自動(dòng)化低壓變頻器在高層給水系統(tǒng)中的合理利用
2013/5/31 11:54:32??????點(diǎn)擊：
自動(dòng)化低壓變頻器在高層給水系統(tǒng)中的合理利用
一．天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)泵房供水現(xiàn)狀：
天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)送水泵設(shè)計(jì)日供水能力為3萬(wàn)噸/日，主要為梅江居住區(qū)居民用戶(hù)提供生活雜用水，小區(qū)景體補(bǔ)水，園林綠化及水廠生產(chǎn)用冷卻水、循環(huán)水。居民區(qū)送水泵房采用的設(shè)備類(lèi)型為中開(kāi)雙吸給水泵，其中4臺(tái)型號(hào)HV200-150-400/4P-55KW臥式泵（2臺(tái)采用變頻控制，2臺(tái)為定速控制，功率為55KW），2臺(tái)型號(hào)為ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵（1臺(tái)為變頻器控制，1臺(tái)為定速控制，功率為18.5KW）。對(duì)外高層給水系統(tǒng)為恒壓供水：由于眾多用戶(hù)不同時(shí)刻用水需求不同，供水系統(tǒng)中供水量為實(shí)時(shí)變化，為保證用戶(hù)恒壓用水需求，就需要變頻泵參與運(yùn)行，通過(guò)變頻器調(diào)整電動(dòng)機(jī)頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整送水量，得以維持管網(wǎng)恒壓，（即用戶(hù)用水量瞬間增大，管網(wǎng)壓力出現(xiàn)減小趨勢(shì)，變頻器頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，送水泵出水量增加，使管網(wǎng)壓力重新回到設(shè)定值。反之亦然。）這樣能保證所有用戶(hù)正常用水。
二．低壓變頻器高層給水系統(tǒng)調(diào)速技術(shù)原理：
（一）調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的要求。在討論變頻器調(diào)速時(shí)，首先研究公式：
n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)
其中： n : 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
n0: 電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速
s : 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率
p: 電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)
通過(guò)公式（1）表明，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：
a. 變極調(diào)速
b. 變頻調(diào)速
c. 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速
（二）高層給水系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)
近年來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，目前主要采用如下圖所示：
變頻器是由可控硅整流器和可控硅逆變器組成。整流器先將50HZ的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電，供給異步電動(dòng)機(jī)。由此可得到電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并具有硬的機(jī)械特性。
三．高層給水系統(tǒng)變頻器的合理節(jié)能利用
（一）送水變頻泵流量與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系：
Q1 = ( n1 / n) Q (2)
其中： n : 泵的額定轉(zhuǎn)速
Q ：泵的額定流量
n1 : 泵在低于額定轉(zhuǎn)速下的某一速度
Q1：與轉(zhuǎn)速n1對(duì)應(yīng)的出水流量
根據(jù) n = 60f1 (1- s ) / p (3)
可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)
其中：f 1 :電源的頻率（50HZ）
f ：與電動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速 n1對(duì)應(yīng)的頻率
（二）送水變頻泵功率與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系
N1 = （n1 / n）3 N (5)
其中：N：泵的額定功率
N1：與轉(zhuǎn)速 n1對(duì)應(yīng)的功率
根據(jù)公式（3）與公式（5）可得到功率與頻率之間的關(guān)系：
N1 = （n1 / n）3 N = (f / f1 )3 N (6)
(三) 送水泵揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系：
H1 = (n1 / n )2 H (7)
其中：H：泵的額定揚(yáng)程
H1：與n1對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程
通過(guò)公式（3）與公式（7）可得出：
H1 = (f / f1 )2 H (8)
（1）實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中我們使用小變頻泵（18.5KW），在流量為0m3/h~80 m3/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率變化在25HZ~43HZ之間，根據(jù)公式（6），理論計(jì)算小變頻泵的功率變化在2.3~11.76KW之間；而使用大變頻泵（55KW），在 流量為0m3/h~80 m3/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率在30HZ~34HZ之間，根據(jù)公式（6）計(jì)算，大變頻泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可見(jiàn)，當(dāng)外網(wǎng)需水量為小流量時(shí)（如冬季或夜間恒壓供水時(shí)），我們可運(yùn)行小變頻泵，降低電網(wǎng)消耗。
