變頻調(diào)速泵在隔膜式氣壓給水設(shè)備和消防系統(tǒng)中的應(yīng)用
變頻調(diào)速泵在隔膜式氣壓給水設(shè)備和消防系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步，又因?yàn)樽冾l器所具有的高，效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能源，而且通過發(fā)揮其理想的控制特性，隔膜式氣壓給水設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和隔膜式氣壓給水設(shè)備各有其特點(diǎn)，在節(jié)能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文就是對變頻調(diào)速泵在智能建筑中給水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用作以探討。
1、變頻調(diào)速的基本原理由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。對于用水經(jīng)常變化的場合，采用變頻調(diào)速泵供水，可以顯著降低節(jié)流損耗，具有明顯的節(jié)能效果。按用途建筑給水分為生活(生產(chǎn))給水和消防給水二大類。在生活給水系統(tǒng)中采用變頻泵調(diào)速控制，具有節(jié)能，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。在隔膜式氣壓給水設(shè)備中對穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí) 采用變頻控制較好，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下：n=60f(1—s)／p其中:n——每分鐘的轉(zhuǎn)速；f——交流電的頻率；s——轉(zhuǎn)差率；p——磁極對數(shù)。
在三相電動機(jī)中對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率、電動機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)。以往人們通過對電機(jī)的極數(shù)變化來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，很少采用頻率調(diào)節(jié)，但隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過調(diào)整電機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)差率調(diào)速方便得多，效果也好得多。所以現(xiàn)在，一般我們對三相交流電動機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍越來越廣。以下是其在智能建筑中的一些應(yīng)用。
2、變頻器在隔膜式氣壓給水設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用在智能建筑日益增多的今天，供水問題成為業(yè)主比較關(guān)心的問題，所以變頻恒壓自動供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設(shè)中往往需要建設(shè)一個(gè)二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設(shè)計(jì)時(shí)往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。與空調(diào)水泵控制不同，恒壓供水自動控制系統(tǒng)通過壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號進(jìn)行變頻控制。這樣變頻恒壓水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40%。與可編程控制器結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動，具有欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命。下面以某市寶典大廈供水系統(tǒng)為例介紹其原理。
大廈恒壓供水采用三臺水泵,其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著調(diào)節(jié)器輸出給變頻器控制信號的變化而改變，以保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。用水量大時(shí)，變頻器輸出頻率升高；用水量小時(shí)，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))仍不能滿足供水需要時(shí)，則PLC自動將1#泵切換到工頻運(yùn)行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運(yùn)行，2#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，如果2#泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí)仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運(yùn)行，3#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，依此規(guī)律逐個(gè)投入運(yùn)行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運(yùn)行方式，3#處于變頻運(yùn)行工作方式時(shí)，如果此時(shí)用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限時(shí)，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將3#泵停止運(yùn)行。同樣，3#泵停機(jī)后，如果此時(shí)供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將2#泵停止運(yùn)行，依此類推。如果此時(shí)用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動將2#泵由變頻器供電運(yùn)行……，所有水泵電機(jī)從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機(jī)帶來機(jī)械沖擊，保證了管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，滿足了大廈的正常供水。
