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專家簡述二次供水機(jī)組的一種設(shè)計(jì)方法

1 引言

      各類用水部門由于供水系統(tǒng)的水壓力不足而引起的生活、消防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌等供水問題是經(jīng)常發(fā)生的事情?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展為解決這些問題創(chuàng)造了良好的條件。過去常采用的水泵、水塔、水箱等供水方式，由于存在供水壓力和流量不能調(diào)節(jié)、而且投資大、控制能力差、管理難度大、電力損耗高、設(shè)備易損等缺點(diǎn)。目前采用的最先進(jìn)變頻調(diào)速二次供水機(jī)組克服了以上供水方式存在的缺點(diǎn)，采用自動(dòng)變壓、變流供水后，供水壓力穩(wěn)定、出流保證率高、高效節(jié)能、自動(dòng)化程度高和管理簡便等優(yōu)越性，已廣泛地應(yīng)用在輕重工業(yè)、礦山、樓區(qū)生活、消防、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌技術(shù)等的供水系統(tǒng)中，本文為有效節(jié)約能源，推廣應(yīng)用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，簡要介紹城市樓群生活變頻調(diào)速二次供水機(jī)組的一種設(shè)計(jì)方法。

2 二次供水機(jī)組基本工作原理

      變頻調(diào)速二次供水機(jī)組由電器控制柜(內(nèi)有變頻器、pid或plc控制器、電器控制系統(tǒng)、控制面板等)、水泵電機(jī)、各種閥門、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開關(guān)等組成。

      根據(jù)二次供水機(jī)組需要在控制器上（微型工控計(jì)算機(jī)）編程設(shè)定供水參數(shù)，系統(tǒng)通電運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)控制變頻器使電機(jī)軟啟動(dòng)，在運(yùn)行過程中，安裝在水泵出口處的壓力傳感器則檢測管網(wǎng)中的瞬時(shí)壓力,并將壓力傳換為電信號傳送到控制器，經(jīng)微機(jī)分析運(yùn)算后控制變頻器，使變頻器改變工作頻率控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)供水流量。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，按用戶最大需水量(小時(shí)計(jì))的多少選用水泵和電機(jī)的大小、多少來滿足生活、消防、生產(chǎn)、供熱、空調(diào)、灌溉等用途的供水需求。變頻調(diào)速器閉環(huán)控制系統(tǒng)

3 二次供水機(jī)組需水量計(jì)算

      需水量的計(jì)算由于用水部門和用水功能的不同，所考慮的因素也不同。需水量的計(jì)算就是估算用水單元每小時(shí)所必須保證的供水量，也就是每小時(shí)最大需水量，或者達(dá)到一定的保證率要求。設(shè)計(jì)二次供水機(jī)組用水量不但要考慮目前的需水量，而且也要考慮今后發(fā)展的需要。流量設(shè)計(jì)過大會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，從而增加成本，過小又不能滿足需水要求，造成生產(chǎn)和生活問題。所以合理設(shè)計(jì)供水能力是一個(gè)關(guān)捷問題。這里舉例說明（一個(gè)單位）500戶辦公居民樓群(包括新建樓房和以后擴(kuò)建項(xiàng)目的供水)每小時(shí)供水量的計(jì)算方法，計(jì)算步驟如下：

（1）生活用水量計(jì)算

根據(jù)表１住宅樓區(qū)生活用水標(biāo)準(zhǔn)與樓區(qū)的實(shí)際情況采用每人每天用水量按150升計(jì)，(換算單位后每人每天用水量0.15m3/日.人)，按居民區(qū)用水高峰時(shí)間計(jì)算生活區(qū)用水量，采用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，計(jì)算得生活區(qū)每小時(shí)最大需水量為43.5m3/h。

q = k×q×r

式中： q =生活區(qū)每小時(shí)用水量；

q =生活用水量標(biāo)準(zhǔn)(m3/日.人）;

r =生活區(qū)用水住戶的戶數(shù)；

k =采用系數(shù)0.58。

（2）公共用水量估算

公共用水量主要包括辦公、環(huán)境衛(wèi)生、食堂、招待所、熱水、空調(diào)、鍋爐及綠化等,估算為每小時(shí)8.0m3/h。公共用水一般在生活用水的低峰階段。

（3）消防用水量計(jì)算

按國家消防規(guī)范規(guī)定，室外消火栓用水流量15l/s，室內(nèi)消火栓用水流量10l/s，按15l/s計(jì)，則計(jì)算每小時(shí)消防需用水量54m3/h。

以上三項(xiàng)合計(jì)用水量105.5m3/h，考慮到用水的時(shí)空分布，小區(qū)用戶的相互隨機(jī)調(diào)節(jié)作用與消防時(shí)自動(dòng)切換消防優(yōu)先功能，實(shí)際設(shè)計(jì)采用每小時(shí)供水流量54m3/h即可滿足本小區(qū)（單位）用水量要求。

