威派格稳压补偿式无负压供水设备原理介绍
第一章威派格稳压补偿式无负压供水设备简介 (3)
1.1设备原理图 (3)
1.2设备工作原理 (3)
1.3设备的核心功能 (4)
1.4主要优点 (4)
1.5稳压补偿式无负压供水设备与传统的罐式无负压供水设备比较 (4)
第二章威派格稳压补偿式无负压设备特点及配置说明 (6)
第三章威派格稳压补偿式无负压供水设备技术创新点 (10)
第四章威派格稳压补偿式无负压设备与同类型设备相比技术优势 (11)
①、通过相关设备始终将市政管网压力维持在最低服务压力上 (12)
②、当市政管网压力下降至最低服务压力时，保证用户正常用水的需求。 (12)
③、补偿罐具有差量调节作用 (12)
④、在小流量用水时，在不启动主泵的情况下保证用户正常用水 (13)
⑤、所有水泵、管路、阀门、配件及设备过流部分必须采用食品级不锈钢材质 (13)
⑥、无负压节能特点，市政管网出现断水、用水高峰出现压力下降的保护措施和方案 (13)
第五章威派格无负压供水设备无线监控系统设计方案 (14)
5.1设计目标 (15)
5.2实现方案 (15)
5.3系统示意图 (15)
5.4系统特点 (16)
5.5系统网络 (16)
5.6系统功能 (18)
5.6.3远程监控室现场图片 (18)
第一章威派格稳压补偿式无负压供水设备简介
1.1设备原理图
1.2设备工作原理
该设备通过智能控制控制技术与稳压补偿技术实现设备对市政管网不产生负压，保证向用户管网不间断供水。该设备采用的流量控制器在维持最低服务压力的基础上能够自动调节市政管网向设备的输入水量，确保市政管网不产生负压，用水高峰期时能量储存器释放预充的一定压力的气体，保证稳压补偿罐高压腔的水带有一定压力补偿到恒压腔中，在一定时间内可补充市政管网来水量的不足，通过双向补偿器，在用水低谷期时对稳压补偿罐进行蓄能，对用户管道起稳压补偿作用，充分利用了市政管网的压力，节能效果显著。
1.3设备的核心功能
（1）不产生负压：设备始终将罐内的压力维持在最低服务压力值之上。
（2）差量补偿：在用水高峰期时无负压罐内的水能做到差量补偿。
（3）全密闭：在补偿工况下不与外界大气相通。
（4）小流量保压：对用户用水管网起保压功能，避免水泵的频繁启动。
1.4主要优点
（1）节能：利用市政供水管网压力，叠压增压。
（2）环保：整个供水过程全密闭，防止二次污染。
（3）节省投资：节省占地面积，节省人力，物力。
1.5稳压补偿式无负压供水设备与传统的罐式无负压供水设备比较
第二章威派格稳压补偿式无负压设备特点及配置说明
设备由滨特尔水泵/WODE水泵、稳压补偿罐、双向补偿装置、能量储存装置（专利证书）、无负压流量控制器、控制系统、成套附件等部件组成。
威派格ZWG全自动变频调速无负压供水设备引进国际上最先进的技术，采用国际著名品牌西门子或丹佛斯变频器，通过可编程序控制器对单台或多台水泵进行变频调速和程序控制，以实现无负压变量供水的目的，是一种智能化的高新科技产品，产品结构紧凑、功能齐全，取代了传统的水塔、高位水箱、变频水箱等供水装置，节约了工程投资、缩短了工程周期，避免了水质二次污染，节能效果显著。
无负压供水设备是利用无负压补偿罐分腔式供水装置与能量储存器，结合双向补偿装置在市政管网压力下降及高峰期供水时给用户补水。设备及管路均采用食品级不锈钢材质，封闭式运行不与外界空气接触，在保证长期安全、稳定运行措施上有所突破，设备可以任意组合，而且实现自动操作，管理简单、安全可靠，节能环保无二次污染。
2.1无负压流量控制器
采用专利技术的无负压控制器（专利号：2.1）时刻监测控制市政管网及补偿罐中的压力，当自来水压力不足时，无负压控制器开始工作，保证市政管网的水压不受影响，自来水公司135号文件规定市政压力不能低于2KG，我司独家设计无负压流量控制器，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。
2.2双向补偿装置
