【文章內(nèi)容簡介】 ，啟動能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。在運行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的 1/31/6，因而每個罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，加之啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。由此可見，變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）3第二章 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗與安全性分析在供水系統(tǒng)中，用水量處于動態(tài)變化過程之中，采取恒速泵供水方式，無法維持管壓恒定，同時也影響設(shè)備壽命；若采取閥門控制調(diào)節(jié)流量來維持管壓，必然造成大量的電能浪費；而且水泵電機直接工頻起動與制動帶來的水錘效應(yīng)，對管網(wǎng)、閥門等也具有破壞性的影響?；诤銐?、節(jié)能及安全性考慮，采取變頻調(diào)速恒壓供水方式是一種不錯的選擇。據(jù)統(tǒng)計采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)流量實現(xiàn)恒壓供水，可節(jié) 2050%，節(jié)能效果相當顯著。在討論變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能機理與安全性之前，有必要討論分析供水系統(tǒng)的一些基本概念和特性。 供水系統(tǒng)的基本模型供水系統(tǒng)的基本模型如圖 所示。摩擦損失吸入口水壓全 揚 程實 際 揚 程)(mHB)(mHT泵H0H1H3H2水面L0圖 供水系統(tǒng)的基本模型a)全揚程的概念 b)基本模型湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）4圖中： —— 水泵中心位置； —— 吸水口水位； —— 水平面水位； —— 管0L0h1h2h道最高處水位； —— 在管道高度不受限制的情況下，水泵能夠泵水上揚的最高位置3h的水位。表明水泵的泵水能力。在真實的管道系統(tǒng)中，這個位置并不存在。只有在大于管道的實際最高位置的情況下，才能正常水。3h主要參數(shù)有：1．流量 單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，常用單位是 /min；Q 3m2．揚程 也稱水頭，是供水系統(tǒng)把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化H量，數(shù)值上等于對應(yīng)的水位差，常用單位是 m；3．實際揚程 供水系統(tǒng)中，實際的最高水位 與最低水位 之間的水位差，即B 2h1h供水系統(tǒng)實際提高的水位。即： = ；BH2h14．全揚程 水泵能夠泵水上揚的最高水位 與吸入口的水位 之間的水位差。T 30全揚程的大小說明了水泵的泵水能力。即： = ； T0h5．損失揚程 全揚程與實際揚程之差，即為損失揚程。 , , 之間的關(guān)系LHBHTL是： = + 。供水系統(tǒng)為了保證供水，其全揚程必須大于實際揚程，這多余的TB揚程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵償各部分管道內(nèi)的摩擦損失；6．管阻 閥門和管道系統(tǒng)對水流的阻力和閥門開度、流量大小、管道系統(tǒng)等多R種因素有關(guān)，難以定量計算，常用揚程與流量間的關(guān)系曲線來描述；7．壓力 表明供水系統(tǒng)中某個位置水壓大小的物理量。其大小在靜態(tài)時主要取P決于管路的結(jié)構(gòu)和所處的位置，而在動態(tài)情況下，則還與流量與揚程之間的平衡情況有關(guān)。 供水系統(tǒng)的特性曲線和工作點供水系統(tǒng)的參數(shù)表明了供水的性能。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。這種聯(lián)系和變化規(guī)律可用供水系統(tǒng)的特性曲線直觀地反映，主要有揚程特性曲線和管組特性EH0NC EQNOB②①③④TABN湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）5曲線，如圖 。通過特性曲線圖可以掌握供水系統(tǒng)的性能，確定其工作點。圖 中：曲線①——額定轉(zhuǎn)速 時的揚程特性曲線；Nn曲線②——轉(zhuǎn)速 時的揚程特性曲線；1曲線③——閥門開度 100%時的管阻特性曲線；曲線④——閥門開度不足 100%時的管阻特性曲線。 圖 供水系統(tǒng)特性曲線 1．揚程特性 以管路中的閥門開度不改變?yōu)榍疤?，即截面積不變，水泵在某一轉(zhuǎn)速下，全揚程與流量間 的關(guān)系曲線 ，稱為揚程特性曲線。不同轉(zhuǎn)速下，揚程特性曲線不同，圖 )(QfHT?中的曲線①、②分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)速 、 ，且 ＞ 。Nn1Nn1曲線表明轉(zhuǎn)速一定時，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻損耗也就越大，供水系統(tǒng)的全揚程就越小，反映用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。在這里，流量的大小取決于用戶，是用水流量，用 表示。UQ用水量一定時，即 不變，轉(zhuǎn)速越低，水泵的供水能力越低，供水系統(tǒng)的全揚程U就越小。2．管阻特性以水泵的轉(zhuǎn)速不改變?yōu)榍疤幔y門在某一開度下，全揚程與流量間的關(guān)系曲線，稱為管阻特性曲線。不同閥門開度，管阻特性曲線不同，圖 中的曲)(QfHT?線③對應(yīng)閥門開度大于曲線④對應(yīng)的閥門開度。管阻特性表明由閥門開度來控制供水能力的特性曲線。此時轉(zhuǎn)速一定，表明水泵供水能力不變，流量的大小取決于閥門的開度，即管阻的大小，是由供水側(cè)來決定的，故管阻特性的流量可以認為是供水流量，用 表示。GQ在實際的供水管道中，流量具有連續(xù)性，并不存在供水流量與用水流量的差別。這里的 和 是為了便于說明供水能力和用水需求之間的平衡關(guān)系而假設(shè)的量。GQU當供水流量 接近于 0 時，所需的揚程等于實際揚程（ ） 。表明了如果BTH?全揚程小于實際揚程的話，將不能供水。因此，實際揚程也就是能夠供水的基本揚程。湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）63．供水系統(tǒng)的工作點揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點。在這一點，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖 中的 點表示水泵工作于額定轉(zhuǎn)速，閥門開度為 100%時的供水狀態(tài)，為系N統(tǒng)的額定工作點。4．供水功率供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率 （kW)稱為供水功率，供水功率與流量和揚GP程的乘積成正比 （）QHCrP?式中 一一比例常數(shù)。PC 供水系統(tǒng)中恒壓實現(xiàn)方式對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，而揚程難以進行具體測量和控制?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小是揚程大小的反映，而揚程與供水能力(由流量 表示 )和用水需求(由用水流量 表示)之間的平衡情況有關(guān)。GQUQ若供水能力 ＜用水需求 ，則壓力 下降；UP若供水能力 = 用水需求 ，則壓力 不變。G若供水能力 ＞用水需求 ，則壓力 上升；QU可見 ，流體壓力 的變化反映了供水能力與用水需求 之間的矛盾。從而，選PUQ擇壓力控制來調(diào)節(jié)管道流量大小。這說明，通過恒壓供水就能保證供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量。 