簡(jiǎn)述變頻調速供水系統的一種設計方法

1 引言

　　各類(lèi)用水部門(mén)由于供水系統的水壓力不足而引起的生活、消防、工業(yè)、農業(yè)節水微灌等供水問(wèn)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(wèn)題創(chuàng )造了良好的條件。過(guò)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(diǎn)。目前采用的最先進(jìn)變頻調速供水系統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，供水壓力穩定、出流保證率高、高效節能、自動(dòng)化程度高和管理簡(jiǎn)便等優(yōu)越性，已廣泛地應用在輕重工業(yè)、礦山、樓區生活、消防、農業(yè)節水微灌技術(shù)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(jiǎn)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(mén)、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開(kāi)關(guān)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(shí)，自動(dòng)控制變頻器使電機軟啟動(dòng)，在運行過(guò)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(dòng)穩壓和調節供水流量。在設計系統時(shí)，按用戶(hù)最大需水量(小時(shí)計)的多少選用水泵和電機的大小、多少來(lái)滿(mǎn)足生活、消防、生產(chǎn)、供熱、空調、灌溉等用途的供水需求。變頻調速器閉環(huán)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(mén)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(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(fā)展的需要。流量設計過(guò)大會(huì )造成不必要的經(jīng)濟浪費，從而增加成本，過(guò)小又不能滿(mǎn)足需水要求，造成生產(chǎn)和生活問(wèn)題。所以合理設計供水能力是一個(gè)關(guān)捷問(wèn)題。這里舉例說(shuō)明（一個(gè)單位）500戶(hù)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(shí)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(shí)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(shí)間計算生活區用水量，采用下列經(jīng)驗公式計算，計算得生活區每小時(shí)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)境衛生、食堂、招待所、熱水、空調、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(shí)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(shí)空分布，小區用戶(hù)的相互隨機調節作用與消防時(shí)自動(dòng)切換消防優(yōu)先功能，實(shí)際設計采用每小時(shí)供水流量54 m3/h即可滿(mǎn)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(shí)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(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(shí)在實(shí)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(mǎn)足設計要求，質(zhì)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(fā)展預期，選擇設備如下：

（1） 水泵的選型第一要考慮揚程要滿(mǎn)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(mǎn)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(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(chǎng)家也多，規格表示各有差異。這里舉例選擇SWSⅡ72-30全自動(dòng)變頻調速生活(生產(chǎn))、消防兩用給水設備。其出水量每小時(shí)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(diǎn)

（1） 適用范圍

　　變頻調速供水系統可以應用在城鎮自耒水廠(chǎng)、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(yè)生產(chǎn)給水、原有供水系統改造、鍋爐定壓補水、空調給水、農業(yè)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(mǎn)足用戶(hù)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(huán)自動(dòng)控制系統，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單方便，除定期巡視之外，不需要專(zhuān)人管理。

（4）功能齊全

　　整套機組可供生活、生產(chǎn)、消防共用，亦可供生活、生產(chǎn)、消防專(zhuān)用。各臺水泵根據用水量可自動(dòng)投入運行、變速、仃止、先啟后仃、后啟先仃、自動(dòng)循環(huán)平衡，有自動(dòng)故障報警裝置。平時(shí)使用為生活供水，一般1～2個(gè)機組工作，遇火警時(shí)，設備自動(dòng)上升至消防供水，三個(gè)機組同時(shí)工作，來(lái)滿(mǎn)足消防需要。水泵工作到警戒水位時(shí)可自動(dòng)仃機，恢復水位后可自動(dòng)啟動(dòng)。供水水池是在沒(méi)有自來(lái)水壓力保障的情況下需要設計，自來(lái)水壓力有保障時(shí)不需要設計供水水池。系統設計有手動(dòng)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(guò)壓、過(guò)載、過(guò)流、短路、過(guò)熱、失速等項自動(dòng)保護功能及報警裝置。工作環(huán)境溫度可在-10℃~＋40℃，相對濕度可在≤90% (不結露)。水泵電機因均采用軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，能延長(cháng)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