泵的知识

提要　在编制给水箱标准图所进行的调研中发现,给水箱设计及工厂生产作的各种材质成品给水箱不能很好满足使用要求。就此介绍了给水箱设计应遵循规范标准,材质的选择及其设计参数,附件作用和安装要求等。

关键词　给水箱　设计原则　配管　附件　绝热　卫生

　　在给水工程设计中,经常采用给水箱作为给水系统的高峰调节储水设备。它的特点是使体系运行经济、可靠、操作简单、管理方便。长期以来,给水箱以标准图的形式供设计选用,我院根据建设部建设[1998 ]13 号文〈关于印发《一九九八年国家建设标准设计编制工作计划》的通知〉,对原国家建筑标准设计《方形给水箱》、《装配式给水箱选用安装图》、《冲压钢板给水箱选用安装图》进行修编。在编制和调研过程中发现,给水箱设计及工厂生产制作的各种材质的成品给水箱在工程实际中没有很好满足使用要求,没有按有关规范、规定要求设计制作,对其基本设计原则有模糊之处。现就编制给水箱标准图过程中的体会,以生活饮用水箱为主,提出给水箱设计的原则。

1 　应遵循的规范标准

给水箱设计应满足《建筑给水排水设计规范》( GBJ 15 - 88) 《, 二次供水设施卫生规范》( GB17051- 97) 《, 生活饮用水输配水设备及防护材料的安全

性评价标准》( GB/ T17219 - 98) 等国家和地方的有关规范、标准要求。

2 　材质选择

给水箱材质可使用不锈钢板、搪瓷钢板、玻璃钢(SMC) 、热镀锌钢板、钢板内衬不锈钢板。各种材质均应在使用中不得对水质有污染,并应经卫生安全防疫的专门机构检测合格。

3 　水箱有效容积和公称容积

水箱有效容积一般采用调节水量确定,其值应按高日水箱进水量和用水出水量的逐时流量变化曲线求得。当缺少资料时一般可按高日用水量的10 %左右计算。当给水系统为水泵O水箱方式时,如水泵为自动控制,水箱的有效容积可取高日用水量的5 %; 如为人工控制, 则取高日用水量的12 %[1 ] 。当水箱负有消防的储备水功能时,则有效容积还应包括按现行有关建筑设计防火规范确定的

水量。水箱公称容积为箱体的总容积。为确保水箱有效容积和尽可能缩小水箱公称容积,在设计选用水箱时设计者必须根据水箱的液位控制方式、溢流管位置、出水管位置及低水位时管口淹没情况、箱底排水坡度和泄水管位置等情况来计算确定水箱公称容积。

4 　应设置的配管和必要的附件

411 　进水管

进水管应设置在水箱高水位以上,可做成淹没式或非淹没式管口。淹没式管口的进水管应在高水位以上100 mm处的部位开! 10 的孔,以防当停止进水时产生虹吸倒流。淹没式进水管口能减少进水噪音;非淹没式管口进水噪音过大,需采取在管口设置锥形消能散流挡板等减噪的技术措施。进水管管径按流速018～112 m/ s 设计较佳,其流量按水泵在连续运行时间内充满水箱的有效容积确定。自动控制时按水泵1 h 启动6～8 次确定;人工控制时按水泵短连续运行时间不得小于0125 h确定。进水管大管径不得大于200 mm,这是考虑过大管径开孔会减弱箱壁强度和增加水箱箱体尺寸,造成材料浪费。

412 　出水管

出水管管径应按给水系统设计秒流量确定,一般与进水管管径相同设置。出水管可设置在箱壁或箱底,但其管口低点应高于箱底不小于50 mm,以防止箱底沉积物进入管道。

413 　溢流管

溢流管的设置容易被人们忽视,甚至有人以种种理由不设溢流管。溢流管的作用:一是泄压,保证水箱体不超压破坏,保证安全;二是保证浮球阀等水位控制器的动作空间。溢流管管径一般按大于进水管1～2 号确定,可保证排泄水箱大入流量。溢流管可以从侧壁或底部接出,但溢流管管口低部位应高于水箱高水位20 mm,距箱顶150～200 mm为宜,这样可在保证水箱有效容积的基础上,使水箱

的公称容积经济。溢流管是水箱敞口部位直接和大气连通,为防止外部对水质的污染,溢流管管口应设置18 目的耐腐蚀材料滤网,以防止昆虫和鼠类小动物进入。溢流管不得与排水系统直接连接,以防排水系统的臭气和污物的污染。

