無負(fù)壓自動給水設(shè)備水泵組合可優(yōu)化變頻調(diào)速給水
無負(fù)壓自動給水設(shè)備水泵組合可優(yōu)化變頻調(diào)速給水
一種新型給水方案,它既保留了無負(fù)壓自動給水設(shè)備變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點(diǎn):出水流量連續(xù)可調(diào)、出水壓力恒定、供水品質(zhì)優(yōu)良,又利用水泵組合技術(shù)降低了變頻調(diào)速器的設(shè)計容量,提高了全系統(tǒng)的性能價格比。
目前,建筑物無負(fù)壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)已逐漸放棄水塔、高位水箱、氣壓罐等傳統(tǒng)技術(shù),而采用電腦控制配合變頻調(diào)速器對水泵電機(jī)無級調(diào)速、恒壓給水。這種技術(shù)在穩(wěn)定水壓、減少設(shè)備體積、節(jié)能等方面有很大進(jìn)步,但由于使用了價格昂貴、技術(shù)復(fù)雜的變頻調(diào)速器,降低了給水系統(tǒng)的性能價格比。
要解決這一問題,較有效的方法是在基本不降低給水系統(tǒng)性能前提下降低變頻調(diào)速器的選用容量。市場調(diào)查表明,變頻調(diào)速器的容量越大,對工程造價的影響越大。因此,在設(shè)計容量較大的給水系統(tǒng)時,如何降低變頻調(diào)速器的容量,是提高工程性能價格比的較有效技術(shù)途徑。
1、二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法
在文獻(xiàn)[1]中提出了一種不使用變頻器(或氣壓罐)的自動穩(wěn)壓給水方法,即二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法,現(xiàn)介紹如下:
該無負(fù)壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)共有四臺水泵M0、M1、M2、M3并聯(lián)運(yùn)行,組合給水。各臺水泵的額定揚(yáng)程相同,額定流量呈二倍遞變,即如M0的額定流量為q,則其他三臺水泵M1、M2、M3的額定流量分別為2q、4q、8q。
以數(shù)字1表示水泵工作,數(shù)字0表示水泵停止工作。于是M0、M1、M2、M3四臺水泵的工作狀態(tài)各用一位二進(jìn)制數(shù)a0、a1、a2、a3加以表達(dá)。它們組合在一起時的工作狀態(tài)用一個四位的二進(jìn)制數(shù)a3a2a1a0表示。
四位二進(jìn)制數(shù)共有16種變化情況,這些變化狀況不僅代表了當(dāng)時水泵的組合,而且代表了當(dāng)時水泵組合所能提供給水系統(tǒng)的出口流量Qt(在計算每種工況的出口流量時,近似忽略了由于水泵并聯(lián)運(yùn)行所造成的流量損失)。即這個數(shù)越大,則出口流量越大;這個數(shù)越小,出口流量越小。由此找到了根據(jù)用戶用量大小,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水流量以保證穩(wěn)壓給水的方法,其工作原理是:電接點(diǎn)壓力表設(shè)定上限壓力H2、下限壓力H1,由H1與H2構(gòu)成了壓力穩(wěn)定區(qū)間。如實際水壓H偏低,H<H1時,可編程控制器按表1所示二進(jìn)制數(shù)a3a2a1a0的遞增規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài),增加系統(tǒng)出水流量,水壓上升直到H≥H1,如水壓H偏高,H>H2時,可編程控制器按a3a2a1a0遞減規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài),減少系統(tǒng)流量,水壓下降直至H<H2。這樣正常工作時H1<H<H2,供水系統(tǒng)的實際水壓H就被穩(wěn)定在H2與H1所規(guī)定的范圍之內(nèi),達(dá)到穩(wěn)定水壓之目的。
