關于變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備的基本原理和節(jié)能效果
關于變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備的基本原理和節(jié)能效果
目前，變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因是：
1.變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備的供水壓力可調，可以方便地滿足各種供水 壓力的需要。在設計階段可以降低對供水壓力計算準確度的要求，因為隨時可以方便地改變供水壓力。但在選泵時應注意 ，泵的揚程宜大一些，因為變頻調速其較大壓力受水泵限制 。較低使用壓力也不應太小，因為水泵不允許在低揚程大流量下長期超負荷工作，否則應加大變頻器和水泵電機的容量， 以防止發(fā)生過載。
2.目前，變頻器技術已很成熟，在市場上有很多國內外品牌 的變頻器，這為變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備供水提供了充份的技術和物質基礎。變頻器已在國民經濟各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與 變頻供水控制器配合，即可實現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因為建 筑供水的應用廣泛，有些變頻器設計生產廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好， 使用方便的優(yōu)點。
3.變頻調速管網增壓穩(wěn)流給水設備具有優(yōu)良的節(jié)能效果。
由水泵－管道供水原理可知，調節(jié)供水流量，原則上有二 種方法；一是節(jié)流調節(jié)，開大供水閥，流量上升；關小供水閥 ，流量下降。調節(jié)流量的第，二種方法是調速調節(jié)，水泵轉速升高，供水流量增加；轉速下降，流 量降低，對于用水流量經 常變化的場合(例如生活用水)，采用調速調節(jié)流量，具有優(yōu)良 的節(jié)能效果。我國國家科委和國家經貿委在《中國節(jié)能技術 政策大綱》中把泵和風機的調速技術列為國家九五計劃重點推廣的節(jié)能技術項目。應當指出，管網增壓穩(wěn)流給水設備節(jié)能的效果主 要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻 恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒 壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，可以實現(xiàn)恒壓變量供水 。在變頻恒壓變量供水當中，變頻泵的流量是變化的，當變頻泵是各并聯(lián)泵中較大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供 水，在設計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變(因工況不變)，并使之處于高，效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的 ，其工作效率隨流量而改變。因為采用多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng) 的能耗，改善節(jié)能狀況。
當多泵并聯(lián)管網增壓穩(wěn)流給水設備系統(tǒng)采用具有自動睡眠功能的變頻器 ，當用水流量接近于零，變頻泵能自動睡眠停泵，從而可以做 到不用水時自動停泵而沒有能量損耗，具有較好的節(jié)能效果。
多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當 用水流量小于一臺泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺變頻泵 調速恒壓供水；當用水流量增大，變頻泵的轉速自動上升；當變頻泵的轉速上升到工頻轉速，為用水流量進一步增大，由 變頻供水控制器控制，自動啟動一臺工頻泵投入，該工頻泵 提供的流量是恒定的(工頻轉速恒壓下的流量)，其余各并聯(lián)工 頻泵按相同的原理投入。
