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（無負壓）變頻調(diào)速供水和管網(wǎng)疊壓（無負壓）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表1。常用供水加壓方式比較 表1項目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（無負壓）變頻調(diào)速供水管網(wǎng)疊壓（無負壓）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+高位水箱水泵運行工況均在高效區(qū)段運行比1稍差部分時段低效運行能利用市政剩余水壓、部分時段低效運行能利用市政剩余水壓、均在高效區(qū)段運行能耗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運行費用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，絕對壓力（MPa）；P 為實際壓力波動值。2.管網(wǎng)疊壓（無負壓）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)為采取了空氣過濾裝置的密閉水箱。近年來，管網(wǎng)疊壓（無負壓）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，不是萬能的，不是哪種場合都能使用的。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，加長水泵在高效區(qū)的工作時間，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間長、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（用戶用水量）可通過變頻調(diào)速改變供電頻率進而改變水泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)；供水壓力一直被控制在設(shè)定的壓力下，不會出現(xiàn)用水小時管網(wǎng)壓力超過設(shè)定壓力的現(xiàn)象。缺點是當(dāng)供水范圍較小、用水變化幅度過大時，節(jié)能效果不明顯，甚至不節(jié)能；對電源要求較高，必須可靠，保護功能要齊全。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)的變頻器和微機來控制水泵的運行，使水泵按照實際運行參數(shù)（變化著的用戶用水量和設(shè)定的水壓）進行變頻調(diào)速供水，把水泵工頻運行時特性曲線中的多余功通過變頻器調(diào)頻節(jié)約下來。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，水泵的運行會落在低效區(qū)。如果水泵長時間運行在低效區(qū)，則該給水設(shè)備不但不能節(jié)能、反而會浪費能量。因此，對于像生活給水設(shè)備存在夜間小流量和零流量時間較長的裝置，除了變頻調(diào)速主泵外，還會配置小泵和氣壓水罐，采用時間繼電器或流量監(jiān)測裝置來控制小泵和氣壓水罐的運行，一旦到了夜里設(shè)定的時間或用戶的用水量減少到確定的某一數(shù)值時，給水設(shè)備自動切換到小泵和氣

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間，使系統(tǒng)更節(jié)能。在使用變頻調(diào)速給水設(shè)備時，設(shè)備的環(huán)境應(yīng)符合如下要求：（1) 氣溫：540。（2) 相對濕度：溫度20時，相對濕度90%。（3) 海拔高度：不應(yīng)超過1000m。（4) 設(shè)備不應(yīng)安裝在多粉塵、有腐蝕性氣體的場合；室內(nèi)安裝時，環(huán)境應(yīng)干燥，無結(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，對于用水量變化范圍大、小流量或零流量時段較長的場所，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發(fā)出的地點是不同的。恒壓變流量供水方式的電接點壓力表是安裝在緊挨主泵的出水管上，根據(jù)用戶用水要求設(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，變頻控制柜會發(fā)出變頻指令控制供水主泵不斷改變轉(zhuǎn)速運行?！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)最不利用水點附近，壓力表的設(shè)定壓力是依據(jù)保證最不利

7、用戶的水壓要求而定。此壓力值設(shè)定后，將壓力信號遠距離輸入變頻控制柜中，當(dāng)系統(tǒng)的用水量改變時，為保持最不利點的設(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)速來實現(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：一是壓力傳感器位置較遠，安裝在最不利用戶附近，運行不方便且增加事故的幾率和投資；二

8、是對于加壓供水區(qū)域較大、距離較遠時，由于水流輸送時水頭損失的存在，會產(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，對于同一套恒壓變流量方式運行的變頻調(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的運行而設(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，供水系統(tǒng)往往不能切換成功，也會因此系統(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、視的一個問題。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行的方法：該方法是基于使供水主泵在變頻調(diào)速運行時都處在高效區(qū)這一原則，故切換閥值頻率的確定不是機械地依據(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)的左端起點的流量決定。圖4是選用的單臺供水主泵的Q-H、Q-特性曲線和變頻運行時的恒壓線。圖中Q-H特性曲線上的AB段是對應(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點是主泵工頻運行時的工況點，在高效區(qū)AB靠近右側(cè)末端，符合選泵原則。A點是主泵高效工作區(qū)的左側(cè)斷點，也是主泵

10、切換點A與其相應(yīng)的工頻工作點。A點換算A的參數(shù)可通過相似原理等效曲線來計算。通過分析看出，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。因為，在Q-H曲線小流量段非常平緩的水泵，水泵轉(zhuǎn)速（頻率）的變化對流量的變化很不敏感，這會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，對于同一個恒壓設(shè)定值，工況點有時不是唯一的，這點影響了切換點的唯一性。故此類水泵不應(yīng)選用。（2） 流量控制方式用流量控制來切換供水主泵向輔助小泵和氣壓水罐運行過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電磁流量計，電磁流量計上

