變頻調速技術(shù)在箱式無(wú)負壓給水系統中的應用

一、前言：

      箱式無(wú)負壓給水系統水泵是城市給水系統中最主要的耗能設備，根據對多個(gè)送水泵房中運行水泵的調查發(fā)現，大多數水泵的實(shí)際運行揚程小于水泵的銘牌揚程，有的甚至相差30％以上。因此導致了水泵運行效率降低，能源浪費嚴重，電機時(shí)常超負荷運行，產(chǎn)生這種現象的原因除市政基礎設施應具有超前性、水量預測偏大以外，選泵方法不合理、水泵搭配不當也是重要原因之一。

      目前給水管網(wǎng)大都為無(wú)水塔直供管網(wǎng)，現有規范規定按最高日最高時(shí)流量來(lái)計算揚程選泵，而在最高時(shí)以外的絕大多數工況下，其所需揚程低于最高時(shí)計算揚程。而當最高時(shí)工況下的水泵工作點(diǎn)在高效區時(shí)，則水泵在平時(shí)大部分時(shí)間工況點(diǎn)將會(huì )移至高效區之外，從而水泵運行效率較低，造成能量的浪費。改進(jìn)的方法是選擇水泵時(shí)，其揚程依據主要應以平均時(shí)用水量來(lái)計算揚程，水泵臺數不宜太少且應不同型號的水泵相互搭配。本文將通過(guò)實(shí)例來(lái)探討如何恰當選用水泵降低能耗以適應城市用水量變化的需求。

 

二、箱式無(wú)負壓給水系統實(shí)例：

      某一水廠(chǎng)原設計供水能力10萬(wàn)M3/日，送水泵房選用5臺單級雙吸中開(kāi)式離心泵，分別為RDL500—790AIS水泵3臺，水泵揚程57.5M，流量3084M3/h，配用電機功率630KW；14sh—9B水泵2臺，水泵揚程55M，流量1080M3/h，水泵效率78％，配用電機功率250KW；目前城市實(shí)際需水量在2.6－－-3.6萬(wàn)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(wèn)題：由于原設計水量偏大，目前平時(shí)一般是開(kāi)1臺小的水泵即14SH—9B即可滿(mǎn)足需求，由于原設計水泵揚程偏高，實(shí)際需求揚程較低（出廠(chǎng)壓力0.40MPa），當水泵出口閥門(mén)全部打開(kāi)管網(wǎng)壓力低時(shí)，水泵小時(shí)流量可達到1600M3/h，產(chǎn)生汽蝕現象，水泵效率嚴重偏離高效區，并且電機超負荷運行，電機發(fā)熱，極易發(fā)生燒壞電機現象。當需水量達到1700－－2000M3/h時(shí)，就必須開(kāi)2臺小的14SH—9B水泵，這時(shí)2臺水泵全部要關(guān)小出口閥門(mén)的辦法來(lái)進(jìn)行流量調節，以滿(mǎn)足管網(wǎng)壓力需求，這時(shí)2臺水泵效率極低，大量的能量消耗在閥門(mén)上，并且閥門(mén)損壞嚴重。

      2、解決問(wèn)題的辦法：首先我們對14SH—9B進(jìn)行改造，在不更換原有電機的前提下，重新選用1臺KQSN400-N13水泵揚程45M，流量1632M3/h，水泵效率87％，這樣平時(shí)開(kāi)1臺水泵即可滿(mǎn)足用水需求，并且水泵也能運行在高效區；再次對原來(lái)大的RDL500-790AIS水泵進(jìn)行改造(此水泵沒(méi)有安裝配套電機)，更換1臺KQSN600-M13水泵揚程42M，流量2980M3/h，水泵效率85％，配用電機450KW，并且在此機組上安裝變頻調速裝置，以適應各種用水量變化的需求，通過(guò)以上改造，完全可以適應今后3－－5年內城市用水變化的需求。 

 

水泵不同組合適應不同用水需求情況

序號

水泵型號

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#

安裝調速裝置

3400-4500

2#+3#

KQSN600－－M13型水泵性能曲線(xiàn)圖

N400-N13型水泵性能曲線(xiàn)圖

 

