變頻調(diào)速給水

1、變頻調(diào)速給水1.1概述常用的加壓供水方式有高位水箱供水、氣壓供水、變頻調(diào)速供水、管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）變頻調(diào)速供水和管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）高水位水箱供水等。其耗能、供水安全及防二次污染等方面的比較見(jiàn)表1。常用供水加壓方式比較 表1項(xiàng)目12345供水加壓方式高位水箱供水氣壓供水變頻調(diào)速供水管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）變頻調(diào)速供水管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）高水位水箱供水組成水池+工頻泵+高位水箱水池+工頻泵+氣壓罐水池+變頻調(diào)速水泵穩(wěn)流罐+變頻調(diào)速水泵穩(wěn)流罐+工頻泵+高位水箱水泵運(yùn)行工況均在高效區(qū)段運(yùn)行比1稍差部分時(shí)段低效運(yùn)行能利用市政剩余水壓、部分時(shí)段低效運(yùn)行能利用市政剩余水壓、均在高效區(qū)段運(yùn)行能耗1>1121&l

2、t;1供水安全性好比1差差差比1稍差供水壓力P水箱高低水位差=0.450.85P0.01MPaP0.01MPaP水箱高低水位差水質(zhì)二次污染情況差較差較差好好投資1<1<1<1<1運(yùn)行費(fèi)用1稍>1>11<1注：1.表中P1、P2表示氣壓水罐的最低、最高工作搖籃，絕對(duì)壓力（MPa）；P 為實(shí)際壓力波動(dòng)值。2.管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）高位水箱供水方式中的高位水箱不同于高位水箱供水 方式的水箱，應(yīng)為采取了空氣過(guò)濾裝置的密閉水箱。近年來(lái)，管網(wǎng)疊壓（無(wú)負(fù)壓）變頻調(diào)速供水方式已在不少城市使用。但是，該供水方式有一定的適用范圍和局限性，不是萬(wàn)能的，不是哪種場(chǎng)合都能使用的。故

3、變頻調(diào)速供水方式仍是目前應(yīng)用較廣的供水方式。在應(yīng)用中應(yīng)合理選用水泵，加長(zhǎng)水泵在高效區(qū)的工作時(shí)間，因地制宜，發(fā)揮其應(yīng)有的節(jié)能效果。變頻調(diào)速供水方式適用于每日用水時(shí)間長(zhǎng)、用水量經(jīng)常變化的生活和生產(chǎn)給水系統(tǒng)，凡需要增壓的給水系統(tǒng)及熱水系統(tǒng)均可選用。該供水設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在設(shè)定水泵出水壓力的情況下，水泵的出水量（用戶(hù)用水量）可通過(guò)變頻調(diào)速改變供電頻率進(jìn)而改變水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)；供水壓力一直被控制在設(shè)定的壓力下，不會(huì)出現(xiàn)用水小時(shí)管網(wǎng)壓力超過(guò)設(shè)定壓力的現(xiàn)象。缺點(diǎn)是當(dāng)供水范圍較小、用水變化幅度過(guò)大時(shí)，節(jié)能效果不明顯，甚至不節(jié)能；對(duì)電源要求較高，必須可靠，保護(hù)功能要齊全。變頻調(diào)速給水設(shè)備是比較節(jié)能的設(shè)備。它是利

4、用控制柜內(nèi)的變頻器和微機(jī)來(lái)控制水泵的運(yùn)行，使水泵按照實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（變化著的用戶(hù)用水量和設(shè)定的水壓）進(jìn)行變頻調(diào)速供水，把水泵工頻運(yùn)行時(shí)特性曲線中的多余功通過(guò)變頻器調(diào)頻節(jié)約下來(lái)。變頻調(diào)速泵的調(diào)泵范圍在100%75%之間，這就使得當(dāng)水泵在小流量或零流量工況工作時(shí)，水泵的運(yùn)行會(huì)落在低效區(qū)。如果水泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低效區(qū)，則該給水設(shè)備不但不能節(jié)能、反而會(huì)浪費(fèi)能量。因此，對(duì)于像生活給水設(shè)備存在夜間小流量和零流量時(shí)間較長(zhǎng)的裝置，除了變頻調(diào)速主泵外，還會(huì)配置小泵和氣壓水罐，采用時(shí)間繼電器或流量監(jiān)測(cè)裝置來(lái)控制小泵和氣壓水罐的運(yùn)行，一旦到了夜里設(shè)定的時(shí)間或用戶(hù)的用水量減少到確定的某一數(shù)值時(shí)，給水設(shè)備自動(dòng)切換到小泵和氣