異步電動機調(diào)速方法通過轉(zhuǎn)速控制法實現(xiàn)恒壓供水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵通過聯(lián)軸器由三相異步電動機來拖動，因此水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。由三湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）7相異步電動機的 ())1(60)1(spfsn???由式（）可知調(diào)速方法有變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速和變頻調(diào)速。1．變極調(diào)速在電源頻率一定的情況下，改變電動機的磁極對數(shù)，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。磁極對數(shù)的改變通過改變電機定子繞組的接線方式來實現(xiàn)。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機，而且是有極調(diào)速，級差大，不適用于供水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。2．變轉(zhuǎn)差調(diào)速通過改變電動機的轉(zhuǎn)差率實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子銅損耗為 ()emCusPrIP?39。223該損耗和電機的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。電動機工作在額定狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率 很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機效率高。但在供水系統(tǒng)s中由轉(zhuǎn)速控制法實現(xiàn)恒壓供水時，為適應(yīng)流量的變化，電機一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠低于額定轉(zhuǎn)速，此時的轉(zhuǎn)差率 增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機運行效率降s低。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時過載能力低，還需一臺與電動機相匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。3．變頻調(diào)速通過調(diào)節(jié)電動機的電源頻率來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式。這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式的，簡稱為 VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)。在改變輸出頻率的同時也改變輸出電壓，以保證電機磁通基本不變，其關(guān)系為 = 常數(shù)1fu式中 一一變頻器輸出電壓， 一一變頻器輸出頻率。1uf湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）8變頻調(diào)速方式時，電動機的機械特性表達式 ])()[(2/239。139。2139。xsrfpUmT???（）式中 一一電機相數(shù)； 一一定子電阻； 一一定子漏電抗； 一一轉(zhuǎn)子漏電抗折1m1r1x39。2x算值。頻率 從額定值 往下調(diào)時， 。1fNf圖中 ＞ ＞ ＞ ＞ 。N234變頻調(diào)速過程的特點： 靜差率小，調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑性好，而且，很關(guān)鍵的一點是調(diào)速過程中，其轉(zhuǎn)差率不變。電機的運行效率高，適合于恒壓供水方式中的轉(zhuǎn)速控制法。因此恒壓供水系統(tǒng)中采取變頻調(diào)速方式可以獲得優(yōu)良的運行特性和明顯的節(jié)能效果。 nT1f23f4N湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）9圖 變頻調(diào)速機械特性 變頻器選型變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個方面。其總的原則是首先保證可靠地滿足工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。變頻器的型式選擇根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類:普通功能型U/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能U/F控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負載的要求進行。對于風機，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速負載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇普通功能型的變頻器。在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù):（1）電動機的極數(shù)。一般電動機極數(shù)以不多于4極為宜，否則變頻器容量要適當加大；（2）轉(zhuǎn)矩特性。在同等電動機功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選?。唬?）電磁兼容性。為減少主電源千擾，使用時可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當電動機與變頻器距離超過50m時，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜。變頻器的選型應(yīng)滿足以下條件:（1）電壓等級與驅(qū)動電動機相符；（2）～；（3）根據(jù)被驅(qū)動設(shè)備的負載特性選擇變頻器的控制方式；變頻器容量選擇變頻器的容量可從三個角度表述:額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流量是一個反映半導體變頻器裝置負載能力的關(guān)鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。變頻器的額定功率指的是它適用的4級交流異步電動機的功率。由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。隨著電動機極數(shù)的增多，電動機額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動機額定電流為依據(jù)。同時，對于原來采用變頻器的改造項目，變頻器的容量選擇也不能以電動機額定電流為依據(jù)。這是因為，電動機的容量選擇在考慮最大負載，富裕系數(shù)，電動機規(guī)格等因素，往往電動機的容量富裕較大，湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）10工業(yè)用電動機常常在50%～60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟上浪費，而可靠性并沒有因此而得到提高。變頻器與電動機的匹配主要是電動機的額定電壓及電流，如果電動機額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級的變頻器。對于鼠籠式異步電動機，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟性好而且輸出波型更好。3. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度，濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這些因素與能否長期安全、可靠運行有很大的關(guān)系。常見有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供設(shè)計中選用