采用发明专利技术储能与释放调节装置双向补偿（专利号：ZL2.8）可自动对自来水管网进行持续水量补偿，还可以对用户管网起到稳压补偿的作用，确保该设备对自来水管网不产生负压。供水低峰期，双向补偿器开始工作，将水泵出口端的高压水引向高压腔继续补水，当液面逐渐上升，带压的氮气被挤压回能量储存装置内，这样就完成了低峰期给罐内补水的过程，当高峰期供水或市政管网压力下降时，能量存储装置释放能量，挤压高压腔水向恒压腔补充，汇同恒压腔
的市政水一同给用户补水，这样就完成了高峰期向用户补水的过程。
2.3能量储存器
采用专利技术的能量储存器（专利号：2.7）内置预压不溶于水的氮气，当高峰期供水时，释放能量挤压高压腔水向恒压腔管网补水，充分利用能量守恒定律的原理，实现高峰期给用户补水，保证罐中的水能够最大程度的补偿到用户管网中，抑制负压产生，保证不对市政管网产生影响。
2.4滨特尔水泵
滨特尔APV系列水泵，采用立式多级同轴管道泵设计,管道直接安装,运行平稳,工作点效率不低于70％,水泵安装方便,无需特殊的地基和减震垫,也无需特殊工具.生活水泵应符合国际饮用水标准,通过相关认证如欧洲的WRC。
2.5无负压补偿罐
设备特点：
1）不生锈：由于该产品选用进口食品级SUS不锈钢板材，彻底遮断太阳光射，滋生藻类，能确保清洁。
2）不渗透：该产品独特的结构设计，氩弧焊接单面焊接双面成型，具有超卓的强度。不会出现漏水及密封不严的现象。
3）重量轻、质量高：本公司特有的板型，高难度的冲压成型工艺达到了高强度的使用要求，补偿罐的重量只有普通钢材水罐的三分之一。
4）外型美观、可任意组合：不锈钢补偿罐外型线条流畅、美观、造型应用户要求安排，容积可满足设计要求，安装现场并无特殊要求，并可提供管路保温服务。
2.6智能控制柜
1）概述
WPK系列智能无负压供水系统电气控制柜，是直接对供水系统管网的水泵机组进行智能调节的电气控制设备。该柜采用国际最先进的西门子或丹佛斯的变频器品牌 , 具有优秀的传动特性; 可编程控制器实现了一台变频泵和多台定量泵同时调节达到用户所需稳定压力;在变频器故障时自动工频起停来保证压力,改变了以往靠人工来起停；还可选用双系统控制进一步增加系统运行可靠性，远程监视及时为客户反馈故障信息为整个用水供水安全保驾护航。
2）技术指标及性能
环境温度：0℃～40℃
相对湿度：90%（不凝露）
海拔高度：2000m 以下。
环境气氛：环境大气中含灰尘要少，无腐蚀性或易燃性气体，无活性阴离子。过载能力：150%最小60秒
振动：不大于0.5g
大气压力: 80kpa-110kpa
输出频率：0-50Hz
输出电压：0-380V.AC
电源电压：380V.AC±10%
电源频率50HZ±2Hz
功率因数：cosФ≈1
三相电压不平衡率：不大于3%
控制方式：正弦波PWM控制
3）工作原理
水泵准备运行时，合上空气开关(QF)。转换开关SAC旋至“手动”时，为手动控制，分别用旋钮开关控制各泵的运行和停止。转换开关SAC旋至“自动”时，为自动控制，若进口压力传感器检测市政无负压和真空时，变频器开始运转起动主泵，随输出频率及电压升高，主泵电机转速也随即升高。当出口压力传感器检测到的信号达到系统设定压力（参数预先设定），电机转速稳定，系统达到平衡。
当系统的用水量增大时，上述电机转速不能保护设定的系统参数而平衡被破坏，产生偏差，这时柜内的自动闭环调速控制系统发出信号，使变频器增大其输出频率和电压，使电机转速迅速升高到响应系统设定压力值而达到新的平衡。这种过程是连续的动态平衡过程（由于控制器精度很高，其偏差是感觉不到的）。用水量进一步增大，当变频器输出达到50HZ，380V时，电机转速随之响应到其额定转速，无法响应参量变化时，变频泵切换到工频，起动另一台泵变频，从而继续保持系统压力稳定。当长时间由一台泵变频供水时，PLC会定时转换到下一台泵变频运行。
当系统内用水量减少时，压力升高到压力上限，变频泵随即减速；工频泵延时停止，变频泵随即加速。当用水量进一步减少，变频泵频率已降至低于休眠频率时（参数预先设定），延时休眠时间（参数预先设定），变频器休眠。变频泵随即停转，进入休眠状态，控制器随时监视压力传感器变化，当低于系统所设定唤醒压力值时（参数预先设定），变频器将重新起动运行。
