【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(jī)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(jī)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(jī)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(jì)效益與社會效益。湖南科技大學(xué)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(jī)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(dāng)顯著。在討論變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能機(jī)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(xué)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(xué)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(rèn)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(dāng)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(xué)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(jìn)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(jìn)行具體測量和控制。考慮到動態(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(jī)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。由三湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）7相異步電動機(jī)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(jī)的磁極對數(shù)，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。磁極對數(shù)的改變通過改變電機(jī)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(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)差率實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為 ()emCusPrIP?39。223該損耗和電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠(yuǎn)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(jī)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(jī)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(jī)的電源頻率來實現(xiàn)電機(jī)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(jī)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）8變頻調(diào)速方式時，電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式 ])()[(2/239。139。2139。xsrfpUmT???（）式中 一一電機(jī)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(jī)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）9圖 變頻調(diào)速機(jī)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(fù)載的要求進(jìn)行。對于風(fēng)機(jī)，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選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(jī)的極數(shù)。一般電動機(jī)極數(shù)以不多于4極為宜，否則變頻器容量要適當(dāng)加大；（2）轉(zhuǎn)矩特性。在同等電動機(jī)功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取；（3）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(dāng)電動機(jī)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(hù)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(jī)相符；（2）～；（3）根據(jù)被驅(qū)動設(shè)備的負(fù)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)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(dǎo)體變頻器裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)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(jī)的功率。由于同容量電動機(jī)，其極數(shù)不同，電動機(jī)額定電流不同。隨著電動機(jī)極數(shù)的增多，電動機(jī)額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動機(jī)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(jī)額定電流為依據(jù)。這是因為，電動機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載，富裕系數(shù)，電動機(jī)規(guī)格等因素，往往電動機(jī)的容量富裕較大，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）10工業(yè)用電動機(jī)常常在50%～60%額定負(fù)荷下運行。若以電動機(jī)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(jì)上浪費，而可靠性并沒有因此而得到提高。變頻器與電動機(jī)的匹配主要是電動機(jī)的額定電壓及電流，如果電動機(jī)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(jī)，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(jì)性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機(jī)兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟(jì)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