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簡述變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的一種設(shè)計方法

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,。科學(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。目前采用的最先進(jìn)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)克服了以上供水方式存在的缺點,，采用自動變壓,、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)速供水系統(tǒng)的一種設(shè)計方法。 

2 變頻供水系統(tǒng)工作原理

　　變頻調(diào)速供水系統(tǒng)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)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需要在控制器上(微型工控計算機(jī))編程設(shè)定供水參數(shù),，系統(tǒng)通電運行時,，自動控制變頻器使電機(jī)軟啟動，在運行過程中,，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)到自動穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)供水流量,。在設(shè)計系統(tǒng)時,，按用戶最大需水量(小時計)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)方框圖如圖1所示: 

3 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需水量計算

　　需水量的計算由于用水部門和用水功能的不同,，所考慮的因素也不同,。需水量的計算就是估算用水單元每小時所必須保證的供水量，也就是每小時最大需水量,，或者達(dá)到一定的保證率要求,。設(shè)計供水系統(tǒng)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)計過大會造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費，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)計供水能力是一個關(guān)捷問題,。這里舉例說明（一個單位）500戶辦公居民樓群(包括新建樓房和以后擴(kuò)建項目的供水)每小時供水量的計算方法,，計算步驟如下：

（1）生活用水量計算

　　根據(jù)表一住宅樓區(qū)生活用水標(biāo)準(zhǔn)與樓區(qū)的實際情況采用每人每天用水量按150升計，(換算單位后每人每天用水量0.15 m3/日.人),，按居民區(qū)用水高峰時間計算生活區(qū)用水量,，采用下列經(jīng)驗公式計算，計算得生活區(qū)每小時最大需水量為43.5 m3/h,。

（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）消防用水量計算

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

　　以上三項合計用水量105.5 m3/h,，考慮到用水的時空分布，小區(qū)用戶的相互隨機(jī)調(diào)節(jié)作用與消防時自動切換消防優(yōu)先功能,，實際設(shè)計采用每小時供水流量54 m3/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)計供水量：105.5m3/h；設(shè)計供水量：54m3/h,；實際供水量：約0～30m3/h,。設(shè)計最大程度節(jié)約了成本。

4 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)高程設(shè)計

　　高程設(shè)計包括兩部分:一為實際高程,，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)要求水壓時需要修正的高程(m)。例如上例中,，實際高程是25米,，消防需要加大壓力,以利于高層樓房的消防，故設(shè)計高程時在實際高程中增加5~10米左右,。這里增加5米則設(shè)計高程采用30米,。

5 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)選擇

選擇設(shè)備很重要，各項參數(shù)必須滿足設(shè)計要求,，質(zhì)量要好,，維修管理要方便。按照上例設(shè)計再考慮一定規(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程要滿足設(shè)計高程的需要,，這里選擇50LGx2型水泵，其揚程60米,，出水量24 m3/h,，為滿足要求采用三臺，合計總出水量72m3/h,。

（2 ）電機(jī)選擇三臺功率5.5kW,，轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分。電機(jī)軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間的關(guān)系如下式:

　　P (kW)=Q H／102 

　　p = 54×30／102 = 15.9 kW

式中：P = 軸功率(kW),；

　　　Q = 流量(m3/h),； 

　　　H = 揚程(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72m3/h，揚程60米。設(shè)備流程如圖二所示:

6 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)主要特點

（1） 適用范圍

　　變頻調(diào)速供水系統(tǒng)可以應(yīng)用在城鎮(zhèn)自耒水廠,、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

　　因為是供水恒壓、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)自動控制系統(tǒng)，自動化程度高,，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,。各臺水泵根據(jù)用水量可自動投入運行、變速,、仃止,、先啟后仃、后啟先仃,、自動循環(huán)平衡,，有自動故障報警裝置。平時使用為生活供水,，一般1～2個機(jī)組工作,，遇火警時，設(shè)備自動上升至消防供水,，三個機(jī)組同時工作,，來滿足消防需要。水泵工作到警戒水位時可自動仃機(jī)，恢復(fù)水位后可自動啟動,。供水水池是在沒有自來水壓力保障的情況下需要設(shè)計,，自來水壓力有保障時不需要設(shè)計供水水池。系統(tǒng)設(shè)計有手動功能,，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

　　變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有電壓不足,、過壓、過載,、過流,、短路、過熱,、失速等項自動保護(hù)功能及報警裝置,。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,，無沖擊電流，能延長設(shè)備使用壽命,，供水系統(tǒng)運行安全可靠,，而且節(jié)約能源。由于采用了三臺電機(jī)水泵設(shè)備,，所以維修十分方便