和多次切换时的震荡现象，降低水泵使用寿命，增大了维修成本。为了延长电机和泵体的使用寿命，提出在原运行系统中加入管道泵给气压罐加压供水方案，其供水工艺流程为：水源深井泵→蓄水池→管道泵→气压罐→配水管网→户用水栓，用管道泵代替深井潜水泵向气压罐内注水增压，管道泵具有效率，安装维修方便，更重要的是电机功率小，可以直接启动，对电网压降影响小，管道泵流量和扬程可根据供水量和气压罐的最高工作压力来确定。供水设计方案的改进真正起到了“多用水、多耗电、少用水、少耗电”，并且降低了深井泵因多次频繁启动而造成损坏的大修成本，增加了工程运行效益。

实践证明，气压罐供水设备具有加压能力强、操作简单、投资少、无污染、使用方便等特点，是取代水塔、高位水箱的理想设备，具有很好的推广价值。陕西水利