利用這種技術(shù),在穩(wěn)壓精度不高,用水負(fù)荷波動不太頻繁情況下,不使用變頻調(diào)速器亦可穩(wěn)壓供水。但當(dāng)穩(wěn)壓精度較高時,如不使用變頻調(diào)速器,就 須配備較多的水泵(當(dāng)然水泵的數(shù)目比傳統(tǒng)水泵并聯(lián)組合方法大為減少),對優(yōu)化工程設(shè)計與方便施工十分不利。另外,用戶負(fù)荷變化較大時,不使用變頻調(diào)速器會造成水泵組合頻繁切換,使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)壓精度大為下降,電機(jī)的不斷啟停使能耗加劇。綜合評價較為理想的方案是把變頻恒壓給水技術(shù)與二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水技術(shù)結(jié)合使用。
2、無負(fù)壓自動給水設(shè)備水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速恒壓給水方案
該無負(fù)壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)共有三臺水泵(虛線所畫水泵不計入)P0、P1、P2,其中P0與P1的額定流量為q,而P2的額定流量較大為2q,三臺水泵的額定揚(yáng)程相同。另外只有P0采用變頻器連續(xù)控制轉(zhuǎn)速,而P1與P2直接工頻電源開關(guān)控制。
這樣配備的無負(fù)壓自動給水設(shè)備水泵系統(tǒng)與典型的變頻恒壓給水系統(tǒng)相比較,后者一般采用兩臺大小一致的相同水泵,一臺變頻調(diào)速控制、一臺工頻開關(guān)控制,多用了一臺小水泵。但由于變頻器所控制的水泵流量下降一倍,故所采用變頻器的容量也大致下降一倍。實現(xiàn)了用容量小的變頻器代替大容量的變頻器,降低了整個系統(tǒng)的性能價格比。
對采用開關(guān)控制的水泵P1與P2,用數(shù)字1表示水泵工作,以數(shù)字0表示水泵停止工作,于是P1與P2的組合工作狀態(tài)用一個兩位的二進(jìn)制數(shù)a2a1表示(如表2)。P0采用變頻器連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,把它與P1P2的組合工作相結(jié)合,則整個給水系統(tǒng)的流量可以在0≤Qt≤4q的區(qū)間連續(xù)變化(計Qt時近似忽略了由于水泵并聯(lián)所造成的流量損失)。表2與表1的不同之處在于:由于變頻調(diào)速水泵P0的加入,可以在0≤Qt≤4q的全流量范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)給水流量,故理論上可以實現(xiàn)高精度的恒壓控制,而不是表1所描述的在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓控制。同時,與傳統(tǒng)的恒壓變頻調(diào)速給水系統(tǒng)相比較,變頻器的設(shè)計選用容量可減小一半。因此,本方案兼具了二進(jìn)制變流量水泵組合方案和典型變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點(diǎn)。
若再增加一個容量為4q的水泵P3(虛線畫出),依據(jù)相同的工作原理,給水系統(tǒng)的出口流量可以在0<Qt<8q范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié),同時水壓基本恒定(見表3)。
通過以上二例可以總結(jié)出,如給水系統(tǒng)的設(shè)計流量為Q,則可以把變頻水泵的容量設(shè)計成q=Q/2n(n=1、2、3……)。同時再配備n臺工頻電源開關(guān)控制的水泵,這n臺水泵的額定揚(yáng)程相同且與變頻水泵的揚(yáng)程一致,但額定流量設(shè)計值卻是兩倍遞變,即從小到大為:q、2q、4q……2n-1q。
由這(n+1)臺水泵(1臺變頻調(diào)速控制,n臺工頻開關(guān)控制)構(gòu)成的水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng),即實現(xiàn)在全流量變化范圍內(nèi)高質(zhì)量的恒壓給水,又把變頻器的設(shè)計容量降為q=Q/2n,降低了變頻器的工程預(yù)算價格,提高了整個給水系統(tǒng)的性能價格比。
