變頻調(diào)速技術(shù)在箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
變頻調(diào)速技術(shù)在箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、前言：
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)水泵是城市給水系統(tǒng)中最主要的耗能設(shè)備，根據(jù)對(duì)多個(gè)送水泵房中運(yùn)行水泵的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程小于水泵的銘牌揚(yáng)程，有的甚至相差30％以上。因此導(dǎo)致了水泵運(yùn)行效率降低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，電機(jī)時(shí)常超負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因除市政基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)具有超前性、水量預(yù)測(cè)偏大以外，選泵方法不合理、水泵搭配不當(dāng)也是重要原因之一。
目前給水管網(wǎng)大都為無水塔直供管網(wǎng)，現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定按最高日最高時(shí)流量來計(jì)算揚(yáng)程選泵，而在最高時(shí)以外的絕大多數(shù)工況下，其所需揚(yáng)程低于最高時(shí)計(jì)算揚(yáng)程。而當(dāng)最高時(shí)工況下的水泵工作點(diǎn)在高效區(qū)時(shí)，則水泵在平時(shí)大部分時(shí)間工況點(diǎn)將會(huì)移至高效區(qū)之外，從而水泵運(yùn)行效率較低，造成能量的浪費(fèi)。改進(jìn)的方法是選擇水泵時(shí)，其揚(yáng)程依據(jù)主要應(yīng)以平均時(shí)用水量來計(jì)算揚(yáng)程，水泵臺(tái)數(shù)不宜太少且應(yīng)不同型號(hào)的水泵相互搭配。本文將通過實(shí)例來探討如何恰當(dāng)選用水泵降低能耗以適應(yīng)城市用水量變化的需求。
二、箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)實(shí)例：
某一水廠原設(shè)計(jì)供水能力10萬M3/日，送水泵房選用5臺(tái)單級(jí)雙吸中開式離心泵，分別為RDL500—790AIS水泵3臺(tái)，水泵揚(yáng)程57.5M，流量3084M3/h，配用電機(jī)功率630KW；14sh—9B水泵2臺(tái)，水泵揚(yáng)程55M，流量1080M3/h，水泵效率78％，配用電機(jī)功率250KW；目前城市實(shí)際需水量在2.6－－-3.6萬M3/日之間，小時(shí)流量在1600M3/h－－3000M3/h之間，水泵出口壓力在0.4MPa左右，時(shí)流量在2000M3/h左右全年有8個(gè)月時(shí)間。
1、存在問題：由于原設(shè)計(jì)水量偏大，目前平時(shí)一般是開1臺(tái)小的水泵即14SH—9B即可滿足需求，由于原設(shè)計(jì)水泵揚(yáng)程偏高，實(shí)際需求揚(yáng)程較低（出廠壓力0.40MPa），當(dāng)水泵出口閥門全部打開管網(wǎng)壓力低時(shí)，水泵小時(shí)流量可達(dá)到1600M3/h，產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，水泵效率嚴(yán)重偏離高效區(qū)，并且電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，電機(jī)發(fā)熱，極易發(fā)生燒壞電機(jī)現(xiàn)象。當(dāng)需水量達(dá)到1700－－2000M3/h時(shí)，就必須開2臺(tái)小的14SH—9B水泵，這時(shí)2臺(tái)水泵全部要關(guān)小出口閥門的辦法來進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，以滿足管網(wǎng)壓力需求，這時(shí)2臺(tái)水泵效率極低，大量的能量消耗在閥門上，并且閥門損壞嚴(yán)重。
2、解決問題的辦法：首先我們對(duì)14SH—9B進(jìn)行改造，在不更換原有電機(jī)的前提下，重新選用1臺(tái)KQSN400-N13水泵揚(yáng)程45M，流量1632M3/h，水泵效率87％，這樣平時(shí)開1臺(tái)水泵即可滿足用水需求，并且水泵也能運(yùn)行在高效區(qū)；再次對(duì)原來大的RDL500-790AIS水泵進(jìn)行改造(此水泵沒有安裝配套電機(jī))，更換1臺(tái)KQSN600-M13水泵揚(yáng)程42M，流量2980M3/h，水泵效率85％，配用電機(jī)450KW，并且在此機(jī)組上安裝變頻調(diào)速裝置，以適應(yīng)各種用水量變化的需求，通過以上改造，完全可以適應(yīng)今后3－－5年內(nèi)城市用水變化的需求。
水泵不同組合適應(yīng)不同用水需求情況
序號(hào)
水泵型號(hào)
額定出水量(M3/h)
實(shí)際出水量(M3/h)
需求水量(M3/h)
水泵組合情況
備注
1#
14SH-9B
1080
1200-1600
1200-1600
1#
2#
KQSN400-N13
1632
