變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備在消防和生活給水系統(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，目前在交流電動機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個突出的優(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，變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點(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。對于用水經(jīng)常變化的場合，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)，在國內(nèi)外獲得了愈來愈廣應(yīng)用。在消防給水中對穩(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)采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機(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——磁極對數(shù)。
在三相電動機(jī)中對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率、電動機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)。以往人們通過對電機(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，一般我們對三相交流電動機(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變頻器在變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備中的應(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)一個二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動供水。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”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(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，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，大大延長了設(shè)備的使用壽命。
大廈恒壓供水采用三臺水泵,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，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機(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。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果水泵采用變頻調(diào)速控制，由于主水泵(備用泵)長期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對水泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有供水需要時(shí)，水泵不能正常起動。所以現(xiàn)在我們一般對水泵進(jìn)行自動巡檢，即巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備由多泵并聯(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泵，其余并聯(lián)泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，水泵采用變頻調(diào)速會降低供水的可靠性，不宜在水系統(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，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控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會。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)、電梯等都有廣的應(yīng)用?？梢韵嘈牛膽?yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會越來越廣，將會給國家和個人帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備由氣壓水罐、水泵、控制柜、控制儀表、管道附件等組成的，其泵身由電機(jī)和泵兩部分組成。泵結(jié)構(gòu)包括泵體、葉輪、泵蓋、機(jī)械密封等部件，泵和電機(jī)同軸。泵的軸向力由葉輪設(shè)平衡環(huán)來進(jìn)行平衡。泵進(jìn)、出口在同一水平軸線上，且口徑規(guī)格相同。泵設(shè)有安裝底座，便于安裝，增加泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備設(shè)計(jì)選用要點(diǎn):
1） 氣壓水罐的制造單位應(yīng)持有壓力容器制造許可證或注冊書，并具備健全的質(zhì)量管理體系和制度。
2）設(shè)備的外購配套件須有產(chǎn)品合格證并經(jīng)入場檢驗(yàn)合格后方可使用。設(shè)備的氣壓水罐、水泵機(jī)組、電器元件等構(gòu)成部件，應(yīng)在檢驗(yàn)合格后方可組裝使用。在使用現(xiàn)場組裝的設(shè)備，可在現(xiàn)場檢驗(yàn)整機(jī)性能。
3）應(yīng)持有有關(guān)部門簽發(fā)的生產(chǎn)許可證。
4）設(shè)備整體結(jié)構(gòu)、水管路、氣管路及電器線路的布置應(yīng)合理，應(yīng)留有安裝維修空間便于操作。
5）設(shè)備配套使用的外購件及材料等均應(yīng)選用符合?標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的產(chǎn)品。
6）水泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)要求:
a.穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)備用泵，其工作能力應(yīng)與工作泵相同b.每臺穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)獨(dú)立的吸水管
c.水泵引水方式應(yīng)采用自灌式
7)消火栓給水系統(tǒng)的氣壓罐儲水容積不小于300L；自動噴水滅火系統(tǒng)的氣壓罐儲水容積不小于150L；消火栓及自動噴水滅火系統(tǒng)合用的氣壓罐儲水容積不小于450L；
8）該設(shè)備配備穩(wěn)壓水泵兩臺（一用一備）。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備施工、安裝要點(diǎn):
1）、設(shè)備的氣壓罐，其容積、氣壓、水位及工作壓力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
2）、增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備上的安全閥、壓力表等的安裝應(yīng)符合產(chǎn)品使用說明書的要求。
3）、安裝位置、進(jìn)水管及出水管方向應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；安裝時(shí)其四周應(yīng)設(shè)檢修通道，其寬度不應(yīng)小于0.7m，消防氣壓給水設(shè)備頂部至樓板或梁底的距離不得小于1.0m。
4）、設(shè)備到現(xiàn)場須拆箱清點(diǎn)。安裝就位須找平、灌漿。管路連接與電控接線須對照圖紙，核對無誤。
5）、設(shè)備安裝完后，須對設(shè)備調(diào)試與試運(yùn)轉(zhuǎn)。包括水泵的啟停控制，各個閥門的開關(guān)，以及設(shè)備清洗、充水后的試運(yùn)轉(zhuǎn)。
