簡述變頻調速供水系統的一種設計方法

 

1 引言

　　各類用水部門由于供水系統的水壓力不足而引起的生活、消防、工業、農業節水微灌等供水問題是經常發生的事情?？茖W技術的發展為解決這些問題創造了良好的條件。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節、而且投資大、控制能力差、管理難度大、電力損耗高、設備易損等缺點。目前采用的最先進變頻調速供水系統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，供水壓力穩定、出流保證率高、高效節能、自動化程度高和管理簡便等優越性，已廣泛地應用在輕重工業、礦山、樓區生活、消防、農業節水微灌技術等的供水系統中，本文為有效節約能源，推廣應用變頻調速供水系統，簡要介紹城市樓群生活變頻調速供水系統的一種設計方法。 

2 變頻供水系統工作原理

　　變頻調速供水系統由電器控制柜(內有變頻器、PID或PLC控制器、電器控制系統、控制面板等)、水泵電機、各種閥門、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開關等組成。

　　根據變頻調速供水系統需要在控制器上(微型工控計算機)編程設定供水參數，系統通電運行時，自動控制變頻器使電機軟啟動，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中的瞬時壓力,并將壓力傳換為電信號傳送到控制器，經微機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的轉速，達到自動穩壓和調節供水流量。在設計系統時，按用戶最大需水量(小時計)的多少選用水泵和電機的大小、多少來滿足生活、消防、生產、供熱、空調、灌溉等用途的供水需求。變頻調速器閉環控制系統方框圖如圖1所示: 

 

3 變頻調速供水系統需水量計算

　　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，或者達到一定的保證率要求。設計供水系統用水量不但要考慮目前的需水量，而且也要考慮今后發展的需要。流量設計過大會造成不必要的經濟浪費，從而增加成本，過小又不能滿足需水要求，造成生產和生活問題。所以合理設計供水能力是一個關捷問題。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

　　根據表一住宅樓區生活用水標準與樓區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)，按居民區用水高峰時間計算生活區用水量，采用下列經驗公式計算，計算得生活區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、環境衛生、食堂、招待所、熱水、空調、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

　　按國家消防規范規定，室外消火栓用水流量15 L/s，室內消火栓用水流量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，小區用戶的相互隨機調節作用與消防時自動切換消防優先功能，實際設計采用每小時供水流量54 m3/h即可滿足本小區（單位）用水量要求。

　　小區供水量理論設計供水量：105.5m3/h；設計供水量：54m3/h；實際供水量：約0～30m3/h。設計最大程度節約了成本。

 

4 變頻調速供水系統高程設計

　　高程設計包括兩部分: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米則設計高程采用30米。

 

5 變頻調速供水系統選擇

選擇設備很重要，各項參數必須滿足設計要求，質量要好，維修管理要方便。按照上例設計再考慮一定規模的20年發展預期，選擇設備如下：

（1） 水泵的選型第一要考慮揚程要滿足設計高程的需要，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 ）電機選擇三臺功率5.5kW，轉速2900轉/分。電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間的關系如下式:

　　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，生產廠家也多，規格表示各有差異。這里舉例選擇SWSⅡ72-30全自動變頻調速生活(生產)、消防兩用給水設備。其出水量每小時72m3/h，揚程60米。設備流程如圖二所示:

 

6 變頻調速供水系統主要特點

（1） 適用范圍

　　變頻調速供水系統可以應用在城鎮自耒水廠、城鎮規劃小區生活供水、多層民用建筑的生活及消防給水、工業生產給水、原有供水系統改造、鍋爐定壓補水、空調給水、農業節水微灌供水等給水。

（2） 高效節能

　　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電20~50%。

（3） 管理方便

　　變頻調速器的控制系統采用了高性能數字PID微機調節器和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自動控制系統，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

　　整套機組可供生活、生產、消防共用，亦可供生活、生產、消防專用。各臺水泵根據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個機組工作，遇火警時，設備自動上升至消防供水，三個機組同時工作，來滿足消防需要。水泵工作到警戒水位時可自動仃機，恢復水位后可自動啟動。供水水池是在沒有自來水壓力保障的情況下需要設計，自來水壓力有保障時不需要設計供水水池。系統設計有手動功能，為試機及維修排除故障而不仃止供水提供了方便。壓力調節范圍0~2Mpa，精度<0.01Mpa 。

（5）安全可靠

　　變頻調速供水系統具有電壓不足、過壓、過載、過流、短路、過熱、失速等項自動保護功能及報警裝置。工作環境溫度可在-10℃~＋40℃，相對濕度可在≤90% (不結露)。水泵電機因均采用軟啟動，無沖擊電流，能延長設備使用壽命，供水系統運行安全可靠，而且節約能源。由于采用了三臺電機水泵設備，所以維修十分方便