自动化低压变频器在高层给水系统中的合理利用
2013/5/31 11:54:32 点击：
自动化低压变频器在高层给水系统中的合理利用
一．天津纪庄子再生水厂居民区泵房供水现状：
天津纪庄子再生水厂居民区送水泵设计日供水能力为3万吨/日，主要为梅江居住区居民用户提供生活杂用水，小区景体补水，园林绿化及水厂生产用冷却水、循环水。居民区送水泵房采用的设备类型为中开双吸给水泵，其中4台型号HV200-150-400/4P-55KW卧式泵（2台采用变频控制，2台为定速控制，功率为55KW），2台型号为ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵（1台为变频器控制，1台为定速控制，功率为18.5KW）。对外高层给水系统为恒压供水：由于众多用户不同时刻用水需求不同，供水系统中供水量为实时变化，为保证用户恒压用水需求，就需要变频泵参与运行，通过变频器调整电动机频率，改变电动机转速，从而调整送水量，得以维持管网恒压，（即用户用水量瞬间增大，管网压力出现减小趋势，变频器频率增加，电机转速加快，送水泵出水量增加，使管网压力重新回到设定值。反之亦然。）这样能保证所有用户正常用水。
二．低压变频器高层给水系统调速技术原理：
（一）调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。在讨论变频器调速时，首先研究公式：
n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)
其中： n : 电动机的转速
n0: 电动机的同步转速
s : 电动机的转差率
p: 电动机绕组的极对数
通过公式（1）表明，改变电动机的转速有三种可能：
a. 变极调速
b. 变频调速
c. 变转差率调速
（二）高层给水系统变频调速技术
近年来变频调速技术发展很快，目前主要采用如下图所示：
变频器是由可控硅整流器和可控硅逆变器组成。整流器先将50HZ的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给异步电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。
三．高层给水系统变频器的合理节能利用
（一）送水变频泵流量与转速、频率的关系：
Q1 = ( n1 / n) Q (2)
其中： n : 泵的额定转速
Q ：泵的额定流量
n1 : 泵在低于额定转速下的某一速度
Q1：与转速n1对应的出水流量
根据 n = 60f1 (1- s ) / p (3)
可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)
其中：f 1 :电源的频率（50HZ）
f ：与电动机某一转速 n1对应的频率
（二）送水变频泵功率与转速、频率的关系
N1 = （n1 / n）3 N (5)
其中：N：泵的额定功率
N1：与转速 n1对应的功率
根据公式（3）与公式（5）可得到功率与频率之间的关系：
N1 = （n1 / n）3 N = (f / f1 )3 N (6)
(三) 送水泵扬程与转速、频率的关系：
H1 = (n1 / n )2 H (7)
其中：H：泵的额定扬程
H1：与n1对应的扬程
通过公式（3）与公式（7）可得出：
H1 = (f / f1 )2 H (8)
（1）实际运行过程中我们使用小变频泵（18.5KW），在流量为0m3/h~80 m3/h时，对应的频率变化在25HZ~43HZ之间，根据公式（6），理论计算小变频泵的功率变化在2.3~11.76KW之间；而使用大变频泵（55KW），在 流量为0m3/h~80 m3/h时，对应的频率在30HZ~34HZ之间，根据公式（6）计算，大变频泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可见，当外网需水量为小流量时（如冬季或夜间恒压供水时），我们可运行小变频泵，降低电网消耗。
（2）通过公式（6）与（8）我们可得到送水变频泵功率与扬程的关系：
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，当扬程降低时，即管网恒压值降低时，变频器的功率消耗也会降低，当我们的供水用户同时用水概率教低时，特别是在夜间，我们可以将管网恒压值设定的适当低一些，会降低变频泵的能量损耗。
四． 变频器在城市高层给水系统中合理利用的展望
现代城市高层给水系统中，采用变频泵调整出水流量，代替传统的通过手动调整出水阀门开度，是近代人类科技不断进步的结果，同时也降低送水泵的能耗，降低了水厂的运行成本，增强对外供水的稳定性，可靠性，从电气角度使水厂向“低耗高效”实现了跨越发展。如何充分利用好变频器对水厂运行意义重大。
高层供水系统概述
长沙中赢供水设备有限公司研制生产的高层给水系统是在组合式不锈钢水箱和变频恒压供水的基础上开发研制的，并加装防负压、防倒流、防水质恶化等控制装置。与普通的变频供水设备和高层给水系统相比，具有节能显著、噪音低、占地少、可靠性高等优点，是目前最先进的供水模式。 高层给水系统采用国际知名品牌优质变频器（瑞士ABB）， 内置PID控制器，依据PLC对市政管网压力和实际所需压力数据的采集、分析和判断，使供水压力始终恒定在预先设定的压力值范围内，整套系统技术先进，设计合理，运行可靠，高效节能。
高层给水系统产品特点
1、一体化专业设计，结构紧凑，系统直接安装在水箱里（如在室外可减少泵房的建设）投资少，安装方便，外形美观。
2、利用管网压力的叠加以及自动变频运行方式，节能效果得到显著提高(大干40%)。
3、配套安装方便，只有一个市政管网进口和一个供水出口。
4、运行稳定，振动小，噪音低（噪音值低于50分贝）。
5、系统供水稳定（即使管网临时断水，也能通过水箱正常供水），充分保证系统末端压力 。
6、可附加自动巡检功能，降低物业管理费用。
7、采用PLC可编程控制全自动运行，操作维护方便。
高层供水系统适用范围
⑴ 新建、扩建和改造的住宅楼、住宅小区、办公楼等；
⑵ 宾馆、饭店等；
⑶ 学校、部队、机关、集体宿舍等用水比较密集场合；
⑷ 医院、商场、会展中心、体育馆、公共浴室等公共场合；
⑸ 城市自来水压力不能满足消火栓给水系统或自动喷水灭火系统等用水要求的消防用水；
⑹ 大型工厂、加压泵站、开发区等大流量集中供水；
⑺ 工矿企业的生产、生活用水；
⑻ 各种循环水系统；
⑼ 尤其适应于对水质要求特别严格的供水场合。
高层供水系统产品组成部分
1、组合式不锈钢水箱（带泵房）。
2、智能化电气控制系统。
3、低噪音不锈钢多级离心泵（GRUNDFOS格兰富系列）。
4、无负压进水装置及防倒流装置。
5、不锈钢成套管路。
6、压力、液位信号采集、反馈设施。
高层给水系统工作原理
1、当检测到自来水压力能满足用户用水压力时，系统直接通过市政管网给用户供水。
2、当检测到自来水压力低于用户用水压力时，系统通过叠加、变频给用户供水。
3、当检测到自来水压力低且接近零时，切断市政管网，进水，系统通过水箱变频方式给用户供水。
4、高层给水系统为防止二次污染，定时通过水箱直接为用户供水。
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