柜式静音集成变频供水设备产品设计探讨

柜式静音集成变频供水设备产品设计探讨

王健

尤孚智慧水系统（南京）有限公司  211299

摘要：本文主要探讨柜式静音集成二次供水设备结构及优势，更深层次了解柜式静音集成叠压供水设备，本文将从产品结构设计和使用优势进行分析。

<关键词>集成  静音    变频供水设备

1、引言：

二次供水设备主要用于高层建筑和管网水压不足环境，从二十世纪八十年代开始，我国持续向城镇化推进，高层建筑住宅数量逐步提升，自来水管网水压不能满足高层住宅的生活用水需求，为满足高层居民生活用水需求，二次供水设备在我国应运而生 ，是我国近年来使用最广泛的二次增压供水设备。

随着我国经济快速发展，人们生活水平不断提高，传统二次供水设备占地面积大，噪音大，已经不能满足人们日常生活用水需求，特别是噪音问题，给泵房附近居民带来很多烦恼，进而危及人体健康，所以开始关注和重视供水设备噪音问题，并选择静音可靠的供水设备，于是市场需要静音、占地面积小的设备来满足日常生活需求。

针对以上问题，需要设计一款低噪音、占地面积小的供水设备，解决传统二次供水设备运行时给用户带来以上问题。

2、柜式低噪音供水设备的组成及工作原理

设备组成：柜式低噪音供水设备由进出水端、潜水泵、潜水电机、管路、阀门、控制系统、稳压系统、防雨罩、安防系统等组成.

其工作原理为：市政自来水管网与进水端连接，管网内的水进入泵组系统，当水在静音管中泵护管内的液位不断升高，泵组内的空气被真空消除装置自动排出，液位传感器检测到泵组内的水满足运行需求，泵组根据出水压力检测系统反馈到PLC的信号，潜水电机驱动潜水泵开始启动，输送到终端用户，当出口压力达到系统设定的休眠压力，泵组自动停止运行。

3.柜式低噪音供水设备与普通泵组优势对比

  3.1运行噪音对比

3.11水泵电机旋转部件摩擦噪音及电机运行中冷却风扇运行的噪音，传统二次供水设备主要增压泵为立式多级离心泵，由于其结构特点，运行噪音一般为70dB（A）以上，有些甚至达到120 dB，柜式低噪音供水机组使用的是静音管中泵，由于其本身为水冷方式，而且泵在导流管内运行，有导流管的隔音降噪的作用，同时泵组与导流管之间的水流也起到一定的屏蔽降噪效果，静音效果明显，运行噪音一般为40 dB左右，比风冷式传统机组噪音要低很多。

3.12在国家标准GB/T29529-2013《泵的噪声测量与评价方法》

划分泵的噪声级别的限值用3个限值LA、LB、LC把泵的噪声划分为A、B、C、D四个级别，D级为不合格。

　　用下面的公式确定泵的噪声限值：

　　　　　LA=30+9.7  1og(Pun)　　　　　　　　　(8)

　　　　　LB=36+9.7  1og(Pun)　　　　　　　　　(9)

　　　　　LC=42+9.7  1og(Pun)　　　　　　　　　(10)

式中：LA、LB、LC——划分泵的噪声级别的限值单位为分贝(dB)

Pu            是泵的输出功率,单位为千瓦（KW）

n             是泵的规定转速，单位为转每分钟（r/min）

以下为静音管中泵测试数据

表1

3.13潜水电机的噪音源主要靠电机的电磁噪音和旋转摩擦产生的噪音，表1为选用7.5KW潜水电机测试，根据A级噪音测试标准计算如下：

LA=30+9.7  1og(Pun)　

=30+9.7 log（7.5*2850）

=30+9.7 log (21375）

=30+42

=72(dB)

经过现场测试7.5KW运行噪音最高49.5，与GB/T29529-2013《泵的噪声测量与评价方法》中的A级标准相比低72-49.5=22.5(dB)。

根据GB/T38594-2020《管网叠压供水设备》标准中5.3.6的噪声要求中的C项标准规定

设备噪声应符合下列规定：

a)常规设备，正常运行的噪声应符合GB/T29529-2013中B级规定：

b)低噪声设备，应比常规设备低6 dB (A)以上；

c)静音设备，应比低噪声设备低12 dB (A)以上；

实测噪音比标准GB/T29529-2013《泵的噪声测量与评价方法》A项要求低22.5(dB)，达到静音要求。

4.产品设计思路

根据市场调研，需要一种低噪音、集成度高、占地面积小、适应室内和室外运行的一种无负压二次供水设备，传统的二次供水设备由于增压泵的结构问题，都是大同小异，很难满足要求

