變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的特點

1、變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的特點 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”與普通加壓泵站給水系統(tǒng)基本上是一樣的，只是在“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”中增 加了一套控制微機和變頻器，指揮“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”在運行過程中根據(jù)生活用水系統(tǒng)對水量、水壓的 實際變化要求 （即給水系統(tǒng)用水量的大、小和壓力的高、低變化） 進行工作，即指揮控制“變頻器”調(diào)節(jié)電 動機的供電頻率、使電動機帶動水泵不按“水泵特性曲線”運行，而按給水系統(tǒng)實際用水量的大、小和壓 力高、低變化參數(shù)進行變壓、變流量供水，以滿足生活給水系統(tǒng)的用水要求。 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”是節(jié)能的設(shè)備。它是利用“變頻器”和“微機”控制水泵按照實際用水參數(shù)變 化進行變頻調(diào)速供水，它把水泵特性曲線中

2、的多余功通過變頻器調(diào)頻節(jié)約下來即把水泵可供的多余流 量、多余揚程的功節(jié)約下來。變頻調(diào)速有一定變頻范圍，應(yīng)按照水泵效率曲線使水泵長期運行在高效區(qū)。 變頻調(diào)速范圍應(yīng)該設(shè)在水泵供水量的25 100之間 （這里可不考慮揚程的變化 ）。小于 25的水泵供水 量時，則水泵工作效率就會落到低效區(qū)。如果水泵長時間運行在低效區(qū)，則該給水系統(tǒng)不單不能節(jié)能，反 而會浪費能量。所以，進行變頻調(diào)速給水系統(tǒng)設(shè)計時，確定設(shè)計流量是非常重要的一點，而沒計流量的確 定又與設(shè)計對象實際用水量的變化范同、最大與最小流量的比值、有無調(diào)節(jié)瞬間流量變化的設(shè)施等有關(guān)。 特別是我國“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”大多采用設(shè)置 1 臺變頻器，通過微機控制

3、多臺水泵進行變頻調(diào)速供水， 因此，在水泵切換過程中，會出現(xiàn)變頻控制轉(zhuǎn)換為工頻控制、新啟動的水泵由零至變頻軟啟動供水等的一 個時間差，這個時間差會造成供水系統(tǒng)的流量和揚程的波動 （ 這個時間差根據(jù)若干次的試驗為36s 180s）。 還應(yīng)考慮夜間小流量用水的供水問題。在設(shè)計“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”時應(yīng)考慮設(shè)置一個能調(diào)節(jié)瞬間流量變 化的調(diào)節(jié)設(shè)施，來穩(wěn)定這個時間差的流量和揚程的波動，并解決夜間流量供水問題。 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”的設(shè)計流量 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)” 的供水設(shè)計流量應(yīng)保證滿足生活給水系統(tǒng)中的最大設(shè)計秒流量的要求。 因此，“變 頻調(diào)速給水系統(tǒng)”的設(shè)計流量應(yīng)為最大秒流量。 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)” 的水

4、源條件是多方面的， 如果是由貯水池取水， 按最大秒流量設(shè)計是沒有問題的， 如果是由城市給水管網(wǎng)直接取水，則城市給水管網(wǎng)的供水能力必須大于“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”設(shè)計秒流量 的一倍以上，且供水壓力不應(yīng)因“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”由城市給水管網(wǎng)直接抽水而受影響。一般應(yīng)取得當(dāng) 地城市給水主管部門同意方可。 在設(shè)計“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”時，首先要考慮沒計流量的選擇：是按最大秒流量設(shè)計還是按最大小時用 水量設(shè)計 ?如按最大秒流量設(shè)計，則“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”的水泵必須每臺水泵配備一臺“變頻器”，控制 電動機帶動水泵進行調(diào)頻調(diào)速工作，才能保障給水系統(tǒng)穩(wěn)定運行。如為三臺工作泵一臺備用泵，就需配備 四臺變頻器，這樣的設(shè)計是

