變頻調(diào)速泵在隔膜式氣壓給水設(shè)備和消防系統(tǒng)中的應(yīng)用
變頻調(diào)速泵在隔膜式氣壓給水設(shè)備和消防系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步，又因?yàn)樽冾l器所具有的高，效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動(dòng)機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能源，而且通過發(fā)揮其理想的控制特性，隔膜式氣壓給水設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和隔膜式氣壓給水設(shè)備各有其特點(diǎn)，在節(jié)能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文就是對(duì)變頻調(diào)速泵在智能建筑中給水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用作以探討。
1、變頻調(diào)速的基本原理由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。對(duì)于用水經(jīng)常變化的場(chǎng)合，采用變頻調(diào)速泵供水，可以顯著降低節(jié)流損耗，具有明顯的節(jié)能效果。按用途建筑給水分為生活(生產(chǎn))給水和消防給水二大類。在生活給水系統(tǒng)中采用變頻泵調(diào)速控制，具有節(jié)能，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。在隔膜式氣壓給水設(shè)備中對(duì)穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí) 采用變頻控制較好，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。
三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下：n=60f(1—s)／p其中:n——每分鐘的轉(zhuǎn)速；f——交流電的頻率；s——轉(zhuǎn)差率；p——磁極對(duì)數(shù)。
在三相電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率、電動(dòng)機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)。以往人們通過對(duì)電機(jī)的極數(shù)變化來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，很少采用頻率調(diào)節(jié)，但隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過調(diào)整電機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)差率調(diào)速方便得多，效果也好得多。所以現(xiàn)在，一般我們對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍越來越廣。以下是其在智能建筑中的一些應(yīng)用。
2、變頻器在隔膜式氣壓給水設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用在智能建筑日益增多的今天，供水問題成為業(yè)主比較關(guān)心的問題，所以變頻恒壓自動(dòng)供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設(shè)中往往需要建設(shè)一個(gè)二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設(shè)計(jì)時(shí)往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺(tái)水泵。由一臺(tái)變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動(dòng)三臺(tái)水泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。與空調(diào)水泵控制不同，恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)通過壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行變頻控制。這樣變頻恒壓水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40%。與可編程控制器結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。下面以某市寶典大廈供水系統(tǒng)為例介紹其原理。
大廈恒壓供水采用三臺(tái)水泵,其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著調(diào)節(jié)器輸出給變頻器控制信號(hào)的變化而改變，以保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。用水量大時(shí)，變頻器輸出頻率升高；用水量小時(shí)，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))仍不能滿足供水需要時(shí)，則PLC自動(dòng)將1#泵切換到工頻運(yùn)行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運(yùn)行，2#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，如果2#泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí)仍不能滿足供水要求，則PLC自動(dòng)將2#泵切換到工頻運(yùn)行，3#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，依此規(guī)律逐個(gè)投入運(yùn)行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運(yùn)行方式，3#處于變頻運(yùn)行工作方式時(shí)，如果此時(shí)用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限時(shí)，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將3#泵停止運(yùn)行。同樣，3#泵停機(jī)后，如果此時(shí)供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵停止運(yùn)行，依此類推。如果此時(shí)用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵由變頻器供電運(yùn)行……，所有水泵電機(jī)從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機(jī)帶來機(jī)械沖擊，保證了管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，滿足了大廈的正常供水。
