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水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)方案
時間：2012/12/18 來源：浙江揚子江泵業(yè)有限公司
目前，建筑物給水系統(tǒng)已逐漸放棄水塔、高位水箱、氣壓罐等傳統(tǒng)技術，而采用電腦控制配合變頻調(diào)速器對水泵電機無級調(diào)速、恒壓給水。這種技術在穩(wěn)定水壓、減少設備體積、節(jié)能等方面有很大進步，但由于使用了價格昂貴、技術復雜的變頻調(diào)速器，降低了給水系統(tǒng)的性能價格比。
要解決這一問題，有效的方法是在基本不降低給水系統(tǒng)性能前提下降低變頻調(diào)速器的選用容量。市場調(diào)查表明，變頻調(diào)速器的容量越大，對工程造價的影響越大。因此，在設計容量較大的給水系統(tǒng)時，如何降低變頻調(diào)速器的容量，是提高工程性能價格比的有效技術途徑。
1 二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法
在文獻［1］中提出了一種不使用變頻器（或氣壓罐）的自動穩(wěn)壓給水方法，即二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法，現(xiàn)介紹如下：
圖1是運用二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法構(gòu)造的系統(tǒng)示意圖。
該系統(tǒng)共有四臺水泵M0、M1、M2、M3并聯(lián)運行，組合給水。各臺水泵的額定揚程相同，額定流量呈二倍遞變，即如M0的額定流量為q，則其他三臺水泵M1、M2、M3的額定流量分別為2q、4q、8q。
以數(shù)字1表示水泵工作，數(shù)字0表示水泵停止工作。于是M0、M1、M2、M3四臺水泵的工作狀態(tài)各用一位二進制數(shù)a0、a1、a2、a3加以表達。它們組合在一起時的工作狀態(tài)用一個四位的二進制數(shù)a3a2a1a0表示。
如表1所示，四位二進制數(shù)共有16種變化情況，這些變化狀況不僅代表了當時水泵的組合，而且代表了當時水泵組合所能提供給水系統(tǒng)的出口 流量Qt（在計算每種工況的出口流量時，近似忽略了由于水泵并聯(lián)運行所造成的流量損失）。即這個數(shù)越大，則出口流量越大；這個數(shù)越小，出口流量越小。由此找到了根據(jù)用戶用量大小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水流量以保證穩(wěn)壓給水的方法，其工作原理是：電接點壓力表設定上限壓力H2、下限壓力H1，由H1與H2構(gòu)成了壓力穩(wěn)定區(qū)間。如實際水壓H偏低，H＜H1時，可編程控制器按表1所示二進制數(shù)a3a2a1a0的遞增規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，增加系統(tǒng)出水流量，水壓上升直到H≥H1，如水壓H偏高，H＞H2時，可編程控制器按a3a2a1a0遞減規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，減少系統(tǒng)流量，水壓下降直至H＜H2。這樣正常工作時H1＜H＜H2，供水系統(tǒng)的實際水壓H就 被穩(wěn)定在H2與H1所規(guī)定的范圍之內(nèi)，達到穩(wěn)定水壓之目的。
利用這種技術，在穩(wěn)壓精度不高，用水負荷波動不太頻繁情況下，不使用變頻調(diào)速器亦可穩(wěn)壓供水。但當穩(wěn)壓精度較高時，如不使用變頻調(diào)速器，就必須配備較多的水泵（當然水泵的數(shù)目比傳統(tǒng)水泵并聯(lián)組合方法大為減少），對優(yōu)化工程設計與方便施工十分不利 。另外，用戶負荷變化較大時，不使用變頻調(diào)速器會造成水泵組合頻繁切換，使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)壓精度大為下降，電機的不斷啟停使能耗加劇。綜合評價較為理想的方案是把變頻恒壓給水技術與二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水技術結(jié)合使用。
2 水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速恒壓給水方案
如圖2所示，該系統(tǒng)共有三臺水泵（虛線所畫水泵不計入）P0、P1、P2，其中P0與P1的額定流量為q，而P2的額定流量較大為2q，三臺水泵的額定揚程相同。另外只有P0采用變頻器連續(xù)控制轉(zhuǎn)速，而P1與P2直接工頻電源開關控制。
這樣配備的水泵系統(tǒng)與典型的變頻恒壓給水系統(tǒng)相比較，后者一般采用兩臺大小一致的相同水泵，一臺變頻調(diào)速控制、一臺工頻開關控制，多用了一臺小水泵。但由于變頻器所控制的水泵流量下降一倍，故所采用變頻器的容量也大致下降一倍。實現(xiàn)了用容量小的變頻器代替大容量的變頻器，降低了整個系統(tǒng)的性能價格比。