当自来水压力低于负压解除值，按设定的降低倍数降低给定压力值，启动流量控制器调节市政进口压力缓解产生负压;同时双向补偿器工作把稳压补偿罐高压腔中的水补给到进水总管。当市政压力恢复双向补偿器为稳压补偿罐补充能量，给定压力恢复到设定值。当负压补偿能力耗尽，在2分钟内如果负压仍没有解除，水泵停止；并发出负压声光报警。负压解除后，系统自动恢复正常运行。4）功能介绍
采用标准的变频循环软启工作模式，减小对电网冲击；各泵互为备用，交替运行，均匀磨损延长电机的使用寿命。
保护功能：过压、欠压、过流、过载、缺相、短路、过热等故障的自动保护功能，并对可恢复的故障应进行消除、恢复正常运行。
恒压原理：PID将反馈值与给定值进行比较，当反馈值小于给定值，变频器输出频率增大，当反馈值大于或等于给定值，变频器输出频率降低。
定时倒泵：变频泵连续运行设定的倒泵时间，自动切换到下一台泵变频运行，轮换交替运行。
高峰加泵：变频泵在30秒内打不出压力下限，变频泵顺势转工频，启动下一台泵变频运行，到压力上限延时切断工频泵。
故障互投：当主泵发生故障，可自动切换到备用泵运行并发出声光报警。
异常运行：当变频故障，可工频自动起停，压力下限起泵，压力上限停泵。
休眠功能：当控制系统根据预先设定的判断逻辑确认系统能够保持压力，即进入休眠。
稳压功能：当变频器休眠，系统少量用水可通过稳压装置补偿稳压。
补压功能：当稳压装置的补偿能力耗尽，启动补压泵给系统补压。经过合理设置，利用休眠、稳压和补压功能，可最大限度节省能源消耗（选用功能）。
降低给定：当自来水供水出现波动，首先按设定的降低倍数降低给定压力运
行。
负压补偿：当自来水压力低于设定值，启动双向补偿器和流量控制器补偿。
负压处理：当负压补偿能力耗尽，在2分钟内如果负压仍没有解除，水泵停止；并发出负压声光报警。
负压解除：负压解除后，系统自动恢复正常运行。
功能扩展：除了实现以上标准功能，控制系统提供丰富的功能扩展接口，如RS485接口，及楼宇接口以提供远程监视、远程控制、远程报警等功能。
远程监视：对设备实时远程监视及时为客户反馈故障信息为系统运行保驾护航。
双系统：根据客户需要配置双变频双系统控制。
第三章威派格稳压补偿式无负压供水设备技术创新点
1、采用专利技术的无负压流量控制器，时刻监测市政管网的压力，当市政管网压力下降时，其开始工作，始终保持管网压力维持在市政临界值不再下降。
2、采用专利技术的能量储存器，预先充有一定压力，一定压缩体积的惰性气体，当无负压稳流补偿罐需要补偿时，释放气体，保证罐内的水带有一定压力补偿到恒压区里。
3、采用专利技术的双向补偿调节装置，可自动对自来水管网进行持续水量补偿，还可以对用户管网起到稳压补偿的作用，确保该设备对自来水管网不产生负压。
第四章威派格稳压补偿式无负压设备与同类型设备相比
技术优势
①、通过相关设备始终将市政管网压力维持在最低服务压力上
根据自来水公司规定市政压力不能低于2kg ，我公司独家设计的专利技术无负压流量控制器，时刻监测控制市政管网及补偿罐中的压力，当自来水压力不足时，无负压流量控制器开始工作，保证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。
②、当市政管网压力下降至最低服务压力时，保证用户正常用水的需求。
当市政管网压力下降至最低服务压力时，时刻监测市政管网压力与补偿罐压力的无负压流量控制器，会控制市政管网的流量，对市政管网里的水进行微调，使其不产生负压的同时由市政管网里面的水自然注入用户管网，如用户用量为5吨水，此时只给4.6吨，这时，无负压分腔补偿罐和能量补偿器启动，能量储存装置释放能量挤压高压腔水向恒压腔补水，汇同恒压腔的市政水一同给用户补水，保证补偿罐中的水能够最大程度的补偿到用户管网中，保证用户的正常用水需求。
③、补偿罐具有差量调节作用