3、變頻器在消防泵巡檢柜中的應(yīng)用在隔膜式氣壓給水設(shè)備系統(tǒng)中，平時(shí)消防管網(wǎng)由增壓、穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，啟動(dòng)主消防泵立即可以提供規(guī)定壓力和流量的消防用水。按我國(guó)消防規(guī)范，水消防的延續(xù)時(shí)間， 至長(zhǎng)按3小時(shí)考慮，因此主消防泵的節(jié)能問題可不予考慮，因而也無必要采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。眾所周知，發(fā)生火災(zāi)是突發(fā)的事件，在一般情況下是不會(huì)發(fā)生的，變頻器是一種電子器件，如果采用變頻器控制主消防泵變頻調(diào)速，消防泵變頻器長(zhǎng)期備而不用，在發(fā)生火災(zāi)使用時(shí)反而容易發(fā)生故障，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個(gè)重要問題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問題。此外，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會(huì)降低可靠性，增加造價(jià)。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應(yīng)提高。綜上所述，對(duì)于消防泵而言，從節(jié)能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮，無必要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調(diào)速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長(zhǎng)期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對(duì)消防泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有消防需要時(shí)，消防水泵不能正常起動(dòng)，貽誤火災(zāi)的撲救。所以現(xiàn)在我們一般對(duì)消防泵進(jìn)行自動(dòng)巡檢，即通過消防泵控制柜內(nèi)的巡檢電路讓消防泵每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次自啟動(dòng)，巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。但在正?；馂?zāi)情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動(dòng)、星三角或自藕降壓方式啟動(dòng)，以滿足消防要求，且消防狀態(tài)時(shí)所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動(dòng)方式。
按我國(guó)消防規(guī)范，消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺(tái)主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調(diào)速泵 須是其中較大的一臺(tái)泵，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的。如果變頻泵故障可能會(huì)導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會(huì)降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。
4、結(jié)論
通過以上分析，我們知道變頻器在智能建筑中的應(yīng)用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過程中使用變頻器在智能建筑電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會(huì)。變頻器在智能建筑中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣泛的應(yīng)用?？梢韵嘈?，它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會(huì)越來越廣泛，將會(huì)給國(guó)家和個(gè)人帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
隔膜式氣壓給水設(shè)備的產(chǎn)生
隨著我國(guó)城市化水平的提高，城市人口急劇增加，居民小區(qū)不斷建設(shè)且樓房層數(shù)越來越高，使原來自來水管網(wǎng)壓力出現(xiàn)不足，很多城市普遍存在著用水高峰期高層樓房上不去水的現(xiàn)象，導(dǎo)致高層居民用水難。目前，一般的解決辦法是修建水池或水箱，通過水泵二次加壓供水。
為解決此類問題，當(dāng)前均采用先進(jìn)的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)，此變頻恒壓供水系統(tǒng)可直接與自來水管網(wǎng)串接，通過負(fù)壓消除器和穩(wěn)壓平衡器保護(hù)自來水管網(wǎng)不形成負(fù)壓，避免了修建混凝土蓄水池或設(shè)水箱的麻煩。此設(shè)備充分利用了自來水管網(wǎng)的原有壓力，在原有壓力的基礎(chǔ)上疊加一部分壓力，差多少，補(bǔ)多少，使二次加壓設(shè)備的選型減小，節(jié)省投資，同時(shí)在使用過程中也可大大節(jié)能，是目前較先進(jìn)較新的自來水二次供水設(shè)備方式。
隔膜式氣壓供水設(shè)備概述
隔膜式氣壓供水設(shè)備系列全自動(dòng)變頻供水設(shè)備，是把電機(jī)變頻技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域的新一代供水裝置。它是水塔、高位水箱、壓力罐供水裝置的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。具有節(jié)省電能，節(jié)約投資，不需要維護(hù)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，是未來供水設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品。我公司開發(fā)的變頻柜還可應(yīng)用在各行業(yè)需要電機(jī)調(diào)整設(shè)備上，具有明顯調(diào)整精度和節(jié)能效果，如提升機(jī)和通風(fēng)機(jī)安裝變頻柜是較好速度和風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。
