關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速 供水系統(tǒng) 變頻恒壓
1 概述
變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置能夠極大地改善給水管網(wǎng)的供水環(huán)境，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)水泵電機(jī)的投入及退出，使管網(wǎng)主干出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能和運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
河北省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心應(yīng)用微機(jī)控制變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，為很多家企事業(yè)單位安裝了變頻恒壓供水控制裝置。收到了較好的節(jié)能效果。
2 水泵變頻調(diào)速節(jié)電原理
異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器調(diào)速的原理是：通過(guò)整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海儆赡孀儤蜃儞Q為頻率可調(diào)的交流，作為交流異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速所需的電壓、電流和頻率。
水泵供水系統(tǒng)具有管網(wǎng)特性曲線，即通道管網(wǎng)的流量與所消耗的能量之間的關(guān)系曲線，它同時(shí)表明水泵的能量用來(lái)克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差，液體在管道中流動(dòng)的阻力。
水泵運(yùn)行工作點(diǎn)位置與水泵負(fù)載有關(guān)，在水泵負(fù)載經(jīng)常變化的情況下，水泵不能總處在高效區(qū)域里工作。為使水泵適應(yīng)外界負(fù)載變化的要求。我們可采用變速調(diào)節(jié)，即在管網(wǎng)特性曲線基本不變時(shí)，采用改變水泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變泵的Q—H特性曲線。從而改變它的工作點(diǎn)，達(dá)到即改變流量又能保證水泵恒定和輸入功率減少的目的。如圖1。
圖1 水泵變速運(yùn)行圖
根據(jù)水泵的相似定律，變速前后流量、揚(yáng)程、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
式中P1、H1、Q1為轉(zhuǎn)速n1時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量；P2、H2、Q2為轉(zhuǎn)速n2時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量。由此可見(jiàn)，當(dāng)水泵在變負(fù)荷工作情況下，采用變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，軸功率隨轉(zhuǎn)速比的三次方關(guān)系進(jìn)行變化，節(jié)電效果明顯。
3 白樓賓館供水泵組工作的現(xiàn)狀與問(wèn)題
石家莊市白樓賓館水泵房現(xiàn)有供水水泵三臺(tái)，型號(hào)為65DL-4，額定揚(yáng)程64m，流量30m3/h，轉(zhuǎn)速1450r/min，電機(jī)功率11kW，沈陽(yáng)馬二家水泵廠生產(chǎn)。
由于賓館用水水量極不穩(wěn)定，早、晚用水高峰常常是平時(shí)用量的二倍，而后半夜用水水量?jī)H為平時(shí)用量的三分之一，而且用水流量變化快，穩(wěn)壓時(shí)間短。
目前，采期電接點(diǎn)壓力表控制各泵的啟停，但當(dāng)用水負(fù)荷變化較大的，水泵電機(jī)啟停頻繁，造成電動(dòng)機(jī)及控制開(kāi)關(guān)故障頻繁，而且供水壓力不穩(wěn)定。
根據(jù)以上情況，我們給三臺(tái)水泵采用一套變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置。在保證供水管網(wǎng)壓力恒定的情況下，根據(jù)水流量的大小實(shí)現(xiàn)三臺(tái)水泵的循環(huán)軟啟動(dòng)，圓滿地解決了白樓賓館供水系統(tǒng)不穩(wěn)定的大問(wèn)題。
4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
針對(duì)白樓賓館供水泵組存在的問(wèn)題和用水負(fù)荷的實(shí)際情況，我們?cè)O(shè)計(jì)采用11kW富士變頻器，壓力傳感器，微電腦控制器(包括PID調(diào)節(jié))等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)垣壓控制系統(tǒng)， 使水泵恒壓供水，其供水壓力可調(diào)。
4.1 供水控制系統(tǒng)組成方框圖
圖2 系統(tǒng)框圖
4.2 工作原理
如圖2所示，控制器給定水泵管網(wǎng)一供水壓力值，變頻器根據(jù)此值輸出一定頻率的交流電源至水泵電機(jī)，拖動(dòng)水泵穩(wěn)定運(yùn)行，并輸出與壓力對(duì)應(yīng)的供水流量，保證水泵管網(wǎng)的壓力與控制器的給定壓力平衡。壓力傳感器時(shí)刻檢測(cè)管網(wǎng)壓力，并反饋至控制器，控制器根據(jù)反饋壓力與給定壓力的差值，控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，改變水泵流量，保證供水管網(wǎng)壓力始終穩(wěn)定在給定值附近，實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。3臺(tái)泵在控制器控制下，均由變頻器實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。
5 變頻調(diào)速后的節(jié)能效果及分析
白樓賓館采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)后，解決了目前 存在的供水管網(wǎng)系統(tǒng)水壓不穩(wěn)定，設(shè)備故障頻出等問(wèn)題， 取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。
5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益
目前的控制方式下,三臺(tái)泵平均輸入功率20kW,供水壓力3.7～5.8kg/cm2,年耗電175200kWh,按0.5元/kWh計(jì)算,每年電費(fèi)9.6萬(wàn)元。采用變頻恒壓供水控制裝置后,三臺(tái)泵平均輸入功率16kW,供水壓力4.5kg/cm2,年耗電140160kWh,電費(fèi)7.7萬(wàn)元,年節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支1.9萬(wàn)元。該項(xiàng)目改造投資3.2萬(wàn)元。
由此可知，采用變頻恒壓供水控制裝置后，每年節(jié)約電能35040kWh，節(jié)電率20％，投資回收期1.7年。
5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益
5.2.1 按用水實(shí)際需要定壓供水，可以自動(dòng)保證賓館的正常用水需要，即不會(huì)發(fā)生因瞬間用水量增加而引起的供水不足，也不會(huì)因瞬間用水量減少，管網(wǎng)出現(xiàn)超壓引起設(shè)備損壞，并且克服了原有控制方式下水壓在3.7～5.8kg之間的較大波動(dòng)。
5.2.2 電機(jī)循環(huán)軟啟動(dòng)，避免了在頻繁啟動(dòng)時(shí)，較大的啟動(dòng)電流對(duì)供電系統(tǒng)、配電設(shè)備和電機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)了電氣設(shè)備、水泵及管網(wǎng)的使用壽命，減少了檢修維護(hù)費(fèi)用及工作量，提高了供水安全。
5.2.3 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制后，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。
6 結(jié)論
白樓賓館采用變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置改造水泵組的運(yùn)行取得了較好的綜合效果。
我國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵的用電量約占發(fā)電量的31%，目前大多數(shù)風(fēng)機(jī)、水泵仍采用節(jié)流調(diào)節(jié)，節(jié)能潛力巨大，因此采用變頻調(diào)速裝置改造風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行方式，是目前企業(yè)節(jié)約電能，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施之一。
作者單位：河北省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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