3、結(jié)論
本文提出了無負(fù)壓自動給水設(shè)備水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水方案。它既保留了變頻調(diào)速方案的優(yōu)點(diǎn):全流量范圍內(nèi)可以實現(xiàn)高精度的恒壓給水,又利用水泵組合技術(shù)大大降低了變頻器選用容量,提高了系統(tǒng)的性能價格比。
無負(fù)壓自動給水設(shè)備概述
無負(fù)壓自動給水設(shè)備直接以市政管網(wǎng)為水源、形成連續(xù)密閉的接力增壓供水方式, 避免了傳統(tǒng)2次增壓供水系統(tǒng)造成的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)降低和各種水源污染問題, 保持了市政水源的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)充分利用市政水源本身壓力熱能,差多少補(bǔ)多少,切實有效地、較大限度地發(fā)揮了變頻調(diào)速的節(jié)能效果。
無負(fù)壓自動給水設(shè)備的優(yōu)點(diǎn):
?。?)高效節(jié)能:充分利用市政水源本身具有的壓力熱能,差多少補(bǔ)多少,切實有效地、較大限度地發(fā)揮了變頻調(diào)速的節(jié)能效果。
?。?)潔凈衛(wèi)生:構(gòu)成連續(xù)密閉的增壓供水方式, 保持了市政水源的國家水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),從根本上避免了增壓系統(tǒng)造成的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)降低和各種水源污染問題。
(3)無負(fù)壓自動給水設(shè)備可以避免浪費(fèi):不僅淘汰了高位水箱,還 取消了地面(地下)水池水箱, 避免了水箱溢流,定期清洗造成的水源浪費(fèi)。
?。?)運(yùn)行噪聲低:系列產(chǎn)品采用全變頻調(diào)整方案時,大部分時間特別在夜間處于低噪聲運(yùn)行工況。
?。?)無負(fù)壓自動給水設(shè)備設(shè)計了全密閉的、兼有緩沖作用和動態(tài)補(bǔ)償作用的水源箱罐,與目前市場所謂無負(fù)壓罐相比,更具有實際意義,并使控制系統(tǒng)得以簡化。
?。?)設(shè)備控制系統(tǒng)充分總結(jié)了本公司及國內(nèi)外變頻給水設(shè)備的設(shè)計制造經(jīng)驗,采用規(guī)范通用的控制系統(tǒng)技術(shù)方案,可換用任意廠商的變頻器、調(diào)節(jié)器、PLC和其他元器件,調(diào)試維修特別方便,為產(chǎn)品的終身售后服務(wù)奠定了良好基礎(chǔ),不會因技術(shù)進(jìn)步而導(dǎo)致售后服務(wù)問題。
?。?)無負(fù)壓自動給水設(shè)備控制系統(tǒng)具有較高智能性,設(shè)計中充分考慮了機(jī)、電、儀協(xié)調(diào)配合,具有欲速則不達(dá)的檢測監(jiān)視和簡單方便的人機(jī)交互功能。具有全面的故障保護(hù)功能和對策,變頻器故障保護(hù)時,自動降級運(yùn)行(成為工頻自動給水設(shè)備),自動系統(tǒng)故障時,還可手動操作應(yīng)急備用,贏得維修時間。
?。?)設(shè)備可按要求選配各種通訊接口、協(xié)議,從而可連接各種人機(jī)界面、監(jiān)控計算機(jī),可與各種控制網(wǎng)絡(luò),通信網(wǎng)絡(luò)相接,適用于特殊、復(fù)雜的運(yùn)行控制和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求。可為用戶開發(fā)配套監(jiān)控軟件。
無負(fù)壓自動給水設(shè)備運(yùn)行原理
無負(fù)壓自動給水設(shè)備的應(yīng)用,是以市政管網(wǎng)為水源,形成密閉的連續(xù)接力增壓供水方式,其應(yīng)用與通常的經(jīng)水池(水箱)中轉(zhuǎn)二次增壓供水設(shè)備相比大為不同。