要求1、低噪音，经过筛选立式多级泵、管道泵等的地面泵几乎都是采用风扇冷却，噪音普遍为70dB（A）以上，经过市场调研及筛选，所以选择静音管中泵；

要求2、集成度高，柜式机组将水泵、电机、稳压罐、控制系统等全部集成在一起，形成独特的一体化结构，外观精致美观，方便操作；

要求3、占地面积小，由于静音管中泵下进上出，水泵电机集成管道内，与立式多级泵相比有明显占地面积小的优势，经不断优化，最大50m³/h的设备占地面积不足0.9平方米，整台设备非常紧凑，针对老旧小区设备改造空间方面有明显优势；

要求4、适应室内和室外运行，设备经过不断优化设计，最终采用封闭式柜式结构，特殊设计的雨棚，外观精致，同时满足室外和室内安装运行；

要求5、柜式低噪音供水设备，设备初期设计，由于外形为方形，内部设计方形无负压罐，经过打压试验，当罐体加压至0.6Mpa时出现内部脱焊现象，经过多次优化设计，利用圆形管中泵护管做无负压罐，经过打压1.6Mpa试压，加上特殊设计的自动放气阀，运行良好，满足无负压供水设备运行要求。

5.设备保障功能

5.1在市政压力不满足时，具有既对市政管网不产生负压又能不间断向用户供水的技术功能

5.11  柜式低噪音供水设备在进水管网与水箱之间设有压力传感器，当市政管网压力低于设定值，进水阀门根据液位反馈信号自动关闭，确保市政管网的水压不受影响，不仅保证了用户用水的安全稳定，同时确保了市政管网压力的稳定。

5.12   进水阀门关闭的同时，不锈钢水箱内的液位传感器利用用水低峰时管网流量充足时，水箱内部液位已经达到进水阀关闭液位，避免用水高峰期时，管网压力不足等问题，实现管网压力不足对市政管网不产生负压又能不断向用户供水的功能

5.2 在用水低峰期间，具备合理的小流量停泵保压功能和防水锤功能。

5.21 柜式低噪音供水设备具有水量低于指定一台工作泵5s的额定供水流量时，系统自动切换为气压水罐供水达到节约能耗功能；

5.22柜式低噪音供水设备满足GB/T38594-2020中5.4.1停机保压功能

配套气压罐的设备，具有小流量停机保压功能。且配套气压罐的有效容积不宜小于设备中最小泵１％额定流量下的３ｍｉｎ水量。其运行控制应符合下列规定：

ａ）　设备能准确监测分辨小流量，并在供水低谷或夜间时，自动切换为停机保压工作状态；

ｂ）　停机保压过程中，设备的上下限压力差可设置；

ｃ）　应采取自适应控制，根据气压罐配置及工况条件，自动调整小流量分界点判据设定值；

ｄ）　配套微型气压罐的设备，能监测分辨零微流量，并切换进入变频休眠、唤醒的循环往复运行状态。

5.3 当设备遇到紧急状况突然停机，泵的出水口安装止回阀，尤孚止回阀为不锈钢阀体，内部采用符合抗冲击、抗磨损材质，避免特殊情况下，对管道和水泵的冲击保护。

5.4 应急供水功能

5.41当小区停电时，由市政管网继续向低区用户供水，达到设备停电不停水的目的，设备恢复供电后，自动唤醒，恢复正常供水。

5.42当小区停水时，设备会自动切换到水箱供水模式，在水箱最低水位线以上时设备持续工作。

5.43在设备系统出现故障时，可切换到应急供水模式，此时系统通过出口电接点压力表设定出口压力上下限，进行应急供水。

5.44当某台主泵出现故障无法满足最大流量供水时，系统自动切换备用泵运行，并远程反馈故障信息，当系统整体故障，也可自动切换到小流量供水模式，在不停水的情况下满足应急供水。

结束语：低噪音集成二次供水设备与传统二次供水设备有明显优势，其卓越超群的优良性能是普通供水设备无法对比，占地面积小、方便现场维修、集成化、低噪音运行，尤其针对老旧小区的泵房小、无泵房等问题有明显改善，并且潜水泵组可以配永磁潜水电机，经过现场测试，节能可以达到15%左右，可以大幅降低国家能耗。

参考文献：

国家标准《井用潜水泵》GB/T2816-2014

国家标准《井用潜水泵试验方法》GB/T12785-2014

国家标准《泵的振动测试与评价方法》GB/T29531-2013

国家标准《泵的噪音测试与评价方法》GB/T29529-2013

国家标准《管网叠压供水设备》GB/T38594-2020

国家标准《声环境质量标准》GB3096-2008

国家标准《社会生活环境噪音》GB22337-2008

《中华人民共和国环境噪声污染防治法》