3、變頻器在消防泵巡檢柜中的應(yīng)用在隔膜式氣壓給水設(shè)備系統(tǒng)中，平時(shí)消防管網(wǎng)由增壓、穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，啟動主消防泵立即可以提供規(guī)定壓力和流量的消防用水。按我國消防規(guī)范，水消防的延續(xù)時(shí)間， 至長按3小時(shí)考慮，因此主消防泵的節(jié)能問題可不予考慮，因而也無必要采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。眾所周知，發(fā)生火災(zāi)是突發(fā)的事件，在一般情況下是不會發(fā)生的，變頻器是一種電子器件，如果采用變頻器控制主消防泵變頻調(diào)速，消防泵變頻器長期備而不用，在發(fā)生火災(zāi)使用時(shí)反而容易發(fā)生故障，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個(gè)重要問題是消防備用泵的自動投入控制問題。此外，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會降低可靠性，增加造價(jià)。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應(yīng)提高。綜上所述，對于消防泵而言，從節(jié)能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮，無必要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調(diào)速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對消防泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有消防需要時(shí)，消防水泵不能正常起動，貽誤火災(zāi)的撲救。所以現(xiàn)在我們一般對消防泵進(jìn)行自動巡檢，即通過消防泵控制柜內(nèi)的巡檢電路讓消防泵每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次自啟動，巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。但在正?；馂?zāi)情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動、星三角或自藕降壓方式啟動，以滿足消防要求，且消防狀態(tài)時(shí)所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動方式。
按我國消防規(guī)范，消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調(diào)速泵 須是其中較大的一臺泵，其余并聯(lián)泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。
4、結(jié)論
通過以上分析，我們知道變頻器在智能建筑中的應(yīng)用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過程中使用變頻器在智能建筑電氣自動控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會。變頻器在智能建筑中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣泛的應(yīng)用?？梢韵嘈?，它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會越來越廣泛，將會給國家和個(gè)人帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
隔膜式氣壓給水設(shè)備的產(chǎn)生
隨著我國城市化水平的提高，城市人口急劇增加，居民小區(qū)不斷建設(shè)且樓房層數(shù)越來越高，使原來自來水管網(wǎng)壓力出現(xiàn)不足，很多城市普遍存在著用水高峰期高層樓房上不去水的現(xiàn)象，導(dǎo)致高層居民用水難。目前，一般的解決辦法是修建水池或水箱，通過水泵二次加壓供水。
為解決此類問題，當(dāng)前均采用先進(jìn)的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)，此變頻恒壓供水系統(tǒng)可直接與自來水管網(wǎng)串接，通過負(fù)壓消除器和穩(wěn)壓平衡器保護(hù)自來水管網(wǎng)不形成負(fù)壓，避免了修建混凝土蓄水池或設(shè)水箱的麻煩。此設(shè)備充分利用了自來水管網(wǎng)的原有壓力，在原有壓力的基礎(chǔ)上疊加一部分壓力，差多少，補(bǔ)多少，使二次加壓設(shè)備的選型減小，節(jié)省投資，同時(shí)在使用過程中也可大大節(jié)能，是目前較先進(jìn)較新的自來水二次供水設(shè)備方式。
隔膜式氣壓供水設(shè)備概述
隔膜式氣壓供水設(shè)備系列全自動變頻供水設(shè)備，是把電機(jī)變頻技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域的新一代供水裝置。它是水塔、高位水箱、壓力罐供水裝置的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。具有節(jié)省電能，節(jié)約投資，不需要維護(hù)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，是未來供水設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品。我公司開發(fā)的變頻柜還可應(yīng)用在各行業(yè)需要電機(jī)調(diào)整設(shè)備上，具有明顯調(diào)整精度和節(jié)能效果，如提升機(jī)和通風(fēng)機(jī)安裝變頻柜是較好速度和風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。