在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當用水流量下降 ，變頻調速泵的轉速下降(變頻器供電頻率下降)；當頻率下降 到零流量的時候，變頻供水控制器發(fā)出一個指令，自動關閉一 臺工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動投入或超出時的沖擊(水力的或電流的沖擊)。在投入時，變頻泵的轉速 自動下降，然后慢慢上升以滿足恒壓供水的要求。在超出時，變頻泵的轉速應自動上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供水的 要求。上述頻率自動上升，下降由供水變頻控制器控制。
另一種變頻供水模式通常叫做恒壓變量循環(huán)狀啟動并先開 先停的工作模式。在這種供水模式中，當供水流量少于變頻泵 在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調速供水，當用水流量增大，變頻泵的轉速升高。當變頻泵的轉速升高到工頻轉速 ，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網直接 供電(不通過變頻器供電)。變頻器則另外啟動一臺并聯(lián)泵投入 工作。隨用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟 啟動投入。這就是循環(huán)軟啟動投入方式。
當用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關泵超出，并泵超 出的順序按先投入先關泵超出的原則由變頻控制器單板計算機控制。
由上述可見，對于變頻恒壓變量給水通常有兩種工作模式 ，一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)軟啟動工作方式。在變 頻泵固定方式中，各并聯(lián)水泵是按工頻方式自動投入或超出的。因為變頻泵固定不變，當用水流量變化，變頻泵始終處于 運行狀態(tài)，因此變頻泵的運行時間較長。為了均衡各水泵的 運行時間，對于變頻泵固定運行方式，可以設計成變頻泵定時輪換運行方式。即當某一臺變頻泵運行一段時間后，由變頻 控制器控制變頻泵自動進行輪換。例如：開始時1泵變頻，2－ 3泵工頻，當1泵變頻運行T時間后(T可按序設定)自動輪換為2泵 變頻，3－1泵工頻；在此狀態(tài)下運行T時間后自動輪換為3泵變 頻，1－2工頻，……。如此反覆進行定時輪換。
顯然，具有變頻泵自動輪換控制的變頻恒壓變量供水系統(tǒng) ，變頻泵是定時改變的，即任何一臺并聯(lián)泵都有可能成為變頻 泵。由變頻恒壓變量供水理論可知，為了保證恒壓供水，變頻泵 須是各并聯(lián)泵中的較大者。為此，對于變頻恒壓供水并 變頻泵自動定時輪換的水機，各并聯(lián)水泵的大小應相同以保 證恒壓供水。
按變頻器工作原理，在運行中的變頻器不允許在其輸出端 進行切換；否則在切換過程中會使變頻器中的某些電子器件受 到大電流沖擊而降低其壽命。在變頻泵自動輪換過程中，要在變頻器的輸出端進行切換；為了保護變頻器，在進行自動切 換之前應使變頻器停止運行。在變頻器停止運行的條件下， 在其輸出端進行切換。在切換好后再重新啟動變頻器而恢復正常運行。因此，自動輪換控制的電路比較復雜，會增加變頻 控制柜的造價并降低其使用可靠性。
當變頻恒壓變量供水系統(tǒng)具有變頻泵自動輪換功能，其優(yōu) 點是各并聯(lián)泵可定時輪換到變頻運行，使各并聯(lián)泵的磨損均衡 。但是，在任一臺泵變頻運行時，萬一水泵故障有可能使變頻器保護跳閘而停止工作。各并聯(lián)水泵是由變頻器控制運行的 ；當變頻器跳閘，必然使所有并聯(lián)水泵停機而中斷供水。
因此，當水泵的可靠性一定，具有自動輪換控制功能的變 頻恒壓供水機的供水可靠性將低于不具備自動輪換控制功能的 變頻恒壓供水機。筆者認為，供水可靠性是主要矛盾。因此我們不主張采用具有自動輪換控制功能的變頻恒壓給水系統(tǒng)。
多泵并聯(lián)，循環(huán)軟啟動的變頻恒壓給水系統(tǒng)，同樣存在上 述變頻恒壓自動輪換工作模式的缺點。為了保證恒壓供水，同樣要求各并聯(lián)泵的大小相同。
