變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

1、    變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計日期: 2010-1-24 22:30:56瀏覽: 7來源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理作者: 謝國政變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計    昆明電器科學(xué)研究所 謝國政 摘要 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備是采用變頻調(diào)速器、可編程控制器（PLC）和PID調(diào)節(jié)器等構(gòu)成的新型供水設(shè)備，本設(shè)備具有給水壓力設(shè)定方便、顯示直觀、成本低，調(diào)試容易的特點。 關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速 恒壓供水設(shè)備 PID 1 概述 生活給水設(shè)備，一般可分為匹配式和非匹配式兩種形式。非匹配式給水需要配置高位水箱或水塔等蓄水設(shè)備，其特點是水泵的給水量總是大于用水量

2、，且存在造價高、二次給水水質(zhì)易污染、能源消耗大、水錘效應(yīng)等問題。匹配式給水則是通過調(diào)速裝置隨用水量的大小及時調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，以達到調(diào)整給水量的目的。 匹配式給水能維持給水系統(tǒng)給水壓力恒定，需要多少水就供多少水。此外，由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，而水泵轉(zhuǎn)速又與水的輸送量成正比，如果用水量減少，水泵的軸功率就可以大幅度下降，可以達到節(jié)能的目的。在目前的條件下，采用交流變頻調(diào)速器控制水泵電機的轉(zhuǎn)速，以維持給水的恒定壓力的方法是一種較完善的節(jié)能給水方式。據(jù)測算，變頻恒壓供水設(shè)備與傳統(tǒng)給水方式相比，可節(jié)約初始投資10，節(jié)能30以上。所以，自90年代末以來，給水行業(yè)貫徹城市給水行業(yè)2000年技術(shù)

3、進步發(fā)展規(guī)劃中提出的"二提高三降低"（即提高給水水質(zhì)，提高給水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗和降低藥耗）的要求，住宅小區(qū)的給水系統(tǒng)已逐漸取消了高位水箱，而采用變頻恒壓供水設(shè)備給水，既滿足給水安全，又避免水質(zhì)的二次污染，對保證人們生活用水質(zhì)量有著非常重要的意義。此外,由于采用了PLC控制給水系統(tǒng)，消防給水的可靠性也大大提高，且很容易與生活給水系統(tǒng)統(tǒng)一控制。 2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計方案 2.1 住宅小區(qū)給水系統(tǒng)的要求 多層住宅小區(qū)已取消屋頂水箱，逐漸采用變頻恒壓供水設(shè)備給水系統(tǒng)，而對于十二層及十二層以下的"小高層"，民用建筑水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程中規(guī)定&q

4、uot;當采用小區(qū)集中給水泵房的生活消防共用給水系統(tǒng)時，可不設(shè)高位水箱。但應(yīng)符合下列規(guī)定：泵房的給水服務(wù)半徑不宜大于150m；消防泵和生活泵的電源應(yīng)不低于按二級負荷的要求供電或自備柴油發(fā)電機；消防泵的流量應(yīng)滿足生活和消防同時給水的流量；泵房的出水壓力平時不應(yīng)大于0.45MPa，且應(yīng)保證室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)充滿水；在滅火時應(yīng)滿足室內(nèi)消防給水系統(tǒng)的壓力；室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)豎管的頂部應(yīng)設(shè)自動排氣閥"。 2.2 用水量計算及水泵的選型 （1）用水量計算 設(shè)計流量的大小直接關(guān)系到水泵的選型、管網(wǎng)的口徑及給水的安全保證性。目前，一般住宅小區(qū)的設(shè)計流量主要包括以下幾方面； 居民生活用水；公共建筑用水

5、；消防用水；綠化用水；澆灑道路用水；未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏失水量。其中，公共建筑用水可按現(xiàn)行建筑給水排水設(shè)計規(guī)范給水當量計算；澆灑道路和綠地用水量應(yīng)根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定，草本植物可選 2.0L/（m2•d）；木本植物可選1.0L/（m2•d）；未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏損量，可按最高日用水量的10%-15%合并計算。而最難確定的是小區(qū)居民生活用水，這主要是住宅小區(qū)大小不一，幢數(shù)不同。這就決定了住宅小區(qū)居民生活用水量的確定，既不同于城市市政給水設(shè)計，也不同于建筑物室內(nèi)給水設(shè)計。平時我們進行設(shè)計時，通常采用經(jīng)驗做法；小區(qū)生活用水干管按最高日最大時流量公式

6、進行計算，宅前支管和進戶管按當量以設(shè)計秒流量公式進行計量。如表1為某設(shè)計院設(shè)計的某住宅小區(qū)的生活用水量計算結(jié)果。 表1    某住宅小區(qū)用水量計算表 用水地點 戶數(shù) 或面積 用水量 標準 用水量（m3） 系數(shù) 備注    最大日 平均時 最大時 2.2 3.5人/戶 住宅樓 1647 300L/人.d 1730 72 159 洗車 5218 3L/m2.d 16 5 5 綠化 37020 1.5L/m2.d 111 11 11 每日二次 未預(yù)見 186 9 18 按10%計 合計 2043 97 193 按照城市自