5、壓水罐聯(lián)合工作。這樣做的目的是縮短變頻調(diào)速主泵在小流量或零流量低效工作時(shí)間，使系統(tǒng)更節(jié)能。在使用變頻調(diào)速給水設(shè)備時(shí)，設(shè)備的環(huán)境應(yīng)符合如下要求：（1) 氣溫：540。（2) 相對(duì)濕度：溫度20時(shí)，相對(duì)濕度90%。（3) 海拔高度：不應(yīng)超過(guò)1000m。（4) 設(shè)備不應(yīng)安裝在多粉塵、有腐蝕性氣體的場(chǎng)合；室內(nèi)安裝時(shí)，環(huán)境應(yīng)干燥，無(wú)結(jié)露、通風(fēng)。不能安裝在露天。1.2 組成和工作原理從供水方式上分，變頻調(diào)速供水系統(tǒng)可分為恒壓變流量方式和變壓變流量方式兩種。它們主要由水池、工作主泵、變頻控制柜組成，對(duì)于用水量變化范圍大、小流量或零流量時(shí)段較長(zhǎng)的場(chǎng)所，為了節(jié)能，還配有輔助小泵和氣壓水罐。兩種供水方式的變頻調(diào)速

6、供水系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1、圖2。兩種供水方式的不同在于使變頻控制柜產(chǎn)生變頻工作的壓力信號(hào)發(fā)出的地點(diǎn)是不同的。恒壓變流量供水方式的電接點(diǎn)壓力表是安裝在緊挨主泵的出水管上，根據(jù)用戶(hù)用水要求設(shè)定壓力值，為了保持泵出口的此壓力值，隨著用水量的變化，變頻控制柜會(huì)發(fā)出變頻指令控制供水主泵不斷改變轉(zhuǎn)速運(yùn)行?！昂銐骸敝傅氖潜贸隹诘膲毫Ρ３趾愣ǎ白兞髁俊敝傅氖窍到y(tǒng)的流量（用戶(hù)的用水量）在不斷改變的。在圖3中，恒壓變流量供水方式節(jié)省的能量是水泵Q-H特性曲線與恒壓變流量水泵工作曲線之間所夾的面積。變壓變流量供水方式比恒壓變流量供水方式更節(jié)能。它是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利用水點(diǎn)附近，壓力表的設(shè)定壓力是依據(jù)保證最不利

7、用戶(hù)的水壓要求而定。此壓力值設(shè)定后，將壓力信號(hào)遠(yuǎn)距離輸入變頻控制柜中，當(dāng)系統(tǒng)的用水量改變時(shí)，為保持最不利點(diǎn)的設(shè)定壓力，供水主泵的出水壓力是隨著用水量的變化在不斷改變，因此主泵出水壓力的變化是靠變頻器改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)?！白儔骸敝傅氖侵鞅玫某隹谒畨菏亲兓还潭ǖ?，“變流量”同樣指的是系統(tǒng)的流量隨時(shí)在變化的。在圖3中，變壓變流量供水方式除了節(jié)省I的面積外，還節(jié)省了由恒壓變流量水泵工作曲線與變壓變流量水泵工作曲線之間所圍成的面積。顯然，變壓變流量供水方式比恒壓變流量供水方式更節(jié)能。但是，變壓變流量供水方式也存在缺點(diǎn)：一是壓力傳感器位置較遠(yuǎn)，安裝在最不利用戶(hù)附近，運(yùn)行不方便且增加事故的幾率和投資；二

