簡(jiǎn)述變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方法
1 引言
各類(lèi)用水部門(mén)由于供水系統(tǒng)的水壓力不足而引起的生活、消防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌等供水問(wèn)題是經(jīng)常發(fā)生的事情。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為解決這些問(wèn)題創(chuàng)造了良好的條件。過(guò)去常采用的水泵、水塔、水箱等供水方式，由于存在供水壓力和流量不能調(diào)節(jié)、而且投資大、控制能力差、管理難度大、電力損耗高、設(shè)備易損等缺點(diǎn)。目前采用的先進(jìn)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)克服了以上供水方式存在的缺點(diǎn)，采用自動(dòng)變壓、變流供水后，供水壓力穩(wěn)定、出流保證率高、高效節(jié)能、自動(dòng)化程度高和管理簡(jiǎn)便等優(yōu)越性，已廣泛地應(yīng)用在輕重工業(yè)、礦山、樓區(qū)生活、消防、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌技術(shù)等的供水系統(tǒng)中，本文為有效節(jié)約能源，推廣應(yīng)用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，簡(jiǎn)要介紹城市樓群生活變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方法。
2 變頻供水系統(tǒng)工作原理
變頻調(diào)速供水系統(tǒng)由電器控制柜(內(nèi)有變頻器、PID或PLC控制器、電器控制系統(tǒng)、控制面板等)、水泵電機(jī)、各種閥門(mén)、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開(kāi)關(guān)等組成。
根據(jù)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需要在控制器上(微型工控計(jì)算機(jī))編程設(shè)定供水參數(shù)，系統(tǒng)通電運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)控制變頻器使電機(jī)軟啟動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中，安裝在水泵出口處的壓力傳感器則檢測(cè)管網(wǎng)中的瞬時(shí)壓力,并將壓力傳換為電信號(hào)傳送到控制器，經(jīng)微機(jī)分析運(yùn)算后控制變頻器，使變頻器改變工作頻率控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)供水流量。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，按用戶(hù)大需水量(小時(shí)計(jì))的多少選用水泵和電機(jī)的大小、多少來(lái)滿(mǎn)足生活、消防、生產(chǎn)、供熱、空調(diào)、灌溉等用途的供水需求。變頻調(diào)速器閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示:
3 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需水量計(jì)算
需水量的計(jì)算由于用水部門(mén)和用水功能的不同，所考慮的因素也不同。需水量的計(jì)算就是估算用水單元每小時(shí)所必須保證的供水量，也就是每小時(shí)大需水量，或者達(dá)到一定的保證率要求。設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)用水量不但要考慮目前的需水量，而且也要考慮今后發(fā)展的需要。流量設(shè)計(jì)過(guò)大會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，從而增加成本，過(guò)小又不能滿(mǎn)足需水要求，造成生產(chǎn)和生活問(wèn)題。所以合理設(shè)計(jì)供水能力是一個(gè)關(guān)捷問(wèn)題。這里舉例說(shuō)明（一個(gè)單位）500戶(hù)辦公居民樓群(包括新建樓房和以后擴(kuò)建項(xiàng)目的供水)每小時(shí)供水量的計(jì)算方法，計(jì)算步驟如下：
（1）生活用水量計(jì)算
根據(jù)表一住宅樓區(qū)生活用水標(biāo)準(zhǔn)與樓區(qū)的實(shí)際情況采用每人每天用水量按150升計(jì)，(換算單位后每人每天用水量0.15 m3/日.人)，按居民區(qū)用水高峰時(shí)間計(jì)算生活區(qū)用水量，采用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，計(jì)算得生活區(qū)每小時(shí)大需水量為43.5 m3/h。
（2）公共用水量估算
公共用水量主要包括辦公、環(huán)境衛(wèi)生、食堂、招待所、熱水、空調(diào)、鍋爐及綠化等,估算為每小時(shí)8.0m3/h。公共用水一般在生活用水的低峰階段。
（3）消防用水量計(jì)算
按國(guó)家消防規(guī)范規(guī)定，室外消火栓用水流量15 L/s，室內(nèi)消火栓用水流量10 L/s，按15 L/s計(jì)，則計(jì)算每小時(shí)消防需用水量54 m3/h。
以上三項(xiàng)合計(jì)用水量105.5 m3/h，考慮到用水的時(shí)空分布，小區(qū)用戶(hù)的相互隨機(jī)調(diào)節(jié)作用與消防時(shí)自動(dòng)切換消防優(yōu)先功能，實(shí)際設(shè)計(jì)采用每小時(shí)供水流量54 m3/h即可滿(mǎn)足本小區(qū)（單位）用水量要求。