為了減小直接抽吸對市政供水的影響,一般應(yīng)在設(shè)備入口管道上串接一個承壓貯水容器。主要起緩沖作用(動態(tài)補(bǔ)償作用)的水罐稱為緩沖罐;平時無動態(tài)緩沖作用僅在市政管無水壓時才起備用水源作用的水罐稱為水源罐。大容積的承壓水池也是水源罐的一種形式(一般采用鋼筋混凝土現(xiàn)場施工建造。
配套緩沖罐的接力增壓設(shè)備與配套水源罐的接力增壓設(shè)備運(yùn)行原理有一定差異,下面分別予以說明。
1、配套緩沖罐的設(shè)備
無負(fù)壓自動給水設(shè)備說明
成套設(shè)備一般由緩沖罐、水泵機(jī)組、氣壓罐控制柜及控制儀表組成,各部分說明如下:
a、緩沖罐:是接在設(shè)備入口處的氣壓罐,簡稱緩沖罐,給水運(yùn)行時罐內(nèi)部分容積為壓縮空氣,靠壓縮空氣的貯能,對各種突變沖擊具有很好的減緩消除作用,同時對市政供水具有一定動態(tài)補(bǔ)償作用。
有2種不同結(jié)構(gòu)的緩沖罐,隔膜緩沖罐采用 橡膠隔膜材料,因 全密閉更有利于保持水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),普通鋼制緩沖罐內(nèi)壁涂有符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的防腐涂料,但補(bǔ)氣時會與外界空氣接觸。
緩沖罐即可串接使用 ,也可并接使用
b、水泵機(jī)組:選用本公司具有非過載特性的水泵,其工作特性可以適應(yīng)水源的較大范圍內(nèi)的壓力變化,不會產(chǎn)生過載現(xiàn)象。
c、氣壓罐:其作用與通常2次增壓供水設(shè)備中的氣壓罐相同,本系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品采用的隔膜式微型氣壓罐,主要利用其保壓功能,有利于設(shè)備的智能化自動節(jié)能控制。
d、變頻控制柜:可采用全變頻控制系統(tǒng),即所有水泵均采用變頻調(diào)速拖動,也可采用部分變頻控制系統(tǒng)(樣本標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品只有1臺泵為變頻調(diào)速拖動)。
e、旁通管路:如果市政供水平時能夠滿足水壓要求,僅在供水高峰時壓力不足,可加載旁通管路,可使市政下拉供水與增壓供水實現(xiàn)自動切換運(yùn)行。
(1)當(dāng)市政管網(wǎng)高壓時,設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài),市政水源過緩沖罐、旁通管路直接向用戶管網(wǎng)供水。
?。?)當(dāng)市政管網(wǎng)欠壓時,設(shè)備自動啟動,在原不水壓基礎(chǔ)上變頻調(diào)速增壓(恒壓)供水,由于是按“差多少,補(bǔ)多少”的原則增壓,所以在全流量范圍即滿足了用戶恒壓供水的需求,同時又實現(xiàn)了高效節(jié)能運(yùn)行。運(yùn)行過程中密閉的緩沖罐相當(dāng)一段管路,新鮮衛(wèi)生的自來淼不斷流過水源罐,不會遭受外界污染。
?。?)設(shè)備運(yùn)行中,緩沖罐部分容積為壓縮空氣(其壓力與市政水
壓相同),因而貯存了一定壓力勢能,靠此貯能可大大減緩各種沖擊對市政水源的影響,同時對市政供水具有動態(tài)的削峰補(bǔ)償作用。當(dāng)市政服務(wù)壓力從P2降至P1時,緩沖罐提供的較大補(bǔ)償水量與緩沖罐總?cè)莘e關(guān)系為:
V#=(1-P1/P2) V總=KV總
V#-供水高峰市政壓力從P2降至P1期間水源罐給出的補(bǔ)償水量(m3)
P1-市政供水高峰期較低壓力
P2-市政供水高峰期前的壓力
V總-水源罐的總?cè)莘e(m3)
例:供水高峰期,市政水源壓力從20mH2O降至mH2O,則在該期間水源罐給出的補(bǔ)償水量為
V#=(1-15/30) V總=0.5V總(m3),占總?cè)莘e的50%。顯然這是一種切實有效的動態(tài)補(bǔ)償作用,如果所有用戶的增壓設(shè)備均具有這種補(bǔ)償作用,則總體上對市政供水可起到一定削峰填谷的效果,高峰期間管網(wǎng)服務(wù)壓力不至于下降得太低。
(4)緩沖罐上配有控制儀表,當(dāng)市政管網(wǎng)壓力低于設(shè)定下限值時可自動停機(jī)(禁止運(yùn)行),防止過度抽吸市政水源及防止抽水運(yùn)行。