8、是對(duì)于加壓供水區(qū)域較大、距離較遠(yuǎn)時(shí)，由于水流輸送時(shí)水頭損失的存在，會(huì)產(chǎn)生距泵房較近處供水壓力差稍大的現(xiàn)象。此種供水方式采用并不多。從以上分析得出，對(duì)于同一套恒壓變流量方式運(yùn)行的變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，設(shè)定的恒壓值越高、所選用的水泵QH特性曲線越平緩，其節(jié)能率就越低。輔助小泵和氣壓水罐是為夜間小流量或零流量時(shí)的運(yùn)行而設(shè)置的。但是，如果設(shè)置不當(dāng)，許多系統(tǒng)效果不理想，甚至形同虛設(shè)。在夜間小流量供水時(shí)，供水系統(tǒng)往往不能切換成功，也會(huì)因此系統(tǒng)配置不當(dāng)導(dǎo)致很快又切換至主泵供水。因此，怎樣來(lái)配置輔助小泵和氣壓水罐，怎樣可靠地從主泵供水切換到輔助小泵和氣壓水罐工作，就成為配置輔助小泵和氣壓水罐的變頻調(diào)速供水設(shè)備應(yīng)重

9、視的一個(gè)問(wèn)題。下面討論輔助小泵和氣壓水罐的配置和切換的幾種控制方式：（1） 采用閥值頻率控制供水主泵切換到輔助小泵和氣壓水罐運(yùn)行的方法：該方法是基于使供水主泵在變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)都處在高效區(qū)這一原則，故切換閥值頻率的確定不是機(jī)械地依據(jù)主泵工頻流量的1/31/4，而是由主泵Q-H特性曲線高效區(qū)的左端起點(diǎn)的流量決定。圖4是選用的單臺(tái)供水主泵的Q-H、Q-特性曲線和變頻運(yùn)行時(shí)的恒壓線。圖中Q-H特性曲線上的AB段是對(duì)應(yīng)Q-曲線高效區(qū)段的高效工作區(qū)。HH是恒壓變流量供水方式設(shè)定的水泵出口的恒壓值。G點(diǎn)是主泵工頻運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)，在高效區(qū)AB靠近右側(cè)末端，符合選泵原則。A點(diǎn)是主泵高效工作區(qū)的左側(cè)斷點(diǎn)，也是主泵

10、切換點(diǎn)A與其相應(yīng)的工頻工作點(diǎn)。A點(diǎn)換算A的參數(shù)可通過(guò)相似原理等效曲線來(lái)計(jì)算。通過(guò)分析看出，采用閥值頻率控制供水主泵切換到輔助小泵和氣壓水罐運(yùn)行的方式不適用Q-H曲線在小流量段有駝峰和很平緩的水泵。因?yàn)?，在Q-H曲線小流量段非常平緩的水泵，水泵轉(zhuǎn)速（頻率）的變化對(duì)流量的變化很不敏感，這會(huì)影響到切換的可靠性。而Q-H曲線有駝峰的水泵，在小流量區(qū)段，對(duì)于同一個(gè)恒壓設(shè)定值，工況點(diǎn)有時(shí)不是唯一的，這點(diǎn)影響了切換點(diǎn)的唯一性。故此類(lèi)水泵不應(yīng)選用。（2） 流量控制方式用流量控制來(lái)切換供水主泵向輔助小泵和氣壓水罐運(yùn)行過(guò)渡的方法比用控制變頻頻率的方法更直接。方法是在水泵的主出水管上加裝一個(gè)電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)上

11、可讀出瞬時(shí)流量及累加流量，也可通過(guò)轉(zhuǎn)換器，當(dāng)管道內(nèi)流量減小到流量QA（見(jiàn)圖4）時(shí)，輸出信號(hào)至變頻控制柜，從而準(zhǔn)確地控制供水主泵和輔助小泵之間的切換。此方法可靠，因加裝了電磁流量計(jì)，故需加大投資。（3） 時(shí)間控制方式根據(jù)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)供水小區(qū)的規(guī)模、入?。ㄓ茫┞?、用水習(xí)慣，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，如果可以較明確的確定在夜間某個(gè)時(shí)段屬于小流量供水，便可使用時(shí)間控制方式。變頻控制柜內(nèi)設(shè)時(shí)間繼電器，每天夜間都確定一個(gè)固定時(shí)段為小流量供水，每天一到此時(shí)段，系統(tǒng)自動(dòng)將主泵切換為輔助小泵和氣壓水罐工作。目前，以上三種供水主泵切換為輔助小泵和氣壓水罐工作的方式都有許多例，運(yùn)行狀況都叫穩(wěn)定。1.3 計(jì)算與設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1