414 　泄水管

泄水管是为水箱清洗或事故检修时,水箱泄空时使用。当有消防储备水时,对水箱的放空检修周期不宜超过48 h 。故泄水管管径应以满足在检修时间内排空水箱有效容积来确定。笔者认为按4 h 排空即可。以孔口出流计算管径,管径一般不小于50mm。泄水管安装在箱底低处,也可在箱体侧壁上。泄水管口低点应和水箱内底低面相平,便于排空水箱中的水和沉积物。泄水管应装设闸板阀,不宜装截止阀。泄水管可与溢流管连接,不能直接与排水系统相连接,以防止受污染。

415 　透气管

透气管使水箱和大气连通,其作用一是使水箱内空间有新鲜空气对流换气;其二是当水箱进水时排气,出水时进气保持水箱内压力平衡。透气管设置两根,伸出箱顶长度不同为好,这样使水箱换气流畅。但事实上水箱有开口的溢流管,也可起到对流换气作用,故透气管在小容积水箱中也可只设置一根。透气管管径本应按进、出水量换算成进排气量确定,但由于溢流管是开口的,故透气管管径可按小于进水管1～2 号确定,也以不小于50 mm为宜。透气管一般伸向水箱间内,管口应设置防止昆虫和鼠类小动物进入的18 目耐腐蚀材料滤网。为防止灰尘进入,一般应将管口朝下设置。因为溢流管口是开口的,所以将透气管口设计成带有活性炭等过滤填料装置是不必要的。

416 　水位信号装置

在水箱侧壁安装反映水箱内水位的水位指示装置,以供就地观察。一种是玻璃管液位计:一般测量范围1 200 mm ,当水箱高度超过此值时需两个或三个重叠设置,其重叠部分不少于70 mm。另一种为磁耦合液位计:其测量范围可达8 000 mm ,其红白分界的液位显示十分清楚。就地安装的水位计在有可能冻结的水箱间内应采用保温材料、蒸汽管伴热、发热电缆等保温防冻措施。当需要远距离水位显示

时,则安装电极式或浮球式液位显示控制仪,实现水位测量控制和在控制室远程显示。

417 　进水管水位控制阀的安装

当利用加压水泵供水,并在水箱内设置液位控制器控制水泵开停时,水箱进水管可不设置液位控制阀门;当利用水泵加压供水或利用市政管网供水时,应设置液位控制阀门,以便水位到达规定高水位时,关闭进水管口。液位控制阀分液压控制阀和浮球控制阀。选择上述两种阀型时主要考虑安装后能控制高水位和箱顶净距离在170～220 mm 内为宜,如果过大则使水箱有效容积减少或水箱公称容积过大而造成水箱容积浪费,水箱平面尺寸越大越应考虑这一点。

418 　人孔、内外人梯

人孔和内外人梯供日常维修时使用。人孔小尺寸不得小于500 mm,并设置能够锁定的人孔盖,以保证水箱卫生安全。根据人体动作尺寸,水箱高度大于和等于1 500 mm 时,应在人孔处设置内外人梯。外部人梯的第一踏步宜离地面600 mm,箱顶扶手部分高不大于600 mm为宜,这样既满足使用要求,又不使水箱间净高度过大,其材料应和水箱材料一致,以保证水箱整体美观。

419 　水泵开停控制器安装

水箱和水泵联动的给水系统是供水常用的自动控制给水方式,其自动控制的简单方法是满水位停泵,低水位时开泵。控制器停泵水位应低于高水位100 mm, 而开泵水位应高于低水位200mm,以避免因水位控制器误差和开停泵后进出水滞后,造成超高水位满溢,浪费水量;低于低水位时,容易导致供水管进入空气,形成管道积气和腐蚀。

4110 　水消毒

《二次供水设施卫生规范》中规定“水箱的容积设计不得超过用户48 h 的用水量”,否则应采取消毒措施。笔者认为水箱容积不能满足24 h 更换一次时,应采取消毒措施。当消毒剂采用消毒液时,为使药液和水体很好混合,将药液管伸入水体深度1/ 3处,管口为30°坡口,管径采用! 12 耐腐蚀管即可。也可采用紫外线消毒装置,其装置可直接安装在水箱出水管上,在水流经过装置时,杀死水中的细菌达到消毒目的。

