變頻給水加壓設(shè)備在小區(qū)供水中的運行特征和經(jīng)濟(jì)效益
變頻給水加壓設(shè)備在小區(qū)供水中的運行特征和經(jīng)濟(jì)效益
1、變頻給水加壓設(shè)備概述
變頻給水加壓設(shè)備控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成 控制系統(tǒng)，進(jìn)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(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。變頻給水加壓設(shè)備系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進(jìn)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(jī)的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。
隨著電力電子技術(shù)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(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)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(yīng)用，使得交流異步電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場巨大的技術(shù)革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)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(jì)運行的手段。
2、變頻給水加壓設(shè)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(guān)系：
ΔP=KQ2；
式中K一為系數(shù)
設(shè)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(yīng)按下式關(guān)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(shè)備的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)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(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(shè)定的信號進(jìn)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(shè)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(zhì)量。
3、變頻給水加壓設(shè)備運行特征
以三臺水泵的變頻給水加壓設(shè)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(jìn)入變頻運行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)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(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1／3Qmax
當(dāng)外供水量減少至1/3Qmax
4、變頻給水加壓設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點
4．1經(jīng)濟(jì)效益分析
變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n1三者的關(guān)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(zhuǎn)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(shè)備系統(tǒng)優(yōu)點
(1)變頻給水加壓設(shè)備技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。
(3)因?qū)崿F(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(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速時間加速，避免電動機(jī)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(jī)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(zhuǎn)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(jì)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(shè)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(shè)備，其設(shè)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(jié)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(shè)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(shù)產(chǎn)品。它集變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)、PID控制技術(shù)，壓力傳感技術(shù)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(shè)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(shè)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(jī)的轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(shè)備原理對于規(guī)模較小的管網(wǎng)這種供水方案的經(jīng)濟(jì)性能很好。不需要任何其他設(shè)備或措施。
生活變頻給水加壓設(shè)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?？朔怂畨核康牟环€(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(jìn)入屋頂水箱。當(dāng)壓力或水量不足時。水箱靠重力自動向用戶供水。物理結(jié)構(gòu)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(shè)一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進(jìn)入水箱停留這一步驟。
＊生活變頻給水加壓設(shè)備主要特點:
■ 采用微機(jī)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(shè)備的可靠性。
■ 能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)軟啟動，大大減少啟動負(fù)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(shè)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(shè)有斷相、過壓、過流、過載、失速及無水等各種保護(hù)功能及故障顯示和報警裝置。
■ 設(shè)備占地面積和高度較小，靈活機(jī)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(shè)備的主要構(gòu)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(jìn)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(hù)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(jī)容量提高兩個檔次，例如7.5KW電機(jī)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(guān)為正泰集團(tuán)產(chǎn)品
＊生活變頻給水加壓設(shè)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(jìn)水壓力及水位。當(dāng)管網(wǎng)壓力下降加壓泵從水箱取水時，可通過智能控制，當(dāng)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(hù)作用。
運行可靠性：
當(dāng)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(jìn)。建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)控設(shè)備運轉(zhuǎn)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(yīng)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(luò)接軌，使客戶即使遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場，只要他身處無線移動通信網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地方，就可時時了解系統(tǒng)信息，利用手機(jī)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(yuǎn)程監(jiān)控。
環(huán)保無二次污染。
此成套設(shè)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(dāng)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(dāng)非高峰用水時，自來水壓力又達(dá)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(chǔ)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(shè)備亦用于改造原有老式泵房設(shè)備，改造后同樣可以達(dá)到高效節(jié)能、自動恒壓供水的目的。
生活變頻給水加壓設(shè)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(jī)的轉(zhuǎn)速(耗電量)，使設(shè)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(jī)構(gòu)成自動閉環(huán)控制，能在0.5秒內(nèi)使變化的壓力恢復(fù)正常，壓力調(diào)節(jié)精度為設(shè)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(shè)備相比節(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)約投資15%~60%。設(shè)備體積小，組裝、安裝調(diào)試方便，運輸及安裝工期短。保護(hù)功能全，運行安全可靠，操作方便生活變頻給水加壓設(shè)備主機(jī)采用進(jìn)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(hù)功能，無故障運用達(dá)10萬小時以上。設(shè)備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實用，設(shè)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(shè)備局部出現(xiàn)故障時，能啟用應(yīng)急功能繼續(xù)供水。設(shè)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(zhuǎn)換為高壓大流量供水，可一機(jī)多用。
＊生活變頻給水加壓設(shè)備講述：
生活變頻給水加壓設(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)保新型變頻給水設(shè)備 。目前通用的變頻恒壓供水，取消了地面水池，減少了水質(zhì)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(zhì)的污染也是一個問題。因此無負(fù)壓增壓變頻給水設(shè)備 將是變頻變頻給水設(shè)備 發(fā)展與延伸。
＊生活變頻給水加壓設(shè)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(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）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(shè)備運行噪聲低：
生活變頻給水加壓設(shè)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(shè)備設(shè)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(fù)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(shè)備該系列產(chǎn)品控制系統(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。
7）生活變頻給水加壓設(shè)備該系列產(chǎn)品控制系統(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。
8）生活變頻給水加壓設(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(shè)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(shè)備訂貨須知：
◆ 本產(chǎn)品的工作介質(zhì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是灌注式（貯水箱與裝置并列），若需要吸上式結(jié)構(gòu)（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(shè)備時若有需要，我公司可提供技術(shù)指導(dǎo)。
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