5、不經(jīng)濟的。如按最大小時用水量或再乘以12l 4 安全系數(shù)的用水量進行設(shè) 計，則可采用變頻調(diào)速泵與氣壓水罐組合供水系統(tǒng)，陔系統(tǒng)可以設(shè)一臺“微機”和一臺“變頻器”指揮控 制多臺水泵進行變頻調(diào)速供水；氣壓水罐可以調(diào)節(jié)瞬間用水量的變化，同時還可調(diào)節(jié)水泵切換過程發(fā)生的 流量變化及穩(wěn)定給水系統(tǒng)的壓力波動，因此可以降低設(shè)計流量的取值。 “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”與氣壓水罐組合供水 1 可設(shè) 1 臺“微機”、1 臺“變頻器”控制多臺水泵進行變壓、變流量供水。水泵運行臺數(shù)的增、減和 切換過程將引起給水系統(tǒng)壓力波動、流量變化，應(yīng)設(shè)一臺氣壓水罐調(diào)節(jié)流量變化和穩(wěn)定給水系統(tǒng)壓力。由 于系統(tǒng)設(shè)置 l 臺“微機”指揮 1 臺變頻

6、器”控制多臺水泵工作，在運行切換過程中就有“變頻泵”轉(zhuǎn)換 “工頻泵”或“工頻泵”轉(zhuǎn)換“變頻泵”的過程，這個過渡時間：在4570s 之間；再加上水泵故障、備 用泵啟動達(dá)到正常供水，其綜合延時時間為125 180s；則氣壓水罐的貯備調(diào)節(jié)水量應(yīng)為180s 用水量的 有效調(diào)節(jié)水量。 2夜間微小流量用水時，可改為變頻調(diào)速氣壓給水系統(tǒng)供水（ 所謂變頻氣壓給水，即由微機指揮變頻 器向水泵供給 25水量的供電頻率，使水泵運行在小流量的基礎(chǔ)上）。變頻調(diào)速給水系統(tǒng)技術(shù)運行指標(biāo)為 005MPa ，即一 O 05MPa 為最不利用水點所需壓力，也是供水壓力波動的最低壓力值，（設(shè)恒壓值：為 所需最低工作壓力 +O05M

7、Pa） 。+005MPa 為供水壓力波動的最高壓力值； 當(dāng)給水管網(wǎng)壓力為 +005MPa 時，給水管網(wǎng)向各用水戶供水同時也向氣壓水罐進水，當(dāng)氣壓水罐貯水額滿后變頻泵可以停止運行由氣壓 水罐向各用水戶供水，當(dāng)氣壓水罐貯水將要用完，給水管網(wǎng)、氣壓水罐壓力降至 -0.05MPa 時， 變頻泵啟動向給水管網(wǎng)和氣壓水罐供水，直至氣壓水罐貯水額滿后變頻泵再次停止運行，如 此反復(fù)。氣壓水罐的有效調(diào)節(jié)水容積設(shè)計為P1=變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的最低恒壓值 -0.05MPa，至 P2=最高恒 壓值+O 05Mpa 之差的容積，即氣壓水罐內(nèi)的有效水容積。 3變頻調(diào)速給水系統(tǒng)為全密封給水系統(tǒng)，不會造成二次污染，可保持自來水

8、的原水質(zhì)；變頻調(diào)速給 水系統(tǒng)是根據(jù)給水管網(wǎng)用戶的實際用水量和用水壓力的變化由微機控制調(diào)節(jié)供電頻率、調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速、進 行變壓、變量供水，不會消耗多余的功，因此是節(jié)能的；選泵的技術(shù)要求必須運行在高效區(qū)，因此選擇水 泵變流量范圍應(yīng)控制在 25 100之間， 即一臺水泵的出流量只能運行在 1444工作范圍； 由于給 水系統(tǒng)設(shè)置了氣壓水罐，可以調(diào)節(jié)瞬時的用水量變化、穩(wěn)定水泵切換過程中造成的水壓波動，因此可使水 泵一直運行在高效區(qū)。至于設(shè)置水泵臺數(shù)，最多不超過 4 臺工作泵并聯(lián)工作。 如何從整體上、技術(shù)經(jīng)濟上確定變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的設(shè)計流量 生活用水量的變化是很大的，根據(jù)對數(shù)十個居住小區(qū)生活用水量的調(diào)查，其

