一种能够高效调节给水系统供水能力的方法及给水系统技术领域
本发明涉及给水系统的设计与运行管理领域，尤其涉及一种能够高效调节给水系
统供水能力的方法及给水系统，主要适用大、中型给水系统，需水量随时间变化，且要求供
水压力保持稳定的场合。如城镇综合给水系统、大型产业园区综合给水系统和工业循环冷
却水给水系统。
背景技术
在国家鼓励节能减排的大环境下，如何降低给水系统能耗已经成为给排水专业人
员关注的一个焦点。在现有的给水系统中，大多选择同型号的水泵并联工做，极少考虑大小
规格水泵搭配并联工作，即使有大小规格水泵搭配的情况，也没有形成统一具体的方法。现
有的水泵并联工作模式并没有充分发挥水泵并联运行调度的灵活性，而且由于水泵调度的
不灵活造成供水能力与需水量不能很好匹配，造成水泵低效运行。水泵变速运行可以一定
程度上扩展离心泵的有效工作范围，但是高压变频设备价格昂贵，变频设备结构复杂维护
成本高，还有变频水泵与定速水泵并联运行节能效果不理想，这些问题也导致高电压水泵
变频技术推广困难。
发明内容
本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种能够高效调节给水
系统供水能力的方法及给水系统；在保证给水系统压力稳定和水泵在高效区运行的前提
下，可以实现给水系统供水能力的大范围高效调节。在相同工况下，比变频调速给水系统的
投资费用和维护费用低，比传统的给水系统的运行费用低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种能够高效调节给水系统供水能力的方法，该方法是选用4台或5台两种不同型
号的水泵，并联运行，通过两种不同型号水泵运行数量的各种组合，实现给水系统供水能力
的大范围高效调节；具体方法如下：
1)给水系统选用配有定转速电机的水泵，水泵并联运行；
2)给水系统中水泵的数量为4台或者5台，正常运行的情况下至少有1台水泵备用；
当运行水泵故障时，备用水泵自动投入运行；
3)给水系统中水泵的型号为两种，设其中一种水泵的型号为A，其额定流量为Qa，
额定扬程为Ha；另一种水泵的型号为B，其额定流量为Qb，额定扬程为Hb；设Qa＜Qb；两种型号
的水泵的额定扬程的比α的范围是0.9≤α≤1.1，注：α＝Ha/Hb，α＝1为最优值；额定流量成一
定比例：当给水系统中水泵的数量为4台时，两种型号的水泵均为2台，两种型号的水泵额定
流量的比β的范围是0.68≤β≤0.83，注：β＝Qa/Qb，β＝0.75为最优值；当给水系统中水泵的
数量为5台时，流量较小的水泵为2台，流量较大的水泵为3台，两种型号的水泵额定流量的
比β的范围是0.6≤β≤0.73，注：β＝Qa/Qb，β＝0.67为最优值；
4)将上述两种不同型号水泵的运行数量进行各种组合，实现给水系统供水能力的
大范围高效调节；
5)水泵的控制是根据给水系统仪表的信号值，经过设定好的逻辑控制器计算，每
隔一定时间，判断一次给水系统运行工况是否合适；当判断的结果为合适时，保持现有运行
状态不变；当判断的结果为不合适时，自动连锁控制水泵的启停，及时改变给水系统的供水
能力来适应用户需水量的变化。
一种能够高效调节给水系统供水能力的方法采用的给水系统，包括分水管路、总
水管路、检修阀门、多功能水泵控制阀、水泵、吸水井、水系统仪表、逻辑控制器；4条或5条分
水管路并联，并联管路的一端连接吸水井，另一端连接总水管路；在每一条分水管路上分别
安装有检修阀门、多功能水泵控制阀、水泵，检修阀门为两个，分别安装在水泵的吸水管上
和水泵的出水管上，在水泵和水泵出水管检修阀门之间安装多功能水泵控制阀；水系统仪
表安装在总水管路上；逻辑控制器分别连接水泵电机和水系统仪表。
所述水泵为配有定转速电机的水泵。