隔膜式氣壓供水設(shè)備工作原理：
1、水泵的近水口與穩(wěn)壓補(bǔ)償器相連，監(jiān)測控制微機(jī)時(shí)刻監(jiān)測穩(wěn)壓補(bǔ)償器內(nèi)的壓力，通過控制負(fù)壓瀉壓器來穩(wěn)定穩(wěn)壓補(bǔ)償器和自來水近水的壓力，使之不產(chǎn)生負(fù)壓，從而確保自來水管網(wǎng)的正常供水。
2、當(dāng)自來水的壓力低于用戶所需的壓力時(shí)，監(jiān)測控制微機(jī)自動控制加壓水泵變頻軟啟動運(yùn)行，直到水泵出水總管的實(shí)際壓力與設(shè)定用戶壓力相等時(shí)，監(jiān)測控制微機(jī)才控制加壓水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)以保持實(shí)際壓力與設(shè)定用戶壓力相同。自來水的壓力越高，加壓水泵的轉(zhuǎn)速就越低，自來水的壓力越低，加壓水泵的轉(zhuǎn)速就越高，當(dāng)自來水的壓力與設(shè)定用戶壓力相等時(shí)，加壓水泵就停止工作。即在傳統(tǒng)變頻供水節(jié)能的基礎(chǔ)上又充分利用了自來水管網(wǎng)原有的壓力，差多少，補(bǔ)多少，進(jìn)一步節(jié)能。
3、自來水停水，設(shè)備自動停機(jī)，來水自動開機(jī)，停電自行恢復(fù)自來水常壓供水。
無負(fù)壓變頻高層供水設(shè)備控制系統(tǒng)監(jiān)測控制微機(jī)------是我公司專為無負(fù)壓變頻高層供水而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的EG-04A工業(yè)專用微機(jī)，配備日本LCD彩色液晶工業(yè)顯示器，防水薄膜觸摸鍵盤。避免了其它產(chǎn)品使用普通微機(jī)帶來的工作不穩(wěn)定，使用壽命短的缺陷。
隔膜式氣壓給水設(shè)備產(chǎn)品分類
1)、按壓力工況分：分為變壓式和定壓式兩類。
2)、按罐體結(jié)構(gòu)形式分：分為立式、臥式和球形三類。
3)、按設(shè)計(jì)壓力分：
低壓0.40、0.60MPa；
中壓0.80、1.00MPa；
高壓1.20MPa；
過高壓1.58MPa。
4)、按組合形式分：分為單體式、組合式和整體式三類。
5)、按用途分：分為生活用氣壓給水設(shè)備、生產(chǎn)用氣壓給水設(shè)備和消防用氣壓給水設(shè)備。
6)、其他型式氣壓給水設(shè)備。
(1)氮?dú)忭攭菏较澜o水設(shè)備。
(2)氣壓水罐與變頻調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行給水設(shè)備。
3、氣壓給水設(shè)備的其它應(yīng)用
1)、穩(wěn)壓設(shè)備，用于維持系統(tǒng)的消防壓力，不起供水作用。
2)、密閉式膨脹水箱。
3)、農(nóng)田灌溉。
4)、水錘防護(hù)。
5)、引水筒，亦稱真空罐、引水罐、自動引水裝置。
6)、氣壓沖洗水箱。
7)、人工造浪。
隔膜式氣壓供水設(shè)備是水源都是從蓄水池中來，這樣自來水的壓力就被卸掉了，而且蓄水池需要二次消毒設(shè)備。無負(fù)壓給水設(shè)備系直接利用自來水管網(wǎng)壓力的一種疊壓式供水方式，衛(wèi)生、節(jié)能、綜合投資小。安裝調(diào)試后，自來水管網(wǎng)的水首先進(jìn)入穩(wěn)流罐，并通過真空消除器將罐內(nèi)的空氣自動排除。當(dāng)安裝在設(shè)備出口的壓力傳感器檢測到自來水管網(wǎng)壓力滿足供水要求時(shí)，系統(tǒng)不經(jīng)過加壓泵直接供給；當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力不能滿足供水要求時(shí)，檢測壓力差額，由加壓泵差多少、補(bǔ)多少；當(dāng)自來水管網(wǎng)水量不足時(shí)，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐破壞罐內(nèi)真空，即可自動抽取穩(wěn)流罐內(nèi)的水供給，并且管網(wǎng)內(nèi)不產(chǎn)生負(fù)壓。
隔膜式氣壓供水設(shè)備介紹
中贏在變頻恒壓供水設(shè)備基礎(chǔ)上開發(fā)了無負(fù)壓增壓供水設(shè)備，該設(shè)備充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對較小的水泵及控制設(shè)備，同時(shí)在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動水泵。相比較于傳統(tǒng)的帶水池的供水設(shè)備可節(jié)約大量的電能運(yùn)行成本及投資成本。
隔膜式氣壓供水設(shè)備采用水泵與自來水管網(wǎng)直接相連，用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲水裝置，采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓，在充分利用自來水管網(wǎng)直接相連，用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲水裝置，采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓，在充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了供水的二次增壓，該設(shè)備既實(shí)現(xiàn)了增加的目的（且絲毫不會影響管網(wǎng)其它用戶水），又節(jié)省建水池，水箱的投次，在保證管網(wǎng)水質(zhì)的同時(shí)（無二次污染），又可充分利用管網(wǎng)的原有水壓，其節(jié)能效果極其顯著，可達(dá)50％以上。
隔膜式氣壓供水設(shè)備無需建造水池、水箱，占有空間相對較少，節(jié)省設(shè)備的初期投資和節(jié)省了沖洗水池，給水池消毒的費(fèi)用。該設(shè)備為全封閉式結(jié)構(gòu)，真正消除供水二次污染，為綠色環(huán)保新型供水設(shè)備。
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