变频供水，变频给水专题

 

按水泵(指离心式水泵，下同)与自来水管道对接的方式的不同，二次加压供水可分为两种：①管道泵加压供水方式。②水箱一水泵加压供水方式。前一种是将水泵直接与自来水管道对接，对自来水进行加压，而后一种则是在二者之间加上了水箱，水箱的进水口与自来水管道对接，水箱的出水口与水泵的进水口对接。在第一种供水方式中，因水泵直接与自来水管道对接，虽然在非高峰用水时能利用管网的原有压力，达到节能的目的，但在高峰用水时，因没有蓄水装置，无法缓解高峰用水水量，且往用水高峰时水泵会对自来水管网产牛吸力，故很少被采用。在第二种供水方式中，由于水箱具有水量吞叶的功能，能确保用户用水可靠并能有效缓解高峰用水时对水源的冲击，且水泵不会对自来水管网产生吸力，因而该种供水方式得到广泛的应用。其缺点是自来水先流入水箱，再经水泵二次加压，自来水原有的压力被释放而无法被水泵利用。
二、问题的提出
广泛采用的第二种供水方式虽然供水可靠和对自来水管道无吸力，但自来水的原有压力无法利用而浪费了人量的能量。能否研制出既能利用自来水管道原有压力，又能在用水高峰时缓解水源的高峰负荷，并对自来水管道不产生吸力(无吸程)的供水方式呢?无吸程变频恒压供水方式(以下简称无吸程)的出现圆满地解决了这个问题。
三、无吸程的工作原理
1．构成
由图可见，无吸程供水就是将现有的两种供水方式并联起来，构成了一种新型的供水方式。具体实施的方法足：在各水泵的出口处加卜单向阀，在进水总管处装上压力传感器，在出水总管处装上远传压力表，用微机控制各水泵的开停，并用变频器凋整水泵的工作转速。