下面描述圖2給水系統(tǒng)的工作原理。對采用開關控制的水泵P1與P2，用數(shù)字1表示水泵工作，以數(shù)字0表示水泵停止工作，于是P1與 P2的組合工作狀態(tài)用一個兩位的二進制數(shù)a2a1表示（如表2）。P0采用變頻器連續(xù)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，把它與P1P2的組合工作相結(jié) 合，則整個給水系統(tǒng)的流量可以在0≤Qt≤4q的區(qū)間連續(xù)變化（計Qt時近似忽略了由于水泵并聯(lián)所造成的流量損失）。表2與表1的不同之處在于：由于變頻調(diào)速水泵P0的加入，可以在0≤Qt≤4q的全流量范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)給水流量，故理論上可以實現(xiàn)高精度的恒壓控制，而不是表1所描述的在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓控制。同時，與傳統(tǒng)的恒壓變頻調(diào)速給水系統(tǒng)相比較，變頻器的設計選用容量可減小一半。因此，本方案兼具了二進制變流量水泵組合方案和典型變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點。
如圖2所示，若再增加一個容量為4q的水泵P3（虛線畫出），依據(jù)相同的工作原理，給水系統(tǒng)的出口流量可以在0＜Qt＜8q范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，同時水壓基本恒定（見表3）
表3 三臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設計
要解決這一問題，有效的方法是在基本不降低給水系統(tǒng)性能前提下降低變頻調(diào)速器的選用容量。市場調(diào)查表明，變頻調(diào)速器的容量越大，對工程造價的影響越大。因此，在設計容量較大的給水系統(tǒng)時，如何降低變頻調(diào)速器的容量，是提高工程性能價格比的有效技術途徑。
1 二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法
在文獻［1］中提出了一種不使用變頻器（或氣壓罐）的自動穩(wěn)壓給水方法，即二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法，現(xiàn)介紹如下：
圖1是運用二進制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法構(gòu)造的系統(tǒng)示意圖。
該系統(tǒng)共有四臺水泵M0、M1、M2、M3并聯(lián)運行，組合給水。各臺水泵的額定揚程相同，額定流量呈二倍遞變，即如M0的額定流量為q，則其他三臺水泵M1、M2、M3的額定流量分別為2q、4q、8q。
以數(shù)字1表示水泵工作，數(shù)字0表示水泵停止工作。于是M0、M1、M2、M3四臺水泵的工作狀態(tài)各用一位二進制數(shù)a0、a1、a2、a3加以表達。它們組合在一起時的工作狀態(tài)用一個四位的二進制數(shù)a3a2a1a0表示。
2 水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速恒壓給水方案
如圖2所示，該系統(tǒng)共有三臺水泵（虛線所畫水泵不計入）P0、P1、P2，其中P0與P1的額定流量為q，而P2的額定流量較大為2q，三臺水泵的額定揚程相同。另外只有P0采用變頻器連續(xù)控制轉(zhuǎn)速，而P1與P2直接工頻電源開關控制。
這樣配備的水泵系統(tǒng)與典型的變頻恒壓給水系統(tǒng)相比較，后者一般采用兩臺大小一致的相同水泵，一臺變頻調(diào)速控制、一臺工頻開關控制，多用了一臺小水泵。但由于變頻器所控制的水泵流量下降一倍，故所采用變頻器的容量也大致下降一倍。實現(xiàn)了用容量小的變頻器代替大容量的變頻器，降低了整個系統(tǒng)的性能價格比。
表2 二臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設計
表3 三臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設計
通過以上二例可以總結(jié)出，如給水系統(tǒng)的設計流量為Q，則可以把變頻水泵的容量設計成q=Q/2n（n=1、2、3……）。同時再配備n臺工頻電源開關控制的水泵，這n臺水泵的額定揚程相同且與變頻水泵的揚程一致，但額定流量設計值卻是兩倍遞變，即從小到大為：q、2q、4q……2n-1q。
由這（n+1）臺水泵（1臺變頻調(diào)速控制，n臺工頻開關控制）構(gòu)成的水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，即實現(xiàn)在全流量變化范圍內(nèi)高質(zhì)量的恒壓給水，又把變頻器的設計容量降為q=Q/2n，降低了變頻器的工程預算價格，提高了整個給水系統(tǒng)的性能價格比。
3 結(jié)論
本文提出了水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水方案。它既保留了變頻調(diào)速方案的優(yōu)點：全流量范圍內(nèi)可以實現(xiàn)高精度的恒壓給水，又利用水泵組合技術大大降低了變頻器選用容量，提高了系統(tǒng)的性能價格比。
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