隔膜式氣壓供水設(shè)備工作原理：
1、水泵的近水口與穩(wěn)壓補(bǔ)償器相連，監(jiān)測(cè)控制微機(jī)時(shí)刻監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓補(bǔ)償器內(nèi)的壓力，通過控制負(fù)壓瀉壓器來穩(wěn)定穩(wěn)壓補(bǔ)償器和自來水近水的壓力，使之不產(chǎn)生負(fù)壓，從而確保自來水管網(wǎng)的正常供水。
2、當(dāng)自來水的壓力低于用戶所需的壓力時(shí)，監(jiān)測(cè)控制微機(jī)自動(dòng)控制加壓水泵變頻軟啟動(dòng)運(yùn)行，直到水泵出水總管的實(shí)際壓力與設(shè)定用戶壓力相等時(shí)，監(jiān)測(cè)控制微機(jī)才控制加壓水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)以保持實(shí)際壓力與設(shè)定用戶壓力相同。自來水的壓力越高，加壓水泵的轉(zhuǎn)速就越低，自來水的壓力越低，加壓水泵的轉(zhuǎn)速就越高，當(dāng)自來水的壓力與設(shè)定用戶壓力相等時(shí)，加壓水泵就停止工作。即在傳統(tǒng)變頻供水節(jié)能的基礎(chǔ)上又充分利用了自來水管網(wǎng)原有的壓力，差多少，補(bǔ)多少，進(jìn)一步節(jié)能。
3、自來水停水，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，來水自動(dòng)開機(jī)，停電自行恢復(fù)自來水常壓供水。
無負(fù)壓變頻高層供水設(shè)備控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制微機(jī)------是我公司專為無負(fù)壓變頻高層供水而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的EG-04A工業(yè)專用微機(jī)，配備日本LCD彩色液晶工業(yè)顯示器，防水薄膜觸摸鍵盤。避免了其它產(chǎn)品使用普通微機(jī)帶來的工作不穩(wěn)定，使用壽命短的缺陷。
隔膜式氣壓給水設(shè)備產(chǎn)品分類
1)、按壓力工況分：分為變壓式和定壓式兩類。
2)、按罐體結(jié)構(gòu)形式分：分為立式、臥式和球形三類。
3)、按設(shè)計(jì)壓力分：
低壓0.40、0.60MPa；
中壓0.80、1.00MPa；
高壓1.20MPa；
過高壓1.58MPa。
4)、按組合形式分：分為單體式、組合式和整體式三類。
5)、按用途分：分為生活用氣壓給水設(shè)備、生產(chǎn)用氣壓給水設(shè)備和消防用氣壓給水設(shè)備。
6)、其他型式氣壓給水設(shè)備。
(1)氮?dú)忭攭菏较澜o水設(shè)備。
(2)氣壓水罐與變頻調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行給水設(shè)備。
3、氣壓給水設(shè)備的其它應(yīng)用
1)、穩(wěn)壓設(shè)備，用于維持系統(tǒng)的消防壓力，不起供水作用。
2)、密閉式膨脹水箱。
3)、農(nóng)田灌溉。
4)、水錘防護(hù)。
5)、引水筒，亦稱真空罐、引水罐、自動(dòng)引水裝置。
6)、氣壓沖洗水箱。
7)、人工造浪。
隔膜式氣壓供水設(shè)備是水源都是從蓄水池中來，這樣自來水的壓力就被卸掉了，而且蓄水池需要二次消毒設(shè)備。無負(fù)壓給水設(shè)備系直接利用自來水管網(wǎng)壓力的一種疊壓式供水方式，衛(wèi)生、節(jié)能、綜合投資小。安裝調(diào)試后，自來水管網(wǎng)的水首先進(jìn)入穩(wěn)流罐，并通過真空消除器將罐內(nèi)的空氣自動(dòng)排除。當(dāng)安裝在設(shè)備出口的壓力傳感器檢測(cè)到自來水管網(wǎng)壓力滿足供水要求時(shí)，系統(tǒng)不經(jīng)過加壓泵直接供給；當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力不能滿足供水要求時(shí)，檢測(cè)壓力差額，由加壓泵差多少、補(bǔ)多少；當(dāng)自來水管網(wǎng)水量不足時(shí)，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐破壞罐內(nèi)真空，即可自動(dòng)抽取穩(wěn)流罐內(nèi)的水供給，并且管網(wǎng)內(nèi)不產(chǎn)生負(fù)壓。
隔膜式氣壓供水設(shè)備介紹
中贏在變頻恒壓供水設(shè)備基礎(chǔ)上開發(fā)了無負(fù)壓增壓供水設(shè)備，該設(shè)備充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對(duì)較小的水泵及控制設(shè)備，同時(shí)在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動(dòng)水泵。相比較于傳統(tǒng)的帶水池的供水設(shè)備可節(jié)約大量的電能運(yùn)行成本及投資成本。
隔膜式氣壓供水設(shè)備采用水泵與自來水管網(wǎng)直接相連，用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲(chǔ)水裝置，采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓，在充分利用自來水管網(wǎng)直接相連，用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲(chǔ)水裝置，采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓，在充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了供水的二次增壓，該設(shè)備既實(shí)現(xiàn)了增加的目的（且絲毫不會(huì)影響管網(wǎng)其它用戶水），又節(jié)省建水池，水箱的投次，在保證管網(wǎng)水質(zhì)的同時(shí)（無二次污染），又可充分利用管網(wǎng)的原有水壓，其節(jié)能效果極其顯著，可達(dá)50％以上。
隔膜式氣壓供水設(shè)備無需建造水池、水箱，占有空間相對(duì)較少，節(jié)省設(shè)備的初期投資和節(jié)省了沖洗水池，給水池消毒的費(fèi)用。該設(shè)備為全封閉式結(jié)構(gòu)，真正消除供水二次污染，為綠色環(huán)保新型供水設(shè)備。
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