（2）通過(guò)公式（6）與（8）我們可得到送水變頻泵功率與揚(yáng)程的關(guān)系：
N1 / N = （f / f1）3 (9)
H1 / H = (f / f1 )2 (10)
N1 /N = (H1 / H )3/2 (11)
由公式（11）可以看出，當(dāng)揚(yáng)程降低時(shí)，即管網(wǎng)恒壓值降低時(shí)，變頻器的功率消耗也會(huì)降低，當(dāng)我們的供水用戶(hù)同時(shí)用水概率教低時(shí)，特別是在夜間，我們可以將管網(wǎng)恒壓值設(shè)定的適當(dāng)?shù)鸵恍?，?huì)降低變頻泵的能量損耗。
四． 變頻器在城市高層給水系統(tǒng)中合理利用的展望
現(xiàn)代城市高層給水系統(tǒng)中，采用變頻泵調(diào)整出水流量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過(guò)手動(dòng)調(diào)整出水閥門(mén)開(kāi)度，是近代人類(lèi)科技不斷進(jìn)步的結(jié)果，同時(shí)也降低送水泵的能耗，降低了水廠的運(yùn)行成本，增強(qiáng)對(duì)外供水的穩(wěn)定性，可靠性，從電氣角度使水廠向“低耗高效”實(shí)現(xiàn)了跨越發(fā)展。如何充分利用好變頻器對(duì)水廠運(yùn)行意義重大。
高層供水系統(tǒng)概述
長(zhǎng)沙中贏供水設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)的高層給水系統(tǒng)是在組合式不銹鋼水箱和變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)研制的，并加裝防負(fù)壓、防倒流、防水質(zhì)惡化等控制裝置。與普通的變頻供水設(shè)備和高層給水系統(tǒng)相比，具有節(jié)能顯著、噪音低、占地少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是目前最先進(jìn)的供水模式。 高層給水系統(tǒng)采用國(guó)際知名品牌優(yōu)質(zhì)變頻器（瑞士ABB）， 內(nèi)置PID控制器，依據(jù)PLC對(duì)市政管網(wǎng)壓力和實(shí)際所需壓力數(shù)據(jù)的采集、分析和判斷，使供水壓力始終恒定在預(yù)先設(shè)定的壓力值范圍內(nèi)，整套系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，高效節(jié)能。
高層給水系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)
1、一體化專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)直接安裝在水箱里（如在室外可減少泵房的建設(shè)）投資少，安裝方便，外形美觀。
2、利用管網(wǎng)壓力的疊加以及自動(dòng)變頻運(yùn)行方式，節(jié)能效果得到顯著提高(大干40%)。
3、配套安裝方便，只有一個(gè)市政管網(wǎng)進(jìn)口和一個(gè)供水出口。
4、運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)小，噪音低（噪音值低于50分貝）。
5、系統(tǒng)供水穩(wěn)定（即使管網(wǎng)臨時(shí)斷水，也能通過(guò)水箱正常供水），充分保證系統(tǒng)末端壓力 。
6、可附加自動(dòng)巡檢功能，降低物業(yè)管理費(fèi)用。
7、采用PLC可編程控制全自動(dòng)運(yùn)行，操作維護(hù)方便。
高層供水系統(tǒng)適用范圍
⑴ 新建、擴(kuò)建和改造的住宅樓、住宅小區(qū)、辦公樓等；
⑵ 賓館、飯店等；
⑶ 學(xué)校、部隊(duì)、機(jī)關(guān)、集體宿舍等用水比較密集場(chǎng)合；
⑷ 醫(yī)院、商場(chǎng)、會(huì)展中心、體育館、公共浴室等公共場(chǎng)合；
⑸ 城市自來(lái)水壓力不能滿(mǎn)足消火栓給水系統(tǒng)或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等用水要求的消防用水；
⑹ 大型工廠、加壓泵站、開(kāi)發(fā)區(qū)等大流量集中供水；
⑺ 工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水；
⑻ 各種循環(huán)水系統(tǒng)；
⑼ 尤其適應(yīng)于對(duì)水質(zhì)要求特別嚴(yán)格的供水場(chǎng)合。
高層供水系統(tǒng)產(chǎn)品組成部分
1、組合式不銹鋼水箱（帶泵房）。
2、智能化電氣控制系統(tǒng)。
3、低噪音不銹鋼多級(jí)離心泵（GRUNDFOS格蘭富系列）。
4、無(wú)負(fù)壓進(jìn)水裝置及防倒流裝置。
5、不銹鋼成套管路。
6、壓力、液位信號(hào)采集、反饋設(shè)施。
高層給水系統(tǒng)工作原理
1、當(dāng)檢測(cè)到自來(lái)水壓力能滿(mǎn)足用戶(hù)用水壓力時(shí)，系統(tǒng)直接通過(guò)市政管網(wǎng)給用戶(hù)供水。
2、當(dāng)檢測(cè)到自來(lái)水壓力低于用戶(hù)用水壓力時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)疊加、變頻給用戶(hù)供水。
3、當(dāng)檢測(cè)到自來(lái)水壓力低且接近零時(shí)，切斷市政管網(wǎng)，進(jìn)水，系統(tǒng)通過(guò)水箱變頻方式給用戶(hù)供水。
4、高層給水系統(tǒng)為防止二次污染，定時(shí)通過(guò)水箱直接為用戶(hù)供水。
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