變頻給水加壓設備在小區(qū)供水中的運行特征和經(jīng)濟效益
變頻給水加壓設備在小區(qū)供水中的運行特征和經(jīng)濟效益
1、變頻給水加壓設備概述
變頻給水加壓設備控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構成 控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。變頻給水加壓設備系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。
隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用，使得交流異步電動機調(diào)速領域發(fā)生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調(diào)速裝置均采用交流變頻技術，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)、控制點的實時監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟運行的手段。
2、變頻給水加壓設備控制方案
在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力較不利點的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關系：
ΔP=KQ2；
式中K一為系數(shù)
設PL為壓力較不利點所需的較低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有較好的節(jié)能效果。
P=PL+ΔP=PL+KQ2
因此變頻給水加壓設備的設定壓力應該根據(jù)流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)較不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。
典型的自動變頻給水加壓設備系統(tǒng)的結構框圖如圖所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器(PLC)的輸入模塊，信號經(jīng)CPU運算處理后與設定的信號進行比較運算，得出較好的運行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變量泵的運行工況，并實現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質量。
3、變頻給水加壓設備運行特征
以三臺水泵的變頻給水加壓設備系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時(Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的較大流量)，可編程控制器CPU根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1／3Qmax
當外供水量減少至1/3Qmax
4、變頻給水加壓設備系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點
4．1經(jīng)濟效益分析
變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n1三者的關系如下式：
N1／Q1=(n1／n)3
Q1／Q= n1／n
式中Q一額定流量，Q1
N一額定流量Q時的軸功率
n一水泵的額定轉速
因額定流量Q=100％時，n=100％，N=100％，若n1=90％n時Q1=90％Q，N1=72.9％N，即可節(jié)電27.1％。若n1=80％n時Q1=80％Q，N1=51.2％N，即可節(jié)電48.8％。
4．2變頻給水加壓設備系統(tǒng)優(yōu)點
(1)變頻給水加壓設備技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調(diào)節(jié)水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
(2)由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。
(3)因實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。
(4)水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。
(5)由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大。
＊生活變頻給水加壓設備簡介
一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須提升水壓才能滿足用水要求。傳統(tǒng)的方法是水塔、高位水箱或氣壓罐式增壓設備，其設備一次投資費用高，并且 須由水泵高于實際用水高度的壓力來提升水量，其結果往往增大了水泵的軸功率和能量損耗，在使用這些傳統(tǒng)的供水方式，還容易造成水的二次污染。