所述水系统仪表为流量表、压力表、温度表。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)在水泵选型和管道设计合理的前提下，可以使给水系统供水能力大幅度变化
(可以在设计供水量的20％～110％范围内调节)，同时保证给水系统压力稳定和水泵在高
效区运行。
2)给水系统能够根据系统的流量、压力和温度的信号值，经过设定好的逻辑控制
器计算，判断给水系统运行工况是否合适，当判断的结果为不合适时，可以自动切换水泵的
启停，及时改变给水系统的供水能力来适应用户需水量的变化。
3)本发明的方法只选用配有定转速电机的水泵；相同的工况下，比变频调速给水
系统的投资费用和维护费用低，比传统的给水系统的运行费用低。
附图说明
图1是本发明应用在循环冷却水给水系统中的结构示意图(实施例1)；
图2是本发明应用在城镇给水系统中的结构示意图(实施例2)。
图中：1-检修阀门、2-多功能水泵控制阀、3-1#水泵(实施例1)、4-2#水泵(实施例
1)、5-3#水泵(实施例1)、6-4#水泵(实施例1)、7-电动流量控制阀、8-换热器、9-冷却塔、10-
吸水井、11-压力表、12-流量表、13-温度表、14-1#水泵(实施例2)、15-2#水泵(实施例2)、
16-3#水泵(实施例2)、17-4#水泵(实施例2)、18-5#水泵(实施例2)、19-分水管路、20-总水
管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：
一种能够高效调节给水系统供水能力的方法，该方法是选用4台或5台两种不同型
号的水泵，并联运行，通过两种不同型号水泵运行数量的各种组合，实现给水系统供水能力
的大范围高效调节；具体方法如下：
1)给水系统选用配有定转速电机的水泵，水泵并联运行；
2)给水系统中水泵的数量为4台或者5台，正常运行的情况下至少有1台水泵备用；
当运行水泵故障时，备用水泵自动投入运行；
3)给水系统中水泵的型号为两种，设其中一种水泵的型号为A，其额定流量为Qa，
额定扬程为Ha；另一种水泵的型号为B，其额定流量为Qb，额定扬程为Hb；设Qa＜Qb；两种型号
的水泵的额定扬程的比α的范围是0.9≤α≤1.1，注：α＝Ha/Hb，α＝1为最优值；额定流量成一
定比例：当给水系统中水泵的数量为4台时，两种型号的水泵均为2台，两种型号的水泵额定
流量的比β的范围是0.68≤β≤0.83，注：β＝Qa/Qb，β＝0.75为最优值；当给水系统中水泵的
数量为5台时，流量较小的水泵为2台，流量较大的水泵为3台，两种型号的水泵额定流量的
比β的范围是0.6≤β≤0.73，注：β＝Qa/Qb，β＝0.67为最优值；
4)将上述两种不同型号水泵的运行数量进行各种组合，实现给水系统供水能力的
大范围高效调节；
当给水系统中水泵的数量为4台时，对这4台水泵进行运行数量的不同组合，可使
系统供水量在以下范围内进行调节：23％～30％～34％，31％～40％～45％，46％～60％～
68％，53％～70％～79％，61％～80％～91％，76％～100％～113％，84％～110％～125％；
当给水系统中水泵的数量为5台时，对这5台水泵进行运行数量的不同组合，可使
系统供水量在以下范围内进行调节：15％～20％～23％，23％～30％～34％，31％～40％～
45％，38％～50％～56％，46％～60％～68％，53％～70％～79％，61％～80％～91％，69％
～90％～102％，76％～100％～113％，84％～110％～125％；
以上数值是实际供水量占设计供水量的百分比，每一组数值的含义是：高效区流
量下限值～最高效点流量值～高效区流量上限值；在每个调节范围内，水泵都是运行在高