无负压补偿罐具有差量调节作用。当市政管网压力正常时，市政的水通过恒压腔经过泵组加压送至用户管网，当用水高峰期时，能量储存装置释放能量挤压高压腔水向恒压腔补水，汇同恒压腔的市政水一同给用户补水，保证补偿罐中的水能够最大程度的补偿到用户管网中，保证用户的正常用水需求。
1.从罐体的选型计算得出该供水量所需补偿罐的体积：
稳压补偿罐调蓄容积设计时，应按流入量和供水量的变化曲线计算确定。资料不足时，按下列公式计算。
V调=（Qq-Qmax）*△T
V调:稳压补偿罐调蓄容积（V高）（m3）
Qq：设计流量
Qmax：市政管网在最低服务压力时，所能供给的最大供水量
T：用水高峰持续时间，一般△T为5-8分钟。
2.稳压补偿罐内部高压腔容积不能低于总容积的80%。
④、在小流量用水时，在不启动主泵的情况下保证用户正常用水
由于双向补偿调节装置（专利技术）的应用，保证具有双向补偿的功能。一路补偿为用户管网与补偿罐连通，用水低谷期利用用户管网的高压水补满稳压补偿罐，一路补偿为高压区的水通过旁通管的电控阀门，在市政管网压力下降至服务最低压力临界值时，对恒压区进行持续水量的补充，确保市政管网的压力不低于最低服务压力。
正是因为用水低谷期利用用户管网的高压水补满稳压补偿罐，所以保证了补偿罐内的高压水能够满足用户管网最不利点的用水。在小流量用水时，高压区与用户管网处于连通状态，高压区能够对用户管网起到稳压补偿的作用，此时水泵处于休眠状态，减少了变频水泵和控制系统频繁启动的现象，延长了水泵使用寿命。
⑤、所有水泵、管路、阀门、配件及设备过流部分必须采用食品级不锈钢材质
⑥、无负压节能特点，市政管网出现断水、用水高峰出现压力下降的保护措施和方案
无负压供水设备直接对接市政管网，充分利用市政管网原有压力叠加增压差多少补多少，降低了水泵的扬程和功率，节约电能。设备成套出厂占地面积小节约占地空间。水泵运行过程中，有恒速和变速两种方式，均可按供水用户的要求
进行流量调节。恒速运行时，一般采用节流调节。变速运行是在运行过程中改变水泵的转速，从而调节输出流量以适合用水量的变化，并可保证管网压力的恒定，使水泵始终在高效率的工况下工作。由于水泵的轴效率与转速的三次方成正比，转速下降时，轴功率下降极大，故变速调节流量在提高机械效率和减少能源消耗方面，是最为经济合理的。
当市政管网出现断水，用水高峰出现压力下降时，控制系统会自动调节水泵机组与市政管网连接处的无负压流量控制器，从无负压补偿罐中取水向用户管网变频增压供水。当用水高峰过去市政管网压力恢复到常态水平，控制系统会自动调节水泵机组与市政管网连接处的无负压流量控制器，恢复到管网无负压供水状态。
第五章威派格无负压供水设备无线监控系统设计方案
5.1设计目标
基于“集中监控，分散控制”的模式，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集中监控系统，完成对供水系统的远程数据采集和控制，实时接收供水系统的各项运行参数，自动判断水泵故障，并发出故障报警，分析故障原因，实现“24小时实时监控”的目标，及时发现故障，有利于及时排除故障，提高供水的安全性和保障程度，同时减少了人工巡查工作量，提高工作效率。
5.2实现方案
系统由远程水泵控制站点和监控中心组成。
远程水泵控制站点包括水泵、变频器、PLC、触摸屏、传感器、GPRS DTU等组成。PLC作为控制器，实现故障信息输入、出口压力、进口压力、温度、频率等信号的采集、水泵启停控制、变频器频率参数设定等。同时PLC与触摸屏进行通讯，完成参数设定和本地显示功能。
GPRS DTU与PLC进行通讯，将数据通过DTU发送到GPRS网络中去，监控中心通过网络实现数据的监控。
监控中心包括服务器、短信Mordem、组态软件、Mordem、显示器、显示屏等。服务器通过GPRS网络，采集远程远程站点的数据，通过组态软件显示在显示器和显示屏上。显示屏可以实时显示当前各站点水泵的状态及参数。当有故障发生时，可以进行综合报警和短消息服务。
5.3系统示意图
图1-1远程监控系统示意图
5.4系统特点
本系统具有如下特点：