9、最大小時用水量與最低 小時用水量之比約為 12：118：1 之間，最大小時用水量與平均小時用水量之比約為25：148：1； 而以理論計算的秒流量則為調(diào)查的最大小時平均秒流量的2518 倍之間，基本上是比較小的居住區(qū) （約 800 人）的差值最大為 25 倍，比較大的居住區(qū) （約 5000 人）的差值較小，為 18 倍。 根據(jù)實地調(diào)奄和定時記錄的 7 個城市 14 個居住小區(qū)的生活用水變化情況， 其匯總資料比值為 16：1 12：1之間，而以其中兩個比較典型的居住小區(qū)實測結(jié)果分析（3000和 7000人兩個小區(qū)，內(nèi)設(shè)辦公、糧、 油、蔬菜、食品等供應(yīng)及鍋爐房、洗理室等，最大小時與最低小時的一年紀(jì)錄

10、和 4d 24h 實測等 ）其最大小 時用水量與夜間 11點的用水量之比為 15：l11：1之間，而實測得的最大 5min 平均秒流量與最大小時平 均秒流量之比為 1413 倍之間，而實測得的最大 1 分鐘平均秒流量與最大小時平均秒流量之比為182 1 44 倍之間。 根據(jù)以上計算參數(shù)、實際調(diào)查資料及實測參數(shù)來看，三者參數(shù)都是比較接近的，關(guān)鍵是最低小時用水 量的選時，選在夜間 11 時是否合適 ?通過若干概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)進行綜合分析，取其相應(yīng)較為安全 的數(shù)據(jù) 16：l12：1參數(shù)，可用作參考。則 l 臺變頻泵控制在 4： 1之內(nèi)，則 16：112：1就需設(shè) 4臺 3 臺變頻泵工作。 關(guān)于

11、最大 5min 和最大 1 min 的實測數(shù)據(jù)， 只連續(xù)測試了 4d，雖然實測時間不算長， 但這 兩組實測數(shù)據(jù)的變化周期均在 8 18s之間，特殊的幾個數(shù)據(jù)在 12 20s 之間；而最大小時和最大 5min 的 發(fā)生周期是在 80180s 之間，以上兩組數(shù)據(jù)如按大值進行設(shè)計應(yīng)是安全的。 根據(jù)以上調(diào)查和實測參數(shù)分析， “變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”不一定要按最大秒流量選擇水泵，為了給水系統(tǒng) 平穩(wěn)運行、克服水泵切換過程造成的水壓波動、必須設(shè)一臺氣壓水罐穩(wěn)壓，設(shè)了氣壓水罐穩(wěn)壓、同時氣壓 水罐也可起到調(diào)節(jié)瞬間用水量的變化；具體需要氣壓水罐參與調(diào)節(jié)多長瞬間用水量的變化呢?這要看“變 頻調(diào)速給水系統(tǒng)”的設(shè)計流量是按

12、哪一個設(shè)計流量參數(shù)設(shè)計選泵而后才能確定氣壓水罐的調(diào)節(jié)水容積； l 按照最大小時用水量的平均秒流量的沒計參數(shù)進行設(shè)計：則氣壓水罐就需參與調(diào)節(jié)180360 s 的長周 期調(diào)節(jié)水量，也就是氣壓水罐內(nèi)應(yīng)貯存180 360s 的調(diào)節(jié)水容積； 2 按照最大 5min 用水量的平均秒流星的設(shè)計參數(shù)進行設(shè)計：則氣壓水罐就需參與調(diào)節(jié) 18s 的周期調(diào)節(jié) 水量，也就是氣樂水罐內(nèi)應(yīng)貯存 18s 的調(diào)節(jié)水容積； 3 按照最大秒流量設(shè)計：則“變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”的水泵必須每臺水泵配 1 臺變頻器；如為一臺變頻器 通過微機控制多臺水泵進行變頻調(diào)速供水，則需設(shè)置 1 臺氣壓水罐參與調(diào)節(jié)水泵切換過程中的穩(wěn)壓，即消 除水泵切換過