小區(qū)供水量理論設(shè)計(jì)供水量：105.5m3/h；設(shè)計(jì)供水量：54m3/h；實(shí)際供水量：約0～30m3/h。設(shè)計(jì)最大程度節(jié)約了成本。

4 二次供水機(jī)組高程設(shè)計(jì)

      高程設(shè)計(jì)包括兩部分:一為實(shí)際高程，及水泵取水水位高程與供水的最高高程的差；二為特殊情況下(如消防)要求水壓時(shí)需要修正的高程(m)。例如上例中，實(shí)際高程是25m，消防需要加大壓力,以利于高層樓房的消防，故設(shè)計(jì)高程時(shí)在實(shí)際高程中增加5～10m左右。這里增加5m則設(shè)計(jì)高程采用30m。

5 二次供水機(jī)組選擇

選擇設(shè)備很重要，各項(xiàng)參數(shù)必須滿足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量要好，維修管理要方便。按照上例設(shè)計(jì)再考慮一定規(guī)模的20年發(fā)展預(yù)期，選擇設(shè)備如下：

（1）水泵的選型第一要考慮揚(yáng)程要滿足設(shè)計(jì)高程的需要，這里選擇50lgx2型水泵，其揚(yáng)程60m，出水量24m3/h，為滿足要求采用3臺(tái)，合計(jì)總出水量72m3/h。

（2）電機(jī)選擇3臺(tái)功率5.5kw，轉(zhuǎn)速2900r/min。電機(jī)軸功率p與水泵流量q及揚(yáng)程h之間的關(guān)系如下式:

p(kw)=qh/102 

p=54×30/102=15.9kw

式中: p =軸功率(kw);

q =流量(m3/h);

h =揚(yáng)程(m)。

（3）變頻器型號很多，生產(chǎn)廠家也多，規(guī)格表示各有差異。這里舉例選擇swsⅱ72-30全自動(dòng)變頻調(diào)速生活（生產(chǎn)）、消防兩用給水設(shè)備。其出水量每小時(shí)72m3/h，揚(yáng)程60m。設(shè)備流程如圖２所示。

（4）變頻調(diào)速供水系統(tǒng)管網(wǎng)最低水壓 

6 二次供水機(jī)組主要特點(diǎn)

（1）適用范圍

      變頻調(diào)速二次供水機(jī)組可以應(yīng)用在城鎮(zhèn)自來水廠、城鎮(zhèn)規(guī)劃小區(qū)生活供水、多層民用建筑的生活及消防給水、工業(yè)生產(chǎn)給水、原有供水系統(tǒng)改造、鍋爐定壓補(bǔ)水、空調(diào)給水、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌供水等給水。

（2）高效節(jié)能

      因?yàn)槭枪┧銐?、變壓變流給水方式，所以水泵始終在滿足用戶壓力與流量要求的條件下運(yùn)行，較恒速泵給水方式可節(jié)電20～50%。

（3）管理方便

      變頻調(diào)速器的控制系統(tǒng)采用了高性能數(shù)字pid微機(jī)調(diào)節(jié)器和plc可編程序控制器，配備了壓力水位傳感器，因而組成了反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，操作簡單方便，除定期巡視之外，不需要專人管理。

（4）功能齊全

      整套二次供水機(jī)組可供生活、生產(chǎn)、消防共用，亦可供生活、生產(chǎn)、消防專用。各臺(tái)水泵根據(jù)用水量可自動(dòng)投入運(yùn)行、變速、仃止、先啟后仃、后啟先仃、自動(dòng)循環(huán)平衡，有自動(dòng)故障報(bào)警裝置。平時(shí)使用為生活供水，一般1～2個(gè)機(jī)組工作，遇火警時(shí)，設(shè)備自動(dòng)上升至消防供水，三個(gè)機(jī)組同時(shí)工作，來滿足消防需要。水泵工作到警戒水位時(shí)可自動(dòng)仃機(jī)，恢復(fù)水位后可自動(dòng)啟動(dòng)。供水水池是在沒有自來水壓力保障的情況下需要設(shè)計(jì)，自來水壓力有保障時(shí)不需要設(shè)計(jì)供水水池。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有手動(dòng)功能，為試機(jī)及維修排除故障而不仃止供水提供了方便。壓力調(diào)節(jié)范圍0～2mpa，精度<0.01mpa。

（5）安全可靠

      二次供水機(jī)組具有電壓不足、過壓、過載、過流、短路、過熱、失速等項(xiàng)自動(dòng)保護(hù)功能及報(bào)警裝置。工作環(huán)境溫度可在-10℃～＋40℃，相對濕度可在≤90%（不結(jié)露）。水泵電機(jī)因均采用軟啟動(dòng)，無沖擊電流，能延長設(shè)備使用壽命，供水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，而且節(jié)約能源。由于采用了三臺(tái)電機(jī)水泵設(shè)備，所以維修十分方便。