效区调节范围。
5)水泵的控制是根据给水系统仪表的信号值，经过设定好的逻辑控制器计算，每
隔一定时间，判断一次给水系统运行工况是否合适；当判断的结果为合适时，保持现有运行
状态不变；当判断的结果为不合适时，自动连锁控制水泵的启停，及时改变给水系统的供水
能力来适应用户需水量的变化。
对于常温给水系统，可以根据泵组出水总干管(总水管路20)的压力、流量信号值
进行控制；对于循环冷却水给水系统，可以根据冷却塔进水温度信号值，冷却塔出水温度
(与泵组出水总干管温度同意)信号值和泵组出水总干管(总水管路20)的流量、压力信号值
进行控制。
一种能够高效调节给水系统供水能力的方法采用的给水系统，包括分水管路19、
总水管路20、检修阀门1、多功能水泵控制阀2、水泵、吸水井10、水系统仪表、逻辑控制器；4
条或5条分水管路19并联，并联管路的一端连接吸水井10，另一端连接总水管路20；在每一
条分水管路19上分别安装有检修阀门1、多功能水泵控制阀2、水泵，检修阀门1为两个，分别
安装在水泵的吸水管上和水泵的出水管上，在水泵和水泵出水管检修阀门1之间安装多功
能水泵控制阀2；水系统仪表安装在总水管路20上；逻辑控制器分别连接水泵电机和水系统
仪表。
所述水泵为配有定转速电机的水泵。
所述水系统仪表为流量表(FISA)12、压力表(PISA)11、温度表(TISA)13。
流量表(FISA)12可以在盘上流量显示并连锁报警；压力表(PISA)11可以在盘上压
力显示并连锁报警；温度表(TISA)13可以在盘上温度显示并连锁报警。
检修阀门1常开，只有当水泵需要检修时关闭。多功能水泵控制阀2能在水泵启动
时自动缓开，在水泵停止时自动缓闭，防止由于水泵的启停造成水锤危害，同时具有止回作
用。对于循环冷却水给水系统，可以在泵组出水总干管(总水管路20)上设流量调节控制阀
7，使循环冷却水给水系统水量调节的效果更好。
实施例1：
某化工厂的循环冷却水给水系统结构示意见图1，该循环冷却水给水系统包括分
水管路19、总水管路20、检修阀门1、多功能水泵控制阀2、水泵(3、4、5、6)、吸水井10、水系统
仪表、逻辑控制器；4条分水管路19并联，并联管路的一端连接吸水井10，另一端连接总水管
路20，总水管路20连接换热器8，换热器8通过管路连接冷却塔9；在每一条分水管路19上分
别安装有检修阀门1、多功能水泵控制阀2、水泵，检修阀门1为两个，分别安装在水泵的吸水
管上和水泵的出水管上，在水泵和水泵出水管检修阀门1之间安装多功能水泵控制阀2；水
系统仪表安装在总水管路20上；逻辑控制器分别连接水泵电机和水系统仪表。
在总水管路上还设置有流量调节控制阀7。
水泵为配有定转速电机的水泵。
水系统仪表为流量表(FISA)12、压力表(PISA)11、温度表(TISA)13。在冷却塔的进
水管路上也安装有温度表(TISA)13。
该化工厂不同季节的循环冷却水用量和循环水温度见表1：
表1
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该化工厂冷却塔的气象参数见表2
表2
季节
5日湿球温度℃
5日干球温度℃
相对湿度％
夏季
27
32
72
春秋两季
20
24
63
冬季
12
15
55
冷却塔9的能力是由最热5日的气象参数设计，春秋冬三季冷却塔能力有富余，可
以达到冷却的水量、水温的要求。由于水量与温差的乘积不变，所以各个季节的循环水换热
量是不变的，可以保证化工厂换热器8的正常运行的换热。
循环水系统的吸水井水位与控制点的高程差为35m，控制点的最小服务水头为5m。
按照本发明的方法，水泵设计选型见表3。
表3
水泵编号
额定流量m3/h
额定扬程m
功率kw
1#，2#
1800
45
320