1600-2200
1600-2200
2#
3#
KQSN600-M13
2980
1700-3400
1700-3400
3#
安裝調(diào)速裝置
3400-4500
2#+3#
KQSN600－－M13型水泵性能曲線圖
N400-N13型水泵性能曲線圖
3、箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)能量消耗計(jì)算：
依據(jù)供水水量的不同，在揚(yáng)程40M的條件下，根據(jù)水泵的性能曲線，電機(jī)效率按92％計(jì)算，按照公式W＝QH/102η(KWh) 分別計(jì)算改造前后水泵的單耗，計(jì)算結(jié)果見表，從表中可以看出改造前后的效果。
式中 Q——泵站出水量(L/s)；
H——水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程(M)；
η——水泵綜合效率，η=η1·η2
η1——水泵運(yùn)行效率；
η2——水泵電機(jī)效率；
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)水泵機(jī)組改造前后能量消耗比較
用水量需求（M3/h)
1200-1600
1600-2200
1700-3400
改造前
水泵型號(hào)
14SH-9B
14SH-9B+14SH-9B
14SH-9B+14SH-9B
配用電機(jī)(KW)
250
250+250
250+250
其中KQSN600-M13更改為調(diào)速
單位電耗(KWH/M3)
0.164
0.312
0.299
改造后
水泵型號(hào)
KQSN400-N13
KQSN400-N13
KQSN600-M13
配用電機(jī)(KW)
250
250
450
單位電耗(KWH/M3)
0.141
0.143
0.143
三、結(jié)論
根據(jù)以上計(jì)算分析結(jié)果，提出如下合理選擇水泵的原則：
1、目前我國(guó)絕大多數(shù)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)均不設(shè)水塔，由泵站直接供應(yīng)滿足用戶用水需求，為了適應(yīng)不同用水量的需求，選用水泵臺(tái)數(shù)不宜太少，且應(yīng)大小型號(hào)水泵合理搭配，實(shí)行階梯式供水，以保證城市用水需求。
2、采用大小型號(hào)水泵搭配，小型號(hào)水泵流量應(yīng)為大泵流量的40％～60％，太小或太大都會(huì)使水泵不同組合間的水量階梯不均勻，從而降低水泵運(yùn)行效率。
3、在可能的情況下對(duì)電機(jī)盡量采用調(diào)速裝置，并且調(diào)速裝置應(yīng)安裝在較大的機(jī)組上，調(diào)速的范圍應(yīng)控制在60％－－100％之間。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)概述
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)是在組合式不銹鋼水箱和變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上開發(fā)研制的，并加裝防負(fù)壓、防倒流、防水質(zhì)惡化等控制裝置。該設(shè)備與普通的變頻供水設(shè)備和無負(fù)壓供水設(shè)備相比，具有節(jié)能顯著、噪音低、占少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是目前最先進(jìn)的供水模式。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)是在原有的變頻恒壓供水設(shè)備與無負(fù)壓供水設(shè)備基礎(chǔ)上升級(jí)開發(fā)而來的第七代品，它由不銹鋼水箱、專用水泵、智能變頻控制柜、無負(fù)壓裝置、增壓裝置、引水裝置和穩(wěn)壓罐等組成，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)與電機(jī)泵組合的新型的機(jī)電一體化供水設(shè)備。以滿足城市供水管網(wǎng)中，抽水時(shí)既不產(chǎn)生負(fù)壓，又有一定的調(diào)蓄能力，高峰期間不斷水停水的要求。采用微機(jī)控制變頻泵以一恒定的轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)行利用自來水原有的壓力能確保用戶所需要的壓力恒定。具有節(jié)能、環(huán)保、噪音低、供水壓力恒定等優(yōu)點(diǎn)。
主要技術(shù)指標(biāo)增壓壓力范圍、流量和節(jié)能指標(biāo)，均高于國(guó)內(nèi)其他報(bào)道的產(chǎn)品，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具新穎性，總體水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際先進(jìn)水平，因此，在市場(chǎng)上具有極大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。歸納的說，智能化箱式無負(fù)壓供水設(shè)備設(shè)備主要特點(diǎn)是保護(hù)管網(wǎng)壓力、調(diào)節(jié)峰值用水，節(jié)能、安全、環(huán)保、供水高品質(zhì)(解決了二次供水污染)和低噪音。
