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步，又因為變頻器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機的速度控制中較多采用。使用變頻器一個突出的優(yōu)點就是節(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，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，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 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、電動機的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實現(xiàn)。以往人們通過對電機的極數(shù)變化來調(diào)整電機的轉(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進行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實現(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)計時往往設(shè)計成“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、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(huán)運轉(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轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(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，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟動，具有欠壓保護、過壓保護、短路保護、過流保護功能，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，變頻器輸出頻率升高；用水量小時，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運轉(zhuǎn)時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將1#泵切換到工頻運行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運行，2#泵由變頻器供電投入運行，如果2#泵電機達到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運行，3#泵由變頻器供電投入運行，依此規(guī)律逐個投入運行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運行方式，3#處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達一定的下限時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將3#泵停止運行。同樣，3#泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將2#泵停止運行，依此類推。如果此時用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動將2#泵由變頻器供電運行……，所有水泵電機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，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機帶來機械沖擊，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)對水泵定期進行低頻運轉(zhuǎn)，以免有供水需要時，水泵不能正常起動。所以現(xiàn)在我們一般對水泵進行自動巡檢，即巡檢時采用變頻控制，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)用還遠遠不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣的應(yīng)用。可以相信，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，其泵身由電機和泵兩部分組成。泵結(jié)構(gòu)包括泵體、葉輪、泵蓋、機械密封等部件，泵和電機同軸。泵的軸向力由葉輪設(shè)平衡環(huán)來進行平衡。泵進、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，增加泵運行的穩(wěn)定性。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備設(shè)計選用要點:
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)入場檢驗合格后方可使用。設(shè)備的氣壓水罐、水泵機組、電器元件等構(gòu)成部件，應(yīng)在檢驗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)場檢驗整機性能。
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?標準(行業(yè)標準)的產(chǎn)品。
6）水泵機組的結(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:
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、進水管及出水管方向應(yīng)符合設(shè)計要求；安裝時其四周應(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。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步，又因為變頻器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機的速度控制中較多采用。使用變頻器一個突出的優(yōu)點就是節(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，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，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 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、電動機的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實現(xiàn)。以往人們通過對電機的極數(shù)變化來調(diào)整電機的轉(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進行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實現(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)計時往往設(shè)計成“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、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(huán)運轉(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轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(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，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟動，具有欠壓保護、過壓保護、短路保護、過流保護功能，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，變頻器輸出頻率升高；用水量小時，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運轉(zhuǎn)時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將1#泵切換到工頻運行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運行，2#泵由變頻器供電投入運行，如果2#泵電機達到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運行，3#泵由變頻器供電投入運行，依此規(guī)律逐個投入運行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運行方式，3#處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達一定的下限時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將3#泵停止運行。同樣，3#泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將2#泵停止運行，依此類推。如果此時用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動將2#泵由變頻器供電運行……，所有水泵電機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，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機帶來機械沖擊，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)對水泵定期進行低頻運轉(zhuǎn)，以免有供水需要時，水泵不能正常起動。所以現(xiàn)在我們一般對水泵進行自動巡檢，即巡檢時采用變頻控制，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)用還遠遠不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣的應(yīng)用。可以相信，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，其泵身由電機和泵兩部分組成。泵結(jié)構(gòu)包括泵體、葉輪、泵蓋、機械密封等部件，泵和電機同軸。泵的軸向力由葉輪設(shè)平衡環(huán)來進行平衡。泵進、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，增加泵運行的穩(wěn)定性。
變頻增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備設(shè)計選用要點:
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)入場檢驗合格后方可使用。設(shè)備的氣壓水罐、水泵機組、電器元件等構(gòu)成部件，應(yīng)在檢驗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)場檢驗整機性能。
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?標準(行業(yè)標準)的產(chǎn)品。
6）水泵機組的結(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:
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、進水管及出水管方向應(yīng)符合設(shè)計要求；安裝時其四周應(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。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、充水后的試運轉(zhuǎn)。
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