該生活變頻給水加壓設備是我公司根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)、生活、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程等用水的規(guī)律研制開發(fā)的高新技術產(chǎn)品。它集變頻調(diào)速技術、PLC技術、PID控制技術，壓力傳感技術等為一體，可組成完整的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。生活變頻給水加壓設備通過安裝在供水管網(wǎng)上的高靈敏度壓力傳感器來檢測供水管網(wǎng)在用水量變化時的壓力變化，不斷的向智能傳輸變化的信號，經(jīng)智能判斷運算并與設定的壓力比較后，向控制器發(fā)出改變頻率的指令，控制器通過改變頻率來改變水泵電機的轉速和啟用臺數(shù)，自動調(diào)節(jié)峰谷用水量，保證供水管網(wǎng)壓力恒定，以 滿足用戶用水的需要。
＊生活變頻給水加壓設備原理：
直接供水型 就是直接利用市政管網(wǎng)的壓力。
生活變頻給水加壓設備直接供水。一般適用于市政管網(wǎng)壓力稍高的地區(qū)或水廠附近壓力較高的范圍內(nèi)。缺點就是水量、水壓不能保證。但是全自動生活變頻給水加壓設備原理對于規(guī)模較小的管網(wǎng)這種供水方案的經(jīng)濟性能很好。不需要任何其他設備或措施。
生活變頻給水加壓設備水箱供水：將市政管網(wǎng)的水引至屋頂水箱。然后靠水箱與用水器具的高差。重力供水。克服了水壓水量的不穩(wěn)定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱體積較大。因此這種方式不提倡，水箱、管網(wǎng)聯(lián)合型 平時水量水壓足夠時。直接由市政網(wǎng)供水。超壓時。多余水進入屋頂水箱。當壓力或水量不足時。水箱靠重力自動向用戶供水。物理結構上就是正常的直接供水的主干管伸頂接入水箱。并由水箱設一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進入水箱停留這一步驟。
＊生活變頻給水加壓設備主要特點:
■ 采用微機控制、壓力分級控制及手動控制等三種不同控制方式，確保設備的可靠性。
■ 能夠實現(xiàn)電機軟啟動，大大減少啟動負荷和壓力波動，實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果顯著。
■ 采用高可靠性管路附件及電器無觸點控制方式，大大提高了設備使用壽命。
■ 系統(tǒng)配備小型緩沖壓力調(diào)節(jié)罐，大大減輕管網(wǎng)的水錘現(xiàn)象。還配備小流量定壓泵，起小流量范圍內(nèi)的供水及保證消防系統(tǒng)常備壓的作用。
■ 設有斷相、過壓、過流、過載、失速及無水等各種保護功能及故障顯示和報警裝置。
■ 設備占地面積和高度較小，靈活機動，安裝調(diào)試方便，省工省時，節(jié)省投資。
＊生活變頻給水加壓設備的主要構件
（控制柜）控制系統(tǒng)性能優(yōu)越、功能齊全、可靠性高：變頻控制系統(tǒng)的主要電器元器件配件都是進口品牌產(chǎn)品，我們產(chǎn)品的基本配置是：1、可編程控制器(PLC)采用德國西門子產(chǎn)品。2、接觸器、熱保護是德國西門子或者是法國施耐德產(chǎn)品，接觸器的容量比配用電機容量提高兩個檔次，例如7.5KW電機額定電流 15A，我們配用32A的接觸器，保證控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。3、變頻器選用日本三墾品牌產(chǎn)品或者是瑞士ABB品牌變頻器。4、中間繼電器選用法國施耐德產(chǎn)品。5、其余輔助元器件均是國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品-空氣開關為正泰集團產(chǎn)品
＊生活變頻給水加壓設備特點：
保證管網(wǎng)壓力，調(diào)節(jié)峰值用水，水箱入口處采用了智能化的電磁閥來控制進水壓力及水位。當管網(wǎng)壓力下降加壓泵從水箱取水時，可通過智能控制，當水箱水位低于一定液位時，再打開電磁閥從管網(wǎng)中放水，此時保證取水口一定的壓力，此措施一可以避開高峰用水，起調(diào)峰作用；二是避免了普通水箱的零壓力泄水，對管網(wǎng)壓力是一個很好的保護作用。
運行可靠性：
當用水高峰時，或自來水停水時，由水箱供水，大大提高用戶用水的可靠性， 符合自來水供水規(guī)范。
控制系統(tǒng)先進。建立遠程監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)控設備運轉情況。
該系統(tǒng)采用了一款新型的中贏供水專用供水控制器和相應配套的一體化文本顯示器（HMI）外加GSM通信模塊組成的無線監(jiān)控文本顯示。該系統(tǒng)使原來控制系統(tǒng)全面開放升級，從原來的獨立單元升級成具有通訊功能的控制系統(tǒng)，文本顯示器與PLC集成一體化，PLC與GSM通信模塊能過RS232通信口連接，實現(xiàn)系統(tǒng)的通訊化，由于GSM通信模塊與現(xiàn)行移動通信網(wǎng)絡接軌，使客戶即使遠離控制現(xiàn)場，只要他身處無線移動通信網(wǎng)絡信號覆蓋的地方，就可時時了解系統(tǒng)信息，利用手機發(fā)送命令修改系統(tǒng)功能參數(shù)，甚至控制系統(tǒng)運行，真正意義實現(xiàn)了較簡捷便利的系統(tǒng)遠程監(jiān)控。
環(huán)保無二次污染。
此成套設備中水箱、水泵、管路及閥門等涉水材料均采用食品級不銹鋼材料，密封供水，不會產(chǎn)生二次污染，衛(wèi)生環(huán)保。
節(jié)能。