7、來水公司的給水安全性要求，每座水泵房的給水服務(wù)面積不允許超過50000m2，約450戶居民，按每戶3.5人計算，則總用水人數(shù)1575，按照城市住宅標準規(guī)定“住宅每人最高日生活用水定額不應(yīng)小于230L”，可取300L/（人•d）。又根據(jù)建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GBJ15-88）第1.6.1中的方法，有以下的公式：    Qh = KhQd/T    式中 Qh-最大小時生活用水量（m3/h）；    Qd-最高日用水量（m3/d）；  &#

8、160; T-每日（或最大班）使用時間（h/d）；    Kh-小時變化系數(shù)，本市可取2.2。    則： （2）水泵選型    目前，住宅小區(qū)的室外埋管均采用UPVC塑料給水管。根據(jù)上述計算結(jié)果及GBJ15-88規(guī)定，選擇室外管管徑為DN100。按照服務(wù)半徑150m及十二層建筑（2.8m層高）計算，取住宅分戶表前的靜水壓力70kPa（或十一躍十二層時為100kPa），水表安裝距樓面高度1.0m，水泵揚程估算：    H =

9、18.48×0.15×1.3+2.8×11+1.0+7.0 = 42.4m    或H = 18.48×0.15×1.3+2.8×10+1.0+10.0 = 42.6m 根據(jù)流量及揚程，即可選擇水泵。由于市政常壓管網(wǎng)可直接提供綠化等其它常壓用水，故不考慮應(yīng)用水泵。 變頻恒壓供水管網(wǎng)圖如圖1所示。圖1中1#、2#水泵為生活水泵，一用一備。3#、4#為消防水泵。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，輸出信號為420mA。 2.3電氣控制原理圖設(shè)計 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備主要采用變頻調(diào)速器、可編程控制器（PLC）

10、和PID調(diào)節(jié)器等器件構(gòu)成。消防水泵不需要調(diào)速，有火警信號時，由PLC控制直接啟動消防水泵即可，這里從略。下面主要介紹1和2生活水泵變頻恒壓供水控制部分的設(shè)計。其電氣主回路圖如圖2所示。圖中變頻器VF的作用是實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。1M2M為生活給水泵電機，KM1KM4為電機起停，互相切換的交流接觸器。壓力設(shè)定在PID回路調(diào)節(jié)器上進行，可以為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。其實現(xiàn)方法是將壓力設(shè)定信號（通過面板設(shè)定）和壓力反饋信號（傳感器信號）送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在其內(nèi)部進行運算后，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號（420mA）。正常工作時，生活給水泵1臺工作

11、，1臺備用。并由PLC控制實現(xiàn)定時輪換。當給水設(shè)備開始工作時，先起動工作泵，管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當用水量增加，管網(wǎng)水壓降低時，傳感器將這一信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，PID回路調(diào)節(jié)器增大輸出信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值，仍不能使管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，PLC就發(fā)出控制信號，將剛才運行的水泵切換為工頻狀態(tài)，用變頻器起動備用泵。由PLC控制兩臺泵同時工作，一臺變頻運行，一臺工頻運行。反之，當用水量減少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，PLC則發(fā)出信號，停備用泵。   

12、  由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對PLC來講，不需要有模擬量輸入接口和模擬量輸出接口。減少了連線和附加設(shè)備，降低了給水設(shè)備的成本，增加了整套設(shè)備的可靠性。由于采用的PID回路調(diào)節(jié)器可以安裝在控制柜的面板上，且PID回路調(diào)節(jié)器可以進行量綱的變換，因而可以進行供水壓力的直接設(shè)定，直觀可靠。由于PID調(diào)節(jié)器內(nèi)部自帶了優(yōu)化算法，所以水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。當接到火災(zāi)信號時，PLC控制消防泵啟動，管網(wǎng)由低壓轉(zhuǎn)到高壓，每單元的入戶管道的緊急關(guān)閉閥在壓力上限值時關(guān)閉，將生活管路斷開；火災(zāi)信號撤除時，系統(tǒng)自動恢復(fù)至恒壓供水狀態(tài)。為了保證水壓反饋信號值的準確，可

13、對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)。 3 系統(tǒng)調(diào)試    由于采用變頻器進行調(diào)速控制，變頻器的諧波干擾問題必須重視。變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件（IGBT）逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路中的高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。針對變頻器的特點，我們在系統(tǒng)設(shè)計中采取以下措施解決諧波的干擾問題。 諧波的傳播途徑是傳導(dǎo)和輻射，解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對輻射源或被干擾的線路進行屏蔽。具體方法是：(1)在PLC和PID調(diào)節(jié)器的