隨著二次供水加壓技術(shù)的發(fā)展，箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)從根本上解決了這些問題。據(jù)“供水設(shè)備推廣中心”的資料顯示，箱式無負(fù)壓供水設(shè)備不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)能與自來水自動(dòng)并網(wǎng)，停電后仍可供水，調(diào)試后數(shù)年不需看管。比建造水塔節(jié)約投資70%，比建造高位水箱節(jié)約投資60%，大大節(jié)約土建投資。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)廣泛用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)及農(nóng)村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。供水戶在20－2000戶。日供水量在20－50000m3，供水高度達(dá)150米，即50層樓房。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)工作原理
當(dāng)公共供水管網(wǎng)≤0.2Mpa時(shí)(可自由設(shè)定0.2—0.4Mpa)無負(fù)壓裝置關(guān)閉，無負(fù)壓進(jìn)水裝置打開，由水箱供水，反之當(dāng)公共供水管網(wǎng)壓力≥0.2Mpa時(shí)，延時(shí)10分鐘(時(shí)間可調(diào)整)無負(fù)壓裝置打開無負(fù)壓進(jìn)水裝置關(guān)閉，由公共供水管網(wǎng)供水。無負(fù)壓水箱內(nèi)存儲(chǔ)的水通過智能控制每6小時(shí)循環(huán)一次確保水質(zhì)新鮮、純凈。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)的變頻泵以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，利用自來水原有的壓力實(shí)現(xiàn)疊加能確保用戶所需的壓力和壓力恒定。無負(fù)壓水箱變頻泵的進(jìn)水口與無負(fù)壓裝置和無負(fù)壓進(jìn)水裝置連接，通過無負(fù)壓裝置的開啟與停止達(dá)到自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓在無負(fù)壓裝置起停的同時(shí)?無負(fù)壓進(jìn)水裝置會(huì)做出與無負(fù)裝置相反的動(dòng)作。
自來水管網(wǎng)停水無負(fù)壓裝置自動(dòng)關(guān)閉，水箱的無負(fù)壓進(jìn)水裝置自動(dòng)打開由水箱供水。當(dāng)水箱液位低至一定程度時(shí)，無負(fù)壓進(jìn)水裝置自動(dòng)關(guān)閉，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，復(fù)電時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)具體說明
1.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(shí)，可通過智能控制，當(dāng)水箱水位低于一定液位時(shí)，再打開電磁閥從管網(wǎng)中放水，此時(shí)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(duì)管網(wǎng)壓力是一個(gè)很好的保護(hù)作用。
2.配置獨(dú)特：“供水設(shè)備推廣中心”所介紹的設(shè)備，都是引領(lǐng)供水設(shè)備發(fā)展的前沿，均采用引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，并結(jié)合專用泵。它用水冷式電機(jī)、水冷式軸承、全封閉絕對(duì)滴水不漏，噪音低于50分貝，防止水箱空間小，常規(guī)電機(jī)發(fā)熱而燒壞電機(jī)和設(shè)備。
3.運(yùn)行可靠性：當(dāng)用水高峰時(shí)，或自來水停水時(shí)，由水箱供水，大大提高用戶用水的可靠性，完全符合自水供水規(guī)范。
4.環(huán)保無污染：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(jí)不銹鋼材料，密封供水，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，衛(wèi)生環(huán)保。
5.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(shí)，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(bǔ)多少充分利用余壓節(jié)約電能，節(jié)能效果顯著。
箱式無負(fù)壓給水系統(tǒng)適用范圍
1.適用地域范圍：適用于城市管網(wǎng)壓力較充足的地區(qū)加壓給水
2.適用工程類型：工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水、自來水廠的大型給水中間加壓泵站
3.適用工程部位：給水二次加壓系統(tǒng)
4.其它適用范圍：新建、改建、擴(kuò)建住宅樓、辦公樓、賓館、飯店等公共建筑生活用水
5.使用單位類型：設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位
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