变频供水.JPG

2．工作原理
1)当自来水所提供的供水流量大于用户所使用的流量(即非高峰用水)时，多余的水量存入水箱而使水面上升，浮球阀逐渐关闭，于是压力传感器的数值(即自来水的压力)p传为也就逐渐增加。当『J传达到p时，压力传感器发出信号，于是微机给出指令，停止水泵Ⅱ，起动水泵I，因此构成了管道泵的供水状态。如前所述，此时水泵能有效地利用自来水管道原有的压力，达到节省能耗的目的。
2)当用户所使用的流量大于自来水所提供的供水流量(即高峰用水)时，自来水管网压力下降，当p传降到P 时，微机发出指令停止水泵l，开启水泵Ⅱ，此时水箱的水位逐渐下降，浮球阀打开， 自来水开始向水箱注水。这就构成了水箱一水泵的供水状态。如前所述，此时水箱在释放储存的水量，达到缓解用水高峰期自来水管网流量不足目的。
    这里，p 为无吸程供水从管道泵工作状态过渡到水箱一水泵工作状态时，压力传感器的读数值。P 为从水箱一水泵工作状态过渡到管道泵工作状态时，压力传感器的读数值。一般取p =0．04MPa。(这里p 必须大于或等于零，否则将对自来水管道产生吸力)，P ：p n+0．04MPa=0．08MPa。在压力传感器上设置P 大于p 的目的是：若P =p ，当自来水压力值恰巧在P
值的附近波动时，压力传感器发出的信号会使无吸程在管道泵和水箱一水泵两种供水方式之间频繁转换；若P >P ，则能避免该现象的发生。
3．管道变频泵的节能原理
    设水泵的进水口压力(即自来水压力)为p自，水泵出水口所需要的压力(即远传压力表的设定压力，由用户实际情况确定)为p设，理论上水泵的扬程只需达到p没一P自．即可(实际上，水流经过水泵时，水泵本身产生的阻力降约为P自的5％ ，这里忽略其影响)。但在实际选择水泵的额定扬程时，由于自来水压力波动的影响，应按最不利情况来考虑，也即按照P自的最小值P自 来考虑，故选用水泵的额定扬程P 应该等于p设一P自 i 。若水泵工频(50Hz)运转，则水泵出口实际压力值p实=P自 P =p设 P A?P自min 比实际所需要的压力p实多出P自一P自 。显然，P A?P自 >0，故造成了能量浪费。若采用变频泵，水泵的实际转速足变化的，而使实际出El的压力值始终恒定在P泄上，故不会造成能量的浪费。具体的工作过程简述如下。
    首先微机检测远传压力表的实际压力值p章，如果p实小于设定值p设时，微机控制变频器带动‘水泉增速运行，于是p变泵增大，直到p实=P自 p变泉=P没为止(p变泵为变频泵的压力提升值)。p设一P自的差值越大，变频泵的转速就越高；反之，P进一Pn的差值越小，变频泵的转速就越低，当P自一p设≥0(即自来水管网的压力达到或超过需要的设定值)时，变频泵的转速为零而无能量输出。由此可见，在管道泵状态下，采用变频泵能充分利用自来水管道的压力，使水泵以最合适的转速运转，对用户不产生多余的压力水头，达到显著节能的目的。
四、无吸程的应用
    为了验证无吸程供水的节能效果，对某综合服务楼的供水设备进行了改造。经查，该大楼需要水泵出口的设定压力为p设=0．32MPa，自来水管网的压力在0．10～ 0．26MPa之间波动。原来选用水箱一水泵式变频恒压供水设备，水泵型号为40DL×4(单台功率N=4kW，共二台，一用一备)，每月用电约为2 600kW?h。后改造为无吸程变频恒压供水方式(水泵型号不变，只对管路连接方式和微机控制柜进行改造，如图所示)，预测改造后每月耗电的情况计算如下。以自来水管网压力波动的中间值(0．1+0．26)／2= 0．18MPa作计算，若利用自来水压力，水泵实际的工作压力值应为：0．32?0．18=0．14MPa，占设定压力的0．14MPa／O．32MPa=44％。经观测，每天用水非高峰期的时间约为21h，高峰时间3h。
    (1)非用水高峰期当用水量相同时，水泵的功耗
与其工作压力成正比。故在非用水高峰期，无吸程供水每月实际消耗电量为2600×21／24×44％ =1 001kW?h。
    (2)用水高峰期其间，无吸程供水与普通变频供水设备的能量消耗相同。因用水高峰期占全天的3／24，故每月在此其间消耗的电量为2600×3／24=325kW?h，所以无吸程每月总电量消耗为1001+325=1 326kW?h。改后实测结果为每月耗电1 330kW?h，基本与测算相吻合(此误差来源于：①水流经水泵时的压力损失，约为5％。②用户用水及管网压力值的随机性)。因此无吸程供水与原变频调速供水设备相比较，耗电量仅为1326÷2600=51％ 。
五、结束语
    1)无吸程供水包含两种工作状态：① 管道泵供水状态。②水箱一水泵供水状态。无论哪一种状态，该设备对自来水管道始终不会产生吸力(无吸程)。
    2)在用水非高峰期时，无吸程供水能有效地利用自来水管网的压力，达到节能的目的。自来水的压力越高，节能效果越显著，当自来水压力达到用户要求时，无吸程实际的功率消耗为零。
    3)无吸程设备的适用范围广，只要自来水管网的压力达到0．08MPa以上的场所，都可以使用。
    4)如何有效地利用能源，是每个科技工作者所肩负的使命。我国的能源利用率很低，仪有美国的1／4，日本的1／1 1，能源利用率潜力巨大。而水泵每年消耗的电力占全国电力消耗量的30％，水泵耗电量巨大。作为二次加压供水装置，无疑对国家的能耗产生重要影响。因此若采用无吸程代替普通的变频加压供水，对于降低能源消耗，建设节约型社会，具有十分重大的意义。
参考文献
[1]姜校林．自来水管道无吸程二次加压供水设备：中国