13、程造成的水壓波動； 為此，建議采用按最大小時用水量平均秒流量設(shè)汁，再設(shè) 1 臺有效調(diào)節(jié)水容積為 180360s 需水量的氣 壓水罐；或者按最大小時平均秒流量乘以14 系數(shù)，使其接近測試的最大 5min 平均秒流量的發(fā)生周期的 均值，再加 1 臺氣壓水罐，其調(diào)節(jié)水容積按 20s最大需水量貯備，使其參與調(diào)節(jié)用水量的變化?！?變頻調(diào)速給水系統(tǒng)”選泵：選泵首先要確定設(shè)計流量和設(shè)計揚程 設(shè)計流量：根據(jù)前面對設(shè)計流量的分析和研究結(jié)果，變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的設(shè)計流量：應(yīng)該按最大秒流 量選泵。如果給水系統(tǒng)設(shè)計配置了調(diào)節(jié)最大秒流量的設(shè)施，則可根據(jù)調(diào)節(jié)設(shè)施的調(diào)節(jié)范圍大小，采用按最 大小時設(shè)計流量平均秒流量或按最大 5

14、min 設(shè)計流量平均秒流量進行計算。 設(shè)計揚程：應(yīng)根據(jù)最不利用水點所需壓力、再加上最不利用水點與水泵吸水池的最低水位高程差和管道 沿程的總損失壓力及調(diào)節(jié)水容積所需壓力之和進行計算。 1 選泵： 變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的水泵是通過微機和變頻器進行控制的，由微機指揮變頻器根據(jù)需要功率 調(diào)節(jié)供電頻率使水泵電機變速運行，從而達(dá)到變壓、變流量供水。因此，選泵就應(yīng)選在最大供電頻 率處，這時也是水泵最大供水量的點，也是能滿足供水系統(tǒng)所需壓力要求的點?？梢妶D1 91 中的 A 點，然后根據(jù)給水系統(tǒng)用水量的減少由微機指揮變頻器降低供電頻率，使水泵電機降低運 行轉(zhuǎn)速，降低水泵供水量。圖中 A 點為選泵的控制點，是水泵的

15、最大供水量點，也是能滿足給水 系統(tǒng)所需壓力的工作點。 圖 1.91 單泵運行時的 T 作曲線圖 圖中 HNA 曲線為水泵特性曲線； HOA 曲線為管道工作曲線； HAA 線為恒壓線；圖中斜線 區(qū)為恒壓變量供水時所節(jié)省的能量；圖中網(wǎng)格區(qū)及斜線區(qū)之和為變壓、變量供水時所節(jié)省的能量；總 之，變壓、變量供水才是最大的節(jié)能。單臺水泵的工況分析由圖1 91 可以清楚，但根據(jù)用水量調(diào) 查得知全天用水量的不均勻系數(shù)為1：121：16，一臺變頻水泵最多只能調(diào)小至 1444 即 25 100之間即 1：4，要想滿足供水條件應(yīng)該有 34 臺水泵并聯(lián)工作才行，那么多臺水泵并聯(lián)運行 工況是怎樣的，可見下圖 19 2。

16、圖 l.9 2 多臺水泵變頻調(diào)速運行工況 圖中從 0-QA 為單泵運行工況， 當(dāng) 1 臺泵達(dá)到供水最大流量時應(yīng)增加啟動第 2 臺水泵， 這時微機指 揮將第 1 臺變頻泵轉(zhuǎn)交給工頻控制，將第 2 臺水泵進行變頻泵軟啟動運行，當(dāng)?shù)?2 臺水泵又達(dá)到供水 最大流量時，應(yīng)增加啟動第 3 臺水泵，這時微機指揮將第 2 臺變頻泵轉(zhuǎn)交給工頻控制，將第 3 臺水泵 進行變頻軟啟動運行。以下以此類推，但最多并聯(lián)工作不宜超過 4 臺水泵。當(dāng)用水量減少時，少到小 于 3 臺水泵供水量時， 可停止 1 臺水泵運行， 停止運行水泵可從第 l 臺開始停止運行。 做到先啟動的水 泵先停止，后啟動的水泵后停止，以此往復(fù)循環(huán)運行。 2如何進行變壓變流量運行 ?這套控制系統(tǒng)比較難作，因為它同時有兩個變數(shù)，即“流量”和“壓 力”，而且是互為影響和制約，系統(tǒng)中設(shè)了壓力傳感器和流量傳感器，由于互為影響需以理論計算，把 流量變化進行微分，計算出各檔流量下的管道總水頭損失，接下來再根據(jù)不同壓力變化而有不同的出 流量，因此控制參數(shù)與實際是有出入的；經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，供水系統(tǒng)其主要控制壓力是要滿足最不 利用水點的用水要求，只要滿足最不利用