12、） 計(jì)算1）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量qs的計(jì)算變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)按照建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50015的有關(guān)條款，依據(jù)不同性質(zhì)用戶(hù)采用不同的計(jì)算方法。住宅與居民小區(qū)住宅建筑物內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)按設(shè)計(jì)秒流量確定。供水規(guī)模小于3000人的居住小區(qū)設(shè)計(jì)流量應(yīng)按設(shè)計(jì)秒流量確定。供水規(guī)模大于3000人的居住小區(qū)設(shè)計(jì)流量應(yīng)按最大小時(shí)流量確定。據(jù)有關(guān)資料介紹，設(shè)計(jì)秒流量的理論計(jì)算值與調(diào)查所得的最大小時(shí)流量的比值大致在2.51.8倍之間。使用人數(shù)少者比值大，使用人數(shù)多者比值小。因此，在計(jì)算中一定要注意設(shè)計(jì)秒流量與最大小時(shí)流量概念之間的差異，避免給設(shè)計(jì)流量計(jì)算帶來(lái)很大誤差。集體宿舍、旅館、賓館、醫(yī)院、療養(yǎng)院、幼兒

13、園、養(yǎng)老院、辦公樓、商場(chǎng)、客運(yùn)站、會(huì)展中心、中小學(xué)教學(xué)樓等：系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量取其設(shè)計(jì)秒流量。工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、職工食堂、營(yíng)業(yè)餐廳、體育館運(yùn)動(dòng)員休息室、劇院化妝間、普通理化實(shí)驗(yàn)室等：系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量取其設(shè)計(jì)秒流量。不同用水性質(zhì)的建筑共用同一系統(tǒng)時(shí)，不宜將各棟建筑的設(shè)計(jì)流量直接疊加。建議在分析它們同時(shí)發(fā)生可能性的基礎(chǔ)上，結(jié)合有關(guān)規(guī)范（規(guī)程）綜合確定。2）水泵出口恒壓設(shè)定值PH的確定工況：向最不利點(diǎn)用戶(hù)供水。PH=0.0098（h1+h2+h3) (1-1)式中 PH主泵出口設(shè)定壓力值（MPa); h1水泵中心至用戶(hù)最不利用水點(diǎn)幾何高程差（m）； h2水流從水泵出口至用水點(diǎn)的管道沿程與局部阻 力損失

14、之和（m)； h3最不利點(diǎn)衛(wèi)生設(shè)備的流出工作壓力（m)。工況2：向最不利點(diǎn)高位消防水箱供水。PH=0.0098（h4+h5+h6) (1-2)式中 h4水泵中心至高位消防水箱最高水位的幾何高程 差（m）； H5水流從水泵出口至高位消防水箱的管道沿程與 局部阻力損失之和（m)； H6高位消防水箱進(jìn)口浮球閥的工作水頭，可取1.5m。 PH值取兩種工況下的大值。 3) 供水主泵性能參數(shù)的確定流量Qb：二泵組合（一用一備）時(shí)：Qb1.2q5三泵組合（兩用一備）時(shí)：Qb1.2q5/2四泵組合（三用一備）時(shí)：Qb1.2q5/3主泵的選用一般選用同一型號(hào)規(guī)格。最多可選四臺(tái)主泵。揚(yáng)程泵Hb：Hb=HH-HX

15、（1-3）HH=PH/0.0098HX=h7-h8 （1-4）式中 Hb主泵的揚(yáng)程（m)，在式（1-3）計(jì)算的基礎(chǔ)上， 應(yīng)考慮23m的富余水頭，以適應(yīng)不可預(yù)見(jiàn)因素； HH相應(yīng)于主泵出口設(shè)定恒壓值的揚(yáng)程值（m）； HX供水主泵進(jìn)口壓力（m）； h7水池最低水位與泵中心的高程差（m）； h8水泵吸水管沿程和局部阻力損失之后（m）； 局部阻力損失包括水流通過(guò)吸水管進(jìn)口、彎頭及閥門(mén)等處的局部阻力（見(jiàn)圖6）。常用管徑吸水管的阻力見(jiàn)表2，供參考。從表2看出，由于水泵吸水管一般較短、阻力都較小，若遇水池水位與水泵中心高程差較小時(shí)，在計(jì)算時(shí)往往不計(jì)HH或h7、h8之值。吸水管沿程和局部阻力（m）吸水管直徑DN