綜上可述，為保證供水可靠性，筆者不主張采用自動輪換 和變頻循環(huán)軟啟動的工作模式。中贏集團自動化工程部在 其《ABB恒壓供水系統(tǒng)用戶手冊》中說，“循環(huán)軟啟動!這是一 個危險的誘惑，很多搞恒壓供水的人熱衷于發(fā)展此項技術，但我們的建議是否定的。……”我們贊同中贏集團自動化 工程部的上述學術見解，不熱衷于搞變頻循環(huán)軟啟動供水。
由水泵－管路供水原理可知，當節(jié)流損耗等于零，則供水系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，此時水泵的供水揚程 全消耗在供 水高度和供水流阻損失上。這種變頻調整供水稱為理態(tài)的變壓變量供水，這種供水系統(tǒng)的揚程－流量曲線和管路系統(tǒng)的流 阻—流量曲線重合。在理想的變壓變量供水系統(tǒng)中，在用水 點，其揚程恒定，屬于恒壓供水。在實際建筑中，用水點是多處，不是一處，因此很難確定何處是恒壓用水點。變壓變量 供水系統(tǒng)沒有通用性，在工程上很少應用。一種實用的變壓變 量供水系統(tǒng)叫做準變壓變量供水系統(tǒng)；在準變壓變量供水系統(tǒng)中，其恒壓值隨用水流量增加而躍階上升。例如多泵并聯(lián)恒 壓供水，當一臺泵工作，其恒壓值為P1；當投入一臺泵，其恒壓值自動變?yōu)镻1＋ΔP1；當二、三、四臺泵投入，其恒壓值分 別自動變?yōu)镻1＋ΔP1＋ΔP2，P1＋ΔP1＋ΔP2＋ΔP3，P1＋ΔP1＋Δ P2＋ΔP3＋ΔP4，……。其中P1，ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4，…… 可按需要設定；因此，準變壓變量系統(tǒng)(設備)的供水特性可以 十分接近理想的變壓變量供水特性，具有優(yōu)良的節(jié)能效果，這種供水系統(tǒng)(設備)具有通用性。
事實上，在建筑供水當中，準變壓變量供水模式也很少應 用，因為在實際使用當中，很難給出ΔP1，ΔP2，ΔP3……等等 的具體參數。
管網增壓穩(wěn)流給水設備一般定義
直接連接到市政給水管網上或其它有壓管網上，采用穩(wěn)流補償和真空抑制技術供水，有效利用管網原有壓力，對管網不產生負壓且能穩(wěn)定和調節(jié)流量的給水設備。
在原有的無負壓基礎上，中崛不斷推陳出新，已開發(fā)出一套高，效低噪音無負壓供水設備。
管網增壓穩(wěn)流給水設備有關無負壓的實現(xiàn)，主要是通過微機控制系統(tǒng)實時的聯(lián)合控制作用于穩(wěn)流補償器系統(tǒng)，雙穩(wěn)態(tài)壓力補償控制裝置和真空抑制器來實現(xiàn)的。其中穩(wěn)流補償器系統(tǒng)包括壓力及液位控制裝置用于防負壓一重動作單元，這一重動作單元有預警的功能、也就是說當有形成負壓的趨勢時，通過微機控制系統(tǒng)聯(lián)合雙穩(wěn)態(tài)壓力補償控制裝置補償此時進水壓力的不足，真空抑制器是無負壓保護的末后一重，雙保護活塞式真空抑制器配備300目以上過濾裝置，主要完成末后消除無負壓的功能。三重無負壓防止措施既聯(lián)合又獨立，主要通過微機控制來較大化的較大限度的保護了管網壓力。
中贏高，效低噪音管網增壓穩(wěn)流給水設備在原有的一般供水設備上融合了效率提升技術及降噪技術，使供水設備在原本只需無負壓的基礎上體現(xiàn)出他的更專業(yè)和更為客戶考慮的一面。
管網增壓穩(wěn)流給水設備系統(tǒng)特點
1、 節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)較大限度地節(jié)能運行;
2、 節(jié)水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象;
3、 運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網沖擊、避免管網壓力超限，管道破裂。
4、 聯(lián)網功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。
5、 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。
6、 自我保護功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。
管網增壓穩(wěn)流給水設備運行說明