11、可讀出瞬時流量及累加流量，也可通過轉(zhuǎn)換器，當(dāng)管道內(nèi)流量減小到流量QA（見圖4）時，輸出信號至變頻控制柜，從而準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，故需加大投資。（3） 時間控制方式根據(jù)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)供水小區(qū)的規(guī)模、入住（用）率、用水習(xí)慣，依據(jù)經(jīng)驗及教訓(xùn)，如果可以較明確的確定在夜間某個時段屬于小流量供水，便可使用時間控制方式。變頻控制柜內(nèi)設(shè)時間繼電器，每天夜間都確定一個固定時段為小流量供水，每天一到此時段，系統(tǒng)自動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，運行狀況都叫穩(wěn)定。1.3 計算與設(shè)計要點（1

12、） 計算1）系統(tǒng)的設(shè)計流量qs的計算變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)按照建筑給水排水設(shè)計規(guī)范GB 50015的有關(guān)條款，依據(jù)不同性質(zhì)用戶采用不同的計算方法。住宅與居民小區(qū)住宅建筑物內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)按設(shè)計秒流量確定。供水規(guī)模小于3000人的居住小區(qū)設(shè)計流量應(yīng)按設(shè)計秒流量確定。供水規(guī)模大于3000人的居住小區(qū)設(shè)計流量應(yīng)按最大小時流量確定。據(jù)有關(guān)資料介紹，設(shè)計秒流量的理論計算值與調(diào)查所得的最大小時流量的比值大致在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，在計算中一定要注意設(shè)計秒流量與最大小時流量概念之間的差異，避免給設(shè)計流量計算帶來很大誤差。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、客運站、會展中心、中小學(xué)教學(xué)樓等：系統(tǒng)設(shè)計流量取其設(shè)計秒流量。工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、職工食堂、營業(yè)餐廳、體育館運動員休息室、劇院化妝間、普通理化實驗室等：系統(tǒng)設(shè)計流量取其設(shè)計秒流量。不同用水性質(zhì)的建筑共用同一系統(tǒng)時，不宜將各棟建筑的設(shè)計流量直接疊加。建議在分析它們同時發(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：向最不利點用戶供水。PH=0.0098（h1+h2+h3) (1-1)式中 PH主泵出口設(shè)定壓力值（MPa); h1水泵中心至用戶最不利用水點幾何高程差（m）； h2水流從水泵出口至用水點的管道沿程與局部阻 力損失

14、之和（m)； h3最不利點衛(wèi)生設(shè)備的流出工作壓力（m)。工況2：向最不利點高位消防水箱供水。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：Qb1.2q5三泵組合（兩用一備）時：Qb1.2q5/2四泵組合（三用一備）時：Qb1.2q5/3主泵的選用一般選用同一型號規(guī)格。最多可選四臺主泵。揚程泵Hb：Hb=HH-HX

15、（1-3）HH=PH/0.0098HX=h7-h8 （1-4）式中 Hb主泵的揚程（m)，在式（1-3）計算的基礎(chǔ)上， 應(yīng)考慮23m的富余水頭，以適應(yīng)不可預(yù)見因素； HH相應(yīng)于主泵出口設(shè)定恒壓值的揚程值（m）； HX供水主泵進口壓力（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吸水管進口、彎頭及閥門等處的局部阻力（見圖6）。常用管徑吸水管的阻力見表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，在計算時往往不計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）局部阻力（當(dāng)V=1.2m/s時）合計L=5mL=10m吸水管進口彎頭閥門泵進口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的閥值頻率的確定在圖4中，過A點作等效曲線,交恒壓線的交點A點即切換點。切換點的流量QA由式（1-5）確定： (1-5) 式中 QA切換點主泵的流量（m3/h）； QA主泵工頻運行處于高效區(qū)左端時的流量（m3/h）； H

17、H主泵出口設(shè)定壓力值（m）； HA主泵工頻運行處于高效區(qū)左端時的揚程（m）；切換時閥值頻率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)備類同，在輔助小泵和氣壓水罐聯(lián)合運行時，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，輔助小泵啟動，在向用戶供水的同時也向氣壓水罐充水。氣壓水罐充水的同時，其內(nèi)的水壓會升高，當(dāng)達到最高工作壓力時，輔助小泵會停止運行，小流量的供水由氣壓水罐提供。輔助小泵的性能應(yīng)達到如下要求：在最低工作壓力時：Q小minQA，而H小min=HH在最高工作壓力時： （1-7）而此時相應(yīng)的輔助

18、小泵的流量Q小max是通過初選泵的規(guī)格型號后，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)計要點1)主泵的選用主泵應(yīng)選擇Q-H特性曲線無駝峰、比轉(zhuǎn)速ns適中（約為100200）、效率高、電動機配用功率相對較小的水泵。主泵工頻時的工作點應(yīng)在水泵高效區(qū)范圍內(nèi)，不得選在Q-H特性曲線延長線上。水泵出口恒壓設(shè)定后，其對應(yīng)的水泵工頻運行的工況宜在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水泵組成，并應(yīng)設(shè)一臺供水能力不小于最大一臺主泵的備用泵。恒壓變流量供水時宜采用同一型號主泵，變頻變流量供水時可采用不同型號的主泵。多臺泵組可采用單臺變頻其余工頻的運行方式，也可采用兩臺或多臺變頻運行的方式。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，且時間持續(xù)較長時，應(yīng)配備適合低谷用水量的輔助小泵和氣壓水罐，使電耗進一步降低。應(yīng)按輔助小泵的流量和啟、停泵壓力計算水罐的容積。在氣壓水罐最