16、（mm）沿程阻力（當(dāng)V=1.2m/s時(shí)）局部阻力（當(dāng)V=1.2m/s時(shí)）合計(jì)L=5mL=10m吸水管進(jìn)口彎頭閥門(mén)泵進(jìn)口500.360.720.040.030.040.070.540.90800.210.410.040.030.390.591000.150.290.050.010.320.461500.090.10.050.010.260.344） 主泵向輔助水泵和氣壓水罐切換點(diǎn)的閥值頻率的確定在圖4中，過(guò)A點(diǎn)作等效曲線,交恒壓線的交點(diǎn)A點(diǎn)即切換點(diǎn)。切換點(diǎn)的流量QA由式（1-5）確定： (1-5) 式中 QA切換點(diǎn)主泵的流量（m3/h）； QA主泵工頻運(yùn)行處于高效區(qū)左端時(shí)的流量（m3/h）； H

17、H主泵出口設(shè)定壓力值（m）； HA主泵工頻運(yùn)行處于高效區(qū)左端時(shí)的揚(yáng)程（m）；切換時(shí)閥值頻率f： （1-6）式中 f閥值頻率（Hz）； 50工頻頻率值。5) 輔助小泵和氣壓水罐的選用和氣壓給水設(shè)備類(lèi)同，在輔助小泵和氣壓水罐聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，也存在最低工作壓力和最高工作壓力兩種工況。當(dāng)氣壓水罐內(nèi)的壓力下降到最低工作壓力時(shí)，輔助小泵啟動(dòng)，在向用戶(hù)供水的同時(shí)也向氣壓水罐充水。氣壓水罐充水的同時(shí)，其內(nèi)的水壓會(huì)升高，當(dāng)達(dá)到最高工作壓力時(shí)，輔助小泵會(huì)停止運(yùn)行，小流量的供水由氣壓水罐提供。輔助小泵的性能應(yīng)達(dá)到如下要求：在最低工作壓力時(shí)：Q小minQA，而H小min=HH在最高工作壓力時(shí)： （1-7）而此時(shí)相應(yīng)的輔助

18、小泵的流量Q小max是通過(guò)初選泵的規(guī)格型號(hào)后，查泵產(chǎn)品的Q-H特性曲線而得到的。上式中，b為氣壓水罐的工作壓力比，取值范圍0.650.85。氣壓水罐的選型參數(shù)計(jì)算如下：氣壓水罐的容積仍可采用與氣壓給水設(shè)備相同的計(jì)算公式： （1-8） （1-9）所不同的是此處qz是復(fù)雜小泵的流量，可取qz=（Q小min+Q小max）/2。（2）設(shè)計(jì)要點(diǎn)1)主泵的選用主泵應(yīng)選擇Q-H特性曲線無(wú)駝峰、比轉(zhuǎn)速ns適中（約為100200）、效率高、電動(dòng)機(jī)配用功率相對(duì)較小的水泵。主泵工頻時(shí)的工作點(diǎn)應(yīng)在水泵高效區(qū)范圍內(nèi)，不得選在Q-H特性曲線延長(zhǎng)線上。水泵出口恒壓設(shè)定后，其對(duì)應(yīng)的水泵工頻運(yùn)行的工況宜在Q-H特性曲線高效區(qū)段的右端附近。水泵組宜由二至四臺(tái)水泵組成，并應(yīng)設(shè)一臺(tái)供水能力不小于最大一臺(tái)主泵的備用泵。恒壓變流量供水時(shí)宜采用同一型號(hào)主泵，變頻變流量供水時(shí)可采用不同型號(hào)的主泵。多臺(tái)泵組可采用單臺(tái)變頻其余工頻的運(yùn)行方式，也可采用兩臺(tái)或多臺(tái)變頻運(yùn)行的方式。水泵調(diào)速范圍宜在0.751.0范圍內(nèi)。水泵調(diào)速范圍的選擇不應(yīng)出現(xiàn)水流堵塞和低頻端出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。2） 輔助小泵和氣壓水罐選用當(dāng)系統(tǒng)高峰用水量大、低谷用水量小，且時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)配備適合低谷用水量的輔助小泵和氣壓水罐，使電耗進(jìn)一步降低。應(yīng)按輔助小泵的流量和啟、停泵壓力計(jì)算水罐的容積。在氣壓水