2、配套水源罐的設(shè)備
無負(fù)壓自動給水設(shè)備說明
成套設(shè)備一般由自動隔離閥(選購件)、水源罐(或承壓水池)、水泵機(jī)組、氣壓罐、變頻控制柜(含控制儀表)組成。各部分說明如下:
a、自動隔離閥或節(jié)流裝置(選購件):用于隔離市政水源,可任意設(shè)定動作壓力,當(dāng)市政水源壓力低于該值時,隔離裝置動作,切換到水源罐或承壓水池供水。也可考慮使用廉價的節(jié)流裝置代替隔離閥,限制較大進(jìn)水流量,供水不足部分靠水源罐補(bǔ)償。
b、水源罐:給水運(yùn)行時罐內(nèi)全部容積充滿了水,由于無壓縮空氣貯能,對各種沖擊的緩沖作用和對市政水源的動態(tài)補(bǔ)償效果不如緩沖罐。但當(dāng)市政水源壓力太低,水源罐出水(供水)大于進(jìn)水量時,罐內(nèi)貯水容積可全部用來補(bǔ)償市政水源的不足。
水源罐提供補(bǔ)償水量期間,靠真空抑制器使空氣自動進(jìn)入罐體,可避免對高下管網(wǎng)造成負(fù)壓抽吸作用(即所謂無負(fù)壓無吸程)。
水源罐只能串接在進(jìn)水管路中使用。
c、承壓水池:一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),與水源罐工作原理相同,因其容積大,對市政供水具有很好的削峰填谷作用,適用于全國各地各種市政水源情況。當(dāng)市政供水管網(wǎng)因故停水期間可由承壓水池提供一定時間的供水水源,適用于客戶要求高可靠供水的場合。
d、水泵機(jī)組:選用本公司具有非過載特性的水泵,其工作特性可適應(yīng)市政水源的較大范圍內(nèi)的壓力變化,不會產(chǎn)生過載現(xiàn)象。
e、氣壓罐:其作用與通常2次增壓供水設(shè)備中的氣壓罐相同,標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計中采用隔膜微型氣壓罐,主要利用其保壓功能,有利于設(shè)備的智能化自動節(jié)能控制。
f、變頻控制柜:可選擇采用全變頻技術(shù)方案,即所有水泵均采用變頻拖動,也可采用部分變頻技術(shù)方案(只有一臺泵為變頻調(diào)速拖動)。
g、旁通管路:如果市政供水平時滿足水氣要求,僅在供水高峰時壓力不足,可加載旁通管路,使市政直接供水與增壓供水自動切換運(yùn)行。
無負(fù)壓自動給水設(shè)備運(yùn)行說明
?。?)當(dāng)市政管網(wǎng)高壓時,設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài),市政水源通過水源罐、旁通管路直接向用戶管網(wǎng)供水。
?。?)當(dāng)市政管網(wǎng)欠壓時,設(shè)備自動啟動,在原有水壓基礎(chǔ)上變頻調(diào)速增壓(恒壓)供水,由于按“差多少,補(bǔ)多少”原則增壓,所以在全流量范圍即滿足了用戶恒壓供水的需求,同時又實現(xiàn)了高效節(jié)能運(yùn)行。運(yùn)行過程中密閉的海洋法罐只相當(dāng)于一段管路,新鮮衛(wèi)生的自來水不斷流過水源罐(或承壓水池),不會遭受外界污染。
?。?)當(dāng)市政水源壓力太低,自來水進(jìn)水小于設(shè)備供水(水源罐出水)時,靠水源罐貯水容積來補(bǔ)償市政水源的不足。水源罐提供的較大補(bǔ)償水量與水源罐總?cè)莘e相同V補(bǔ)=V總。
水源罐提供補(bǔ)償水量期間,靠真空抑制(自動進(jìn)、排氣閥),使空氣自動進(jìn)入罐體,可避免對市政管網(wǎng)造成負(fù) 抽吸作用(即所謂無負(fù)壓無吸程),并可保證水源罐容積全部被有效利用。
?。?)為進(jìn)一步減小直接抽吸對市政水源的影響,可選購一只水源隔離閥及控制儀表,從而可任意設(shè)定允許抽吸的較低壓力,當(dāng)市政水源入口壓力降到允許抽吸的較低壓力時,水源隔離裝軒會自動啟動,設(shè)備將切換到以補(bǔ)償罐為水源自動供水。也可考慮選購廉價的節(jié)流裝置代替隔離閥,限制自來水進(jìn)水流量,供水不足部分靠水源罐補(bǔ)償。
?。?)市政水源因故停水且水源罐貯水也己消耗完,設(shè)備會自動停機(jī)(禁止運(yùn)行)。水源正常后自動恢復(fù)運(yùn)行。
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