3、箱式無(wú)負壓給水系統能量消耗計算： 

      依據供水水量的不同，在揚程40M的條件下，根據水泵的性能曲線(xiàn)，電機效率按92％計算，按照公式W＝QH/102η(KWh) 分別計算改造前后水泵的單耗，計算結果見(jiàn)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)際運行揚程(M)； 

η——水泵綜合效率，η=η1·η2 

η1——水泵運行效率； 

η2——水泵電機效率； 

 

箱式無(wú)負壓給水系統水泵機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

14SH-9B

14SH-9B+14SH-9B

14SH-9B+14SH-9B

 

配用電機(KW)

250

250+250

250+250

其中KQSN600-M13更改為調速

 

單位電耗(KWH/M3)

0.164

0.312

0.299

 

改造后

水泵型號

KQSN400-N13

KQSN400-N13

KQSN600-M13

 

配用電機(KW)

250

250

450

 

單位電耗(KWH/M3) 

0.141

0.143

0.143

 

三、結論 

根據以上計算分析結果，提出如下合理選擇水泵的原則： 

1、目前我國絕大多數城鎮供水管網(wǎng)均不設水塔，由泵站直接供應滿(mǎn)足用戶(hù)用水需求，為了適應不同用水量的需求，選用水泵臺數不宜太少，且應大小型號水泵合理搭配，實(shí)行階梯式供水，以保證城市用水需求。 

2、采用大小型號水泵搭配，小型號水泵流量應為大泵流量的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，從而降低水泵運行效率。 

3、在可能的情況下對電機盡量采用調速裝置，并且調速裝置應安裝在較大的機組上，調速的范圍應控制在60％－－100％之間。

 

箱式無(wú)負壓給水系統概述

      箱式無(wú)負壓給水系統是在組合式不銹鋼水箱和變頻恒壓供水的基礎上開(kāi)發(fā)研制的，并加裝防負壓、防倒流、防水質(zhì)惡化等控制裝置。該設備與普通的變頻供水設備和無(wú)負壓供水設備相比，具有節能顯著(zhù)、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(wú)負壓給水系統是在原有的變頻恒壓供水設備與無(wú)負壓供水設備基礎上升級開(kāi)發(fā)而來(lái)的第七代品，它由不銹鋼水箱、專(zhuān)用水泵、智能變頻控制柜、無(wú)負壓裝置、增壓裝置、引水裝置和穩壓罐等組成，是由計算機技術(shù)、變頻技術(shù)與電機泵組合的新型的機電一體化供水設備。以滿(mǎn)足城市供水管網(wǎng)中，抽水時(shí)既不產(chǎn)生負壓，又有一定的調蓄能力，高峰期間不斷水停水的要求。采用微機控制變頻泵以一恒定的轉數運行利用自來(lái)水原有的壓力能確保用戶(hù)所需要的壓力恒定。具有節能、環(huán)保、噪音低、供水壓力恒定等優(yōu)點(diǎn)。

      主要技術(shù)指標增壓壓力范圍、流量和節能指標，均高于國內其他報道的產(chǎn)品，且結構設計具新穎性，總體水平達到國內領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平，因此，在市場(chǎng)上具有極大的競爭優(yōu)勢。歸納的說(shuō)，智能化箱式無(wú)負壓供水設備設備主要特點(diǎn)是保護管網(wǎng)壓力、調節峰值用水，節能、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(zhù)二次供水加壓技術(shù)的發(fā)展，箱式無(wú)負壓給水系統從根本上解決了這些問(wèn)題。據“供水設備推廣中心”的資料顯示，箱式無(wú)負壓供水設備不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動(dòng)調節、自動(dòng)運轉、節能與自來(lái)水自動(dòng)并網(wǎng)，停電后仍可供水，調試后數年不需看管。比建造水塔節約投資70%，比建造高位水箱節約投資60%，大大節約土建投資。

      箱式無(wú)負壓給水系統廣泛用于企事業(yè)單位、住宅區及農村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。供水戶(hù)在20－2000戶(hù)。日供水量在20－50000m3，供水高度達150米，即50層樓房。