小區(qū)供水量理論設(shè)計(jì)供水量：105.5m3/h；設(shè)計(jì)供水量：54m3/h；實(shí)際供水量：約0～30m3/h。設(shè)計(jì)大程度節(jié)約了成本。
4 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)高程設(shè)計(jì)
高程設(shè)計(jì)包括兩部分:一為實(shí)際高程，及水泵取水水位高程與供水的高高程的差；二為特殊情況下(如消防)要求水壓時(shí)需要修正的高程(m)。例如上例中，實(shí)際高程是25米，消防需要加大壓力,以利于高層樓房的消防，故設(shè)計(jì)高程時(shí)在實(shí)際高程中增加5~10米左右。這里增加5米則設(shè)計(jì)高程采用30米。
5 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)選擇
選擇設(shè)備很重要，各項(xiàng)參數(shù)必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量要好，維修管理要方便。按照上例設(shè)計(jì)再考慮一定規(guī)模的20年發(fā)展預(yù)期，選擇設(shè)備如下：
（1） 水泵的選型第一要考慮揚(yáng)程要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)高程的需要，這里選擇50LGx2型水泵，其揚(yáng)程60米，出水量24 m3/h，為滿(mǎn)足要求采用三臺(tái)，合計(jì)總出水量72m3/h。
（2 ）電機(jī)選擇三臺(tái)功率5.5kW，轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分。電機(jī)軸功率P與水泵流量Q及揚(yáng)程H之間的關(guān)系如下式:
P (kW)=Q H／102
p = 54×30／102 = 15.9 kW
式中：P = 軸功率(kW)；
Q = 流量(m3/h)；
H = 揚(yáng)程(m)。
（3 ）變頻器型號(hào)很多，生產(chǎn)廠(chǎng)家也多，規(guī)格表示各有差異。這里舉例選擇SWSⅡ72-30全自動(dòng)變頻調(diào)速生活(生產(chǎn))、消防兩用給水設(shè)備。其出水量每小時(shí)72m3/h，揚(yáng)程60米。設(shè)備流程如圖二所示:
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6 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)主要特點(diǎn)
（1） 適用范圍
可以應(yīng)用在城鎮(zhèn)自耒水廠(chǎng)、城鎮(zhèn)規(guī)劃小區(qū)生活供水、多層民用建筑的生活及消防給水、工業(yè)生產(chǎn)給水、原有供水系統(tǒng)改造、鍋爐定壓補(bǔ)水、空調(diào)給水、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌供水等給水。
（2） 高效節(jié)能
因?yàn)槭枪┧銐骸⒆儔鹤兞鹘o水方式 ，所以水泵始終在滿(mǎn)足用戶(hù)壓力與流量要求的條件下運(yùn)行，較恒速泵給水方式可節(jié)電20~50%。
（3） 管理方便
變頻調(diào)速器的控制系統(tǒng)采用了高性能數(shù)字PID微機(jī)調(diào)節(jié)器和PLC可編程序控制器，配備了壓力水位傳感器，因而組成了反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單方便，除定期巡視之外，不需要專(zhuān)人管理。
（4）功能齊全
整套機(jī)組可供生活、生產(chǎn)、消防共用，亦可供生活、生產(chǎn)、消防專(zhuān)用。各臺(tái)水泵根據(jù)用水量可自動(dòng)投入運(yùn)行、變速、仃止、先啟后仃、后啟先仃、自動(dòng)循環(huán)平衡，有自動(dòng)故障報(bào)警裝置。平時(shí)使用為生活供水，一般1～2個(gè)機(jī)組工作，遇火警時(shí)，設(shè)備自動(dòng)上升至消防供水，三個(gè)機(jī)組同時(shí)工作，來(lái)滿(mǎn)足消防需要。水泵工作到警戒水位時(shí)可自動(dòng)仃機(jī)，恢復(fù)水位后可自動(dòng)啟動(dòng)。供水水池是在沒(méi)有自來(lái)水壓力保障的情況下需要設(shè)計(jì)，自來(lái)水壓力有保障時(shí)不需要設(shè)計(jì)供水水池。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有手動(dòng)功能，為試機(jī)及維修排除故障而不仃止供水提供了方便。壓力調(diào)節(jié)范圍0~2Mpa，精度<0.01Mpa 。
（5）安全可靠
變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有電壓不足、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)流、短路、過(guò)熱、失速等項(xiàng)自動(dòng)保護(hù)功能及報(bào)警裝置。工作環(huán)境溫度可在-10℃~＋40℃，相對(duì)濕度可在≤90% (不結(jié)露)。水泵電機(jī)因均采用軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，供水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，而且節(jié)約能源。由于采用了三臺(tái)電機(jī)水泵設(shè)備，所以維修十分方便