1.管網增壓穩(wěn)流給水設備當自來水的壓力PA低于用戶所需的設定壓力P8時，微機會自動控制變頻泵軟啟動運行，直到管道的實際壓力P=PB，微機才控制變頻泵以一恒定的轉速運行。自來水的壓力PA越高，變頻泵的轉速就越低，自來水的壓力PA越低，變頻泵的轉速就越高。當自來水的壓力PA=PB時，變頻泵就停止工作既充分利用了自來水原有的壓力，又能確保用戶所需的恒定壓力。
2、管網增壓穩(wěn)流給水設備變頻泵的進水口與穩(wěn)流補償器相連，微機時刻檢測穩(wěn)流補償器內的壓力，通過控制真空抑制器來穩(wěn)定穩(wěn)流補償器和自來水進水的壓力使之不產生負壓，從而確保自來水管網的正常供水。
3、管網增壓穩(wěn)流給水設備自來水停水，設備自動停機，來水自動開機，停電自行恢復自來水的正常供水。
管網增壓穩(wěn)流給水設備的技術條件
1)、電源可靠，應為雙電源或雙回路供電方式。具有電源適應性，設備輸入電壓波動和控制器輸入電壓波動不超過額定電壓±10%時，應能正常工作。
2)、設備應具有自動調節(jié)水泵轉速和軟啟動的功能。定壓給水時，設定壓力與實際壓力差不得超過0.01MPa;變壓給水時，給水系統(tǒng)工作壓力應按管道工作特性曲線改變。
3)、設備應具有水池水位“報警”及水泵控制功能，超過較高水位時“報警”，降至較低水位時“報警”及停機，恢復到啟泵水位時，自動啟動。
4)、設備應有觀察設定壓力和實際壓力顯示、水泵供電頻率顯示以及觀察故障顯示的窗口。
5)、設備應有對各類故障進行自檢、報警，對可恢復的故障應能自動或手動消警，恢復正常運行。
6)、設備應有過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱等的保護功能。
7)、設備的環(huán)境要求：
(1) 溫度：5～40℃。
(2) 相對濕度：溫度20℃時，不大于90%。
(3) 海拔高度：不應超過1000m。
(4) 設備安裝的地點，應無導電或爆炸性塵埃，無腐蝕金屬或破壞絕緣的氣體或蒸汽。
破壞絕緣的氣體或蒸汽。
8)、電控柜的設置要求：
(1) 柜底應高出地面0.1m。
(2) 柜頂距屋頂(板頂)的距離不小于1.0m。
(3) 柜后壁距墻面應有0.8m 的通道。
9)、管路系統(tǒng)應在較低處設泄水裝置。
10)、要選用符合行業(yè)標準的產品，選擇整機經過鑒定(評估)型式檢驗的產品。
管網增壓穩(wěn)流給水設備產品功能介紹
變頻恒壓功能：
可根據各用水點用水量的大小實時調控泵的啟動臺數、啟動功率。做到按需調流，不做無用功。
主要技術點—三項壓力絕對恒定措施
第，二項：壓力快速提升技術。
技術點的起因：在用水高峰期，往往掉壓是比較快的，而且在變頻轉工頻過程中的延時和變頻泵加速過程中的時間（一般5-10S），這段過程中若不采取相應措施，必將會導致瞬時掉壓現(xiàn)象。這會造成高峰用水時，高層斷水。這在高峰期用水是不利的。
問題1：如何在切換泵的延時和變頻泵加速過程中的時間保證出水壓力的不下降？
問題2：如何保證在高峰用水流量不掉壓的問題？
中贏解決方案：
設定不出水頻率值，一般情況下，由于出水壓力大于進水壓力的原因，而且水泵出水止回閥的作用，變頻供水并不是在全變頻的作用下進行的，一般25HZ以下水泵是不出水的。所以要在程序上設計快速加速到不出水頻率，在切換泵時也應該要運用此壓力快速提升技術。
提前進入切換泵程序中:一旦檢測到出水流量大則提前進入切換泵程序中，避免等待加泵過程中的延時過程中掉壓現(xiàn)象的產生
管網增壓穩(wěn)流給水設備運行說明
1.當自來水的壓力PA低于用戶所需的設定壓力P8時，微機會自動控制變頻泵軟啟動運行，直到管道的實際壓力P=PB，微機才控制變頻泵以一恒定的轉速運行。自來水的壓力PA越高，變頻泵的轉速就越低，自來水的壓力PA越低，變頻泵的轉速就越高。當自來水的壓力PA=PB時，變頻泵就停止工作既充分利用了自來水原有的壓力，又能確保用戶所需的恒定壓力。
2、管網增壓穩(wěn)流給水設備變頻泵的進水口與穩(wěn)流補償器相連，微機時刻檢測穩(wěn)流補償器內的壓力，通過控制真空抑制器來穩(wěn)定穩(wěn)流補償器和自來水進水的壓力使之不產生負壓，從而確保自來水管網的正常供水。
3、管網增壓穩(wěn)流給水設備自來水停水，設備自動停機，來水自動開機，停電自行恢復自來水的正常供水。
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