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，目前在交流電動機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個突出的優(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，變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點(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。對于用水經(jīng)常變化的場合，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)，在國內(nèi)外獲得了愈來愈廣應(yīng)用。在消防給水中對穩(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)采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機(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——磁極對數(shù)。
在三相電動機(jī)中對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率、電動機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)。以往人們通過對電機(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，一般我們對三相交流電動機(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變頻器在變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備中的應(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)一個二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動供水。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”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(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，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，大大延長了設(shè)備的使用壽命。
大廈恒壓供水采用三臺水泵,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，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機(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。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果水泵采用變頻調(diào)速控制，由于主水泵(備用泵)長期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對水泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有供水需要時(shí)，水泵不能正常起動。所以現(xiàn)在我們一般對水泵進(jìn)行自動巡檢，即巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備由多泵并聯(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泵，其余并聯(lián)泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，水泵采用變頻調(diào)速會降低供水的可靠性，不宜在水系統(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，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控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會。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)、電梯等都有廣的應(yīng)用?？梢韵嘈牛膽?yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會越來越廣，將會給國家和個人帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備由氣壓水罐、水泵、控制柜、控制儀表、管道附件等組成的，其泵身由電機(jī)和泵兩部分組成。泵結(jié)構(gòu)包括泵體、葉輪、泵蓋、機(jī)械密封等部件，泵和電機(jī)同軸。泵的軸向力由葉輪設(shè)平衡環(huán)來進(jìn)行平衡。泵進(jìn)、出口在同一水平軸線上，且口徑規(guī)格相同。泵設(shè)有安裝底座，便于安裝，增加泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備設(shè)計(jì)選用要點(diǎn):
1） 氣壓水罐的制造單位應(yīng)持有壓力容器制造許可證或注冊書，并具備健全的質(zhì)量管理體系和制度。
2）設(shè)備的外購配套件須有產(chǎn)品合格證并經(jīng)入場檢驗(yàn)合格后方可使用。設(shè)備的氣壓水罐、水泵機(jī)組、電器元件等構(gòu)成部件，應(yīng)在檢驗(yàn)合格后方可組裝使用。在使用現(xiàn)場組裝的設(shè)備，可在現(xiàn)場檢驗(yàn)整機(jī)性能。
3）應(yīng)持有有關(guān)部門簽發(fā)的生產(chǎn)許可證。
4）設(shè)備整體結(jié)構(gòu)、水管路、氣管路及電器線路的布置應(yīng)合理，應(yīng)留有安裝維修空間便于操作。
5）設(shè)備配套使用的外購件及材料等均應(yīng)選用符合?標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的產(chǎn)品。
6）水泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)要求:
a.穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)備用泵，其工作能力應(yīng)與工作泵相同b.每臺穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)獨(dú)立的吸水管
c.水泵引水方式應(yīng)采用自灌式
7)消火栓給水系統(tǒng)的氣壓罐儲水容積不小于300L；自動噴水滅火系統(tǒng)的氣壓罐儲水容積不小于150L；消火栓及自動噴水滅火系統(tǒng)合用的氣壓罐儲水容積不小于450L；
8）該設(shè)備配備穩(wěn)壓水泵兩臺（一用一備）。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備施工、安裝要點(diǎn):
1）、設(shè)備的氣壓罐，其容積、氣壓、水位及工作壓力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
2）、增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備上的安全閥、壓力表等的安裝應(yīng)符合產(chǎn)品使用說明書的要求。
3）、安裝位置、進(jìn)水管及出水管方向應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；安裝時(shí)其四周應(yīng)設(shè)檢修通道，其寬度不應(yīng)小于0.7m，消防氣壓給水設(shè)備頂部至樓板或梁底的距離不得小于1.0m。
4）、設(shè)備到現(xiàn)場須拆箱清點(diǎn)。安裝就位須找平、灌漿。管路連接與電控接線須對照圖紙，核對無誤。
5）、設(shè)備安裝完后，須對設(shè)備調(diào)試與試運(yùn)轉(zhuǎn)。包括水泵的啟停控制，各個閥門的開關(guān)，以及設(shè)備清洗、充水后的試運(yùn)轉(zhuǎn)。
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