3#，4#
2400
45
430
依据化工厂不同季节的循环冷却水用量，水泵在不同季节的运行情况见表4。
表4
季节
运行水泵编号
总流量m3/h
扬程m
到控制点的水头损失m
夏季
1#，2#，3#
6000
45
5
春秋两季
3#，4#
4800
44
4
冬季
1#，2#
3600
43
3
水泵自动运行方式如下：在天气情况相对平稳的情况下，冷却塔9进出水温度也相
对稳定，水量与温差的乘积会在6000×10×(100±2)％范围内小幅波动，不影响换热器8的
正常运行。当春季进入夏季时，由于气温的上升会导致冷却塔9进出水温度升高，当冷却塔9
进出水温度升高超过2℃时，说明系统循环冷却水水量偏小，水泵自动切换到供水能力大一
级的模式运行，增加流量的同时减小水温差；当夏季进入秋季时，由于气温的下降会导致冷
却塔9进出水温度降低，当冷却塔9进出水温度降低超过2℃时，说明系统循环冷却水水量偏
大，水泵自动切换到供水能力小一级的模式运行，减小流量的同时增大水温差；秋季转冬季
和冬季转春季时，水泵自动运行方式的原理同上。循环冷却水的自动运行原理还可以应用
到由于昼、夜气象条件的不同，循环冷却水水量的日调节。
综上所述可见，本发明的方法可以满足循环冷却水给水系统水量调节的要求，同
时保持水泵的高效运行，而且能够根据循环冷却水的温度和流量自动调节给水系统的运
行。
实施例2：
某城市的给水系统结构示意见图2，该城市给水系统包括分水管路19、总水管路
20、检修阀门1、多功能水泵控制阀2、水泵(14、15、16、17、18)、吸水井10、水系统仪表、逻辑
控制器；5条分水管路19并联，并联管路的一端连接吸水井，另一端连接总水管路20，总水管
路20连接城镇给水管网；在每一条分水管路19上分别安装有检修阀门1、多功能水泵控制阀
2、水泵，检修阀门1为两个，分别安装在水泵的吸水管上和水泵的出水管上，在水泵和水泵
出水管检修阀门1之间安装多功能水泵控制阀2；水系统仪表安装在总水管路20上；逻辑控
制器分别连接水泵电机和水系统仪表。
水泵为配有定转速电机的水泵。
水系统仪表为流量表(FISA)12、压力表(PISA)11。
该城市日用水量变化见表5：
表5
时间h
用水量m3/h
时间h
用水量m3/h
0～5
3000
12～16
7000
5～10
8000
16～18
9000
10～12
10000
18～24
5000
给水系统的吸水井水位与控制点的高程差为24m，控制点的最小服务水头为16m。
按照本发明的方法，水泵设计选型见表6。
表6
水泵编号
流量m3/h
扬程m
功率kw
1#，2#
2000
60
490
3#，4#，5#
3000
60
735
依据该城市日用水量变化，水泵每日的运行情况见表7。
表7
季节
运行水泵编号
总流量m3/h
给水总管水压m
控制点的服务水头m
0～5
3#
3000
60
33
5～10
1#，3#，4#
8000
60
23
10～12
1#，2#，3#，4#
10000
60
16
12～16
1#，2#，3#
7000
60
26
16～18
3#，4#，5#
9000
60
20
18～24
1#，3#
5000
60
30
水泵自动运行方式如下：在用水量相对平稳的情况下，给水总管水压60×(100±
2)％范围内小幅波动，能满足用水量，同时保持水泵在高效区运行。当给水总管水压大于
61.2m时，说明供水能力大于用水量，水泵自动切换到供水能力小一级的模式运行；当给水
总管水压小于58.8m时，说明供水能力小于用水量，水泵自动切换到供水能力大一级的模式
运行。
综上所述可见，本发明的方法可以满足城市给水系统水量调节的要求，同时保持
水泵的高效运行，而且能够根据城市用水量和给水总管的水压自动调节给水系统运行。