 

箱式無(wú)負壓給水系統工作原理

      當公共供水管網(wǎng)≤0.2Mpa時(shí)(可自由設定0.2—0.4Mpa)無(wú)負壓裝置關(guān)閉，無(wú)負壓進(jìn)水裝置打開(kāi)，由水箱供水，反之當公共供水管網(wǎng)壓力≥0.2Mpa時(shí)，延時(shí)10分鐘(時(shí)間可調整)無(wú)負壓裝置打開(kāi)無(wú)負壓進(jìn)水裝置關(guān)閉，由公共供水管網(wǎng)供水。無(wú)負壓水箱內存儲的水通過(guò)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(wú)負壓給水系統的變頻泵以一定的轉速運行，利用自來(lái)水原有的壓力實(shí)現疊加能確保用戶(hù)所需的壓力和壓力恒定。無(wú)負壓水箱變頻泵的進(jìn)水口與無(wú)負壓裝置和無(wú)負壓進(jìn)水裝置連接，通過(guò)無(wú)負壓裝置的開(kāi)啟與停止達到自來(lái)水管網(wǎng)不產(chǎn)生負壓在無(wú)負壓裝置起停的同時(shí)?無(wú)負壓進(jìn)水裝置會(huì )做出與無(wú)負裝置相反的動(dòng)作。

      自來(lái)水管網(wǎng)停水無(wú)負壓裝置自動(dòng)關(guān)閉，水箱的無(wú)負壓進(jìn)水裝置自動(dòng)打開(kāi)由水箱供水。當水箱液位低至一定程度時(shí)，無(wú)負壓進(jìn)水裝置自動(dòng)關(guān)閉，設備自動(dòng)停機，復電時(shí)自動(dòng)投入運行。

 

箱式無(wú)負壓給水系統具體說(shuō)明

1.保證管網(wǎng)壓力：調節峰值用水，水箱入口處采用了智能化的電磁閥來(lái)控制進(jìn)水壓力及水位。當管網(wǎng)壓力下降加壓泵從水箱取水時(shí)，可通過(guò)智能控制，當水箱水位低于一定液位時(shí)，再打開(kāi)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(kāi)高峰用水，起調峰作用，二是避免了普通水箱的零壓力泄水，對管網(wǎng)壓力是一個(gè)很好的保護作用。

2.配置獨特：“供水設備推廣中心”所介紹的設備，都是引領(lǐng)供水設備發(fā)展的前沿，均采用引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)和關(guān)鍵設備，并結合專(zhuān)用泵。它用水冷式電機、水冷式軸承、全封閉絕對滴水不漏，噪音低于50分貝，防止水箱空間小，常規電機發(fā)熱而燒壞電機和設備。

3.運行可靠性：當用水高峰時(shí)，或自來(lái)水停水時(shí)，由水箱供水，大大提高用戶(hù)用水的可靠性，完全符合自水供水規范。

4.環(huán)保無(wú)污染：此成套設備中水箱、水泵、管路及閥門(mén)等涉水材料均采用食品級不銹鋼材料，密封供水，不會(huì )產(chǎn)生二次污染，衛生環(huán)保。

5.節能：當自來(lái)水壓力能滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求，增壓泵通過(guò)變頻控制處于休眠狀態(tài)。當非高峰用水時(shí)，自來(lái)水壓力又達不到用戶(hù)用水壓力，水泵可以在自來(lái)水水壓（0.2—0.5MPa）的基礎上疊加增壓，差多少補多少充分利用余壓節約電能，節能效果顯著(zhù)。

 

箱式無(wú)負壓給水系統適用范圍

1.適用地域范圍：適用于城市管網(wǎng)壓力較充足的地區加壓給水

2.適用工程類(lèi)型：工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水、自來(lái)水廠(chǎng)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

4.其它適用范圍：新建、改建、擴建住宅樓、辦公樓、賓館、飯店等公共建筑生活用水

5.使用單位類(lèi)型：設計單位、施工單位、監理單位