● 可实现水泵的温度、压力、频率、故障等信息的集中监控，实时采集远
程设备的数据和状态；
● 大屏幕可循环显示各水泵当前状态，遇水泵故障时，可声光综合报警，
同时给出该水泵详细信息；
● 无人值守时，可自动按设置的手机号码发送短消息报警；
● 可实现数据实时曲线、历史曲线查询功能，可完成数据报表打印的功能；
● 可方便实现远程站点的扩容。
5.5系统网络
水泵集中监控中心与各远程PLC控制站之间通过中国移动公司GPRS网络来实现数据通讯的。GPRS网络的主要设备为GPRS DTU，主要完成PLC与监控中心数据传输转发的任务，同时也是与移动GPRS网络的工作接口。主要设置的参数如下：
● 与移动GPRS APN（访问结点网络）方式。
● 数据发送目的地，即数据中心服务器或者路由器的IP地址或者域名。
● 与PLC RS232的接口参数，包括波特率、停止位、奇偶校验、数据位、流控制。
● GPRS DTU对于不同地区GPRS网络质量的一些参数配置。
数据经GPRS DTU发送到移动GPRS网络上的CGSN后，移动的GPRS网络与INTENET有通道接口，因此，移动CGSN服务器可将数据经INTENET再转发到数据中心服务器或者是路由器上。
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10-70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。
GPRS 是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。
基于GPRS技术组建的热网远程监控系统有如下特点：
● 永远在线： GPRS DTU一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据，具有很高的实时性；
● 按流量计费：GPRS DTU一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用；
● 高速传输：GPRS网络的传输速度最快将达到160Kbps，速率的高低取决于移
动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20~40Kbps的稳定数据传输；
● 组网简单、迅速、灵活：GPRS无线DDN系统可以通过Internet网络随时随
地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资；
● 通信链路由专业运营商维护：由于采用中国移动的GPRS 数据业务，因此链
路维护也由中国移动负责，免除通信链路维护的后顾之忧；
● 防雷击：由于采用中国移动的GPRS 数据业务，所以在不影响上网的前提下，GPRS DTU的发射功率非常小，天线非常短，而且无需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。
5.6系统功能
5.6.1监控中心功能
监控中心包括一台数据服务器，两台显示器、一个GSM Mordem、一个显示屏和打印机、组态软件等设备。
数据服务器通过ADSL 固定IP与Interent连接，实现与GPRS网络的通讯，采集远程数据；
GSM Mordem用于完成短消息发送服务；
组态软件具有如下功能：
● 用户登录
● 各水泵站状态循环显示
● 水泵故障声光综合报警
● 故障记录
● 实时数据曲线显示和查询
● 历史数据曲线显示和查询
● 数据报表打印
5.6.2远程PLC控制站功能
● 各地PLC 控制站包括PLC、变频器、电机、水泵、GPRS DTU、变送器等。
● PLC通过模拟量输出控制变频器的运行频率；
● PLC通过模拟量模块采集进口压力信息和出口压力信息，同时采集变频
器的温度和频率模拟信号。
● PLC通过RS485口和GPRS DTU通讯，实现数据上传；通过RS232与触摸
屏通讯，实现参数的本地显示和设置。
5.6.3远程监控室现场图片
图1-2远程监控室现场图片