4111 　水箱绝热设计

水箱绝热设计分为:热水箱保热保温、冷水箱防结露保温和在冬季不采暖水箱间防冰冻保温三种。保热保温和防冰冻保温属保温结构,一般由绝热层和保护层组成;防结露保温属保冷结构,一般由防锈层、绝热层、防潮层和保护层组成。目前在工程设计中,对防冰冻保温缺乏绝热层厚度计算公式和计算参数,故笔者在这次国标图编制过程中,翻阅查找有关技术文献,按热损失平衡原理[2 ]忽略水箱壁、保护层的导热损失,导出水箱防冰冻保温层厚度δ计算公式,其推导过程如下:

单层平壁箱体单位面积热损失q 为:

q =t1 - t0δλ + R H(1)

　　单层平壁箱体总热损失Q 为:

Q = q ×F = (t1 - t0δλ + R H) ×F (2)

　　储水介质单位质量放热量q介为:

q介=C ×( t1 - t4)T(3)

　　储水介质总放热量Q介为:

Q介= q介×G =C ×( t1 - t4)T×G (4)

　　单层平壁箱体热损失量和储水介质放热量平

衡,经整理得保温层厚度δ计算公式为:δ = λ[T ×FC ×G(t1 - t0t1 - t4) - R H ] (5)

式中λ———保温材料导热系数,kJ / (h·m·℃) ;

T ———冻结时间,h ;

F ———水箱体表面积,m2 ;

C ———水的比热, C = 41187 kJ / (kg·℃) ;

G ———水箱内水的质量,kg ;

t1 ———水箱储水水温, ℃;

t0 ———结冻室外极端低温度, ℃;

t4 ———水结冻温度, ℃;

R H ———从平壁保温层至周围空气的热阻,可取0102 m2·h·℃/ kJ 。

如何确定冻结时间T 缺少数据资料,有待于研究。笔者从两个方面考虑:一是水箱中的水处在流动状态时,因连续不断补充热量,则水不易冰冻;只有当水处在停留状态时,才因热损失产生冰冻,这就与水在水箱中的停留时间有关。按水箱有效容积为日用水量的5 %～12 %计算得停留时间为418 ～2188 h 。按此值计算保温层厚度非常小,没有工程上的实际意义。另是采用结冻室外极端低温度t0 出现周期的时间来控制使水温降低不冰冻的时间间隔作为冻结时间。据资料统计得知:某地区极端低温度出现周期为5 d 左右,笔者记录沈阳市2001 年冷月低于- 30 ℃极值连续为5 d ;笔者又收集到北京某厂将容积1 m3,保温层厚度50 mm的水箱置于室外冷月,周围空气温度约- 20 ℃左右,7 d 后水箱水面结冰;又根据我国休假制度,冬季有7 d 的长假,使办公楼等公共建筑有7 d 停水的可能。由此,笔者认为冻结时间T 对居住建筑取72～120 h ;对办公楼等公共建筑取168 h 较为合适。水箱绝热设计制作中应注意:一是在很多地区,水箱防结露保温和防冰冻保温是同时存在的,应以

两者不利参数和保温结构形式做为设计依据。二是防结露保温的保冷结构的防潮层材料选择和施工制作要保持良好的整体性,不能破坏防潮层出现透气点而丧失防潮层效果,出现结露和锈蚀。

4112 　水箱卫生要求及防腐蚀

水箱制作采用多种材料,但用于生活饮用水水箱的箱体材质及其连接件、密封件,必须是对人体无害的,应符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》要求。对防腐蚀涂料应选用满足上述标准要求的防霉环氧涂料、瓷釉涂料等材料外,在涂刷施工中金属表面应严格除锈、除垢,再打磨焊缝表面。采用喷砂除锈应达到Sa2 级,采用人工除锈应达到St3 级,这样才能保证防腐涂料与金属表面牢固亲合和涂料层不产生龟裂。

4113 　水箱安装及水箱卫生防护

绝大多数水箱安装在水箱间内,水箱间布置应满足水箱现场焊接、组装、配管敷设、维护检修操作等尺寸。水箱与混凝土基础或与支座接触处,应设置防腐蚀绝缘填层,如橡胶板或塑料板等。

　　生活饮用水箱间属水源重地,应加强保护,特别是卫生防护应专门管理。水箱间的建筑设计标准,应有良好的光线、通风和清洁卫生环境。水箱还应每隔015～1 年放空,清扫一次内部。设计者应认真对待水箱间水泵运行、止回阀动作、进水管进水时的噪音污染,并采取有效措施。 

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