當自來水壓力能滿足用戶用水要求，增壓泵通過變頻控制處于休眠狀態(tài)；當非高峰用水時，自來水壓力又達不到用戶用水壓力，水泵可以在自來水水壓（0.2—0.5MPa）的基礎上疊加增壓，差多少，補多少，充分利用余壓，節(jié)約電能。節(jié)能效果顯著。
生活變頻給水加壓設備亦用于改造原有老式泵房設備，改造后同樣可以達到高效節(jié)能、自動恒壓供水的目的。
生活變頻給水加壓設備能根據(jù)用戶的實際用水量和使用壓力自動檢測，調(diào)節(jié)電動機的轉速(耗電量)，使設備始終處于高效率的工作狀態(tài)。2、供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定由微機構成自動閉環(huán)控制，能在0.5秒內(nèi)使變化的壓力恢復正常，壓力調(diào)節(jié)精度為設定值的±5%。3、占地小、投資少，安裝工期短。生活變頻給水加壓設備相比節(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)約投資15%~60%。設備體積小，組裝、安裝調(diào)試方便，運輸及安裝工期短。保護功能全，運行安全可靠，操作方便生活變頻給水加壓設備主機采用進口變頻調(diào)速器，自身具有欠壓、過壓、過流、過載、短路、過熱、失速防止等保護功能，無故障運用達10萬小時以上。設備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實用，設備工作狀況一目了然，便于非專業(yè)人員很快熟練掌握。供水功能全，保險系數(shù)高生活變頻給水加壓設備局部出現(xiàn)故障時，能啟用應急功能繼續(xù)供水。設備可與市政供水網(wǎng)自動并網(wǎng)運行，并具有雙恒壓功能，即能滿足生活生產(chǎn)用水的正常壓力和流量，有能在出現(xiàn)火情時自動轉換為高壓大流量供水，可一機多用。
＊生活變頻給水加壓設備講述：
生活變頻給水加壓設備無需建造水池、水箱，占有空間相對較少，節(jié)省設備的初期投資和節(jié)省了沖洗水池，給水池消毒的費用。該設備為全封閉式結構，真正消除供水二次污染，為綠色環(huán)保新型變頻給水設備 。目前通用的變頻恒壓供水，取消了地面水池，減少了水質的二次污染，但興建和使用地下水池的費用和地下水池對水質的污染也是一個問題。因此無負壓增壓變頻給水設備 將是變頻變頻給水設備 發(fā)展與延伸。
＊生活變頻給水加壓設備優(yōu)點：
1）高效節(jié)能：
充分利用市政水源本身具有的壓力熱能，差地區(qū)補地區(qū)，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。
2）潔凈衛(wèi)生：
構成連續(xù)密閉的增壓供水方式， 保持了市政水源的國家水質衛(wèi)生標準，從根本上避免了增壓系統(tǒng)造成的水質標準降低和各種水源污染問題。
3）避免浪費：
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。
4）生活變頻給水加壓設備運行噪聲低：
生活變頻給水加壓設備系列產(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行工況。
5）生活變頻給水加壓設備設計了全密閉的、兼有緩沖作用和動態(tài)補償作用的水源箱罐，與目前市場所謂無負壓罐相比，更具有實際意義，并使控制系統(tǒng)得以簡化。
6）生活變頻給水加壓設備該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)充分總結了本公司及國內(nèi)外變頻給水設備的設計制造經(jīng)驗，采用規(guī)范通用的控制系統(tǒng)技術方案，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)品的終身售后服務奠定了良好基礎，不會因技術進步而導致售后服務問題。
7）生活變頻給水加壓設備該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)具有較高智能性，設計中充分考慮了機、電、儀協(xié)調(diào)配合，具有欲速則不達的檢測監(jiān)視和簡單方便的人機交互功能。具有全面的故障保護功能和對策，變頻器故障保護時，自動降級運行（成為工頻自動給水設備），自動系統(tǒng)故障時，還可手動操作應急備用，贏得維修時間。
8）生活變頻給水加壓設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界面、監(jiān)控計算機，可與各種控制網(wǎng)絡，通信網(wǎng)絡相接，適用于特殊、復雜的運行控制和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求。可為用戶開發(fā)配套監(jiān)控軟件。
＊生活變頻給水加壓設備適用范圍：
● 生產(chǎn)用水：供水量1～1300m3/h
● 生活用水：可供1～120000戶居民用水
● 消防用水：可用于1～3類建筑物的消防用水
＊生活變頻給水加壓設備訂貨須知：
◆ 本產(chǎn)品的工作介質應為4～60℃清水。
◆ 用戶可根據(jù)使用條件參數(shù)（用水量、用水壓力等）選擇給水裝置型號，也可由我廠協(xié)助選型。
◆ 本產(chǎn)品標準結構是灌注式（貯水箱與裝置并列），若需要吸上式結構（貯水箱在裝置的下方），訂貨時 須特殊申明。
◆ 貯水箱由用戶自備。
◆ 用戶安裝調(diào)試設備時若有需要，我公司可提供技術指導。
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