【正文】 QD＝ 3571 190/1000=2375m3/d 則最大小時(shí)流量 QH＝ KH QD/T =*2375/24 = m3/h = 其中： T＝ 24h為每日用水時(shí)間 KH— 時(shí)間常數(shù)（Ⅲ類(lèi)住宅， KH＝ ） 秒流量計(jì)算公式： Ⅲ類(lèi)： Qq＝ Nq ＋ 其中 Nq為用水當(dāng)量 Nq＝ n f＝ 4 3571＝ 14284 （ nⅢ類(lèi)＝ 4，每戶平均用水量） Qq＝ Nq ＋ ＝ 14284 ＋ 14284 ＝ ＋ ＝ 由于 f＝ 3571 戶》 3000 戶，所以取 QH與 Qq 中較大者作為供水標(biāo)準(zhǔn)，流量取 Qq。 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 20 第四章器 件選擇 水 泵的選擇： 用戶 供 水量的確定： 設(shè)計(jì)流量應(yīng)按生活用水的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算。 本章小結(jié) 本章 闡述了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)單分析了系統(tǒng)的流程與工作過(guò)程。 如果變頻器發(fā)生故障而小區(qū)供水系統(tǒng)必須有所保證，這時(shí)必須用手動(dòng)運(yùn)行，將水泵切人工頻運(yùn)行。 當(dāng)電機(jī)發(fā)熱超標(biāo)時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，從而切除電機(jī)的電源。當(dāng)變頻器運(yùn)行到切換頻率下限時(shí)，如果壓力高于設(shè)定壓力，降運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻電機(jī)停止（ 1K2 斷開(kāi)），變頻器變頻運(yùn)行一段時(shí)間后，檢測(cè)壓力后，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運(yùn)行，直至全都工頻電機(jī)停止， 4＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行。 Ⅳ 當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達(dá)工頻 50Hz 以后，變頻器將 3＃ 泵投入工頻運(yùn)行，將 4＃ 泵投入變頻運(yùn)行：首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器 3K2 輸出高電平信號(hào) 3K1 輸出低電平，交流接觸器 3KM2 斷開(kāi)， 3KM3 處于吸合狀態(tài)， 3＃ 泵在工頻運(yùn)行狀態(tài)，然后變頻器 4K1 輸出高電平， 4KM2 處于吸合狀態(tài)， 4＃泵投入變頻運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)， 1＃ ， 2，3泵處于工頻運(yùn)行狀態(tài)， 4＃ 泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。按下 SB9，交流接觸器 KM9 處于吸合狀態(tài)，變頻器啟動(dòng) 1＃泵，一拖多擴(kuò)展板單元 1K1 輸出高電平，交流接觸器 1KM3 處于吸合狀態(tài)， 1＃泵處于變頻器運(yùn)行狀態(tài)， HL12 信號(hào)燈點(diǎn)亮 Ⅱ 當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達(dá)工頻 50Hz 以后，變頻器將 1＃泵投入工頻運(yùn)行，將 2＃泵投入變頻運(yùn) 行：首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器 1K2 輸出高電平信號(hào) 1K1 輸出低電平，交流接觸器 1KM2 斷開(kāi)， 1KM3 處于吸合狀態(tài)， 1＃泵在工頻運(yùn)行狀態(tài)，然后變頻器 2K1 輸出高電平， 2KM2 處于吸合狀態(tài)， 2＃泵投入變頻運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)， 1＃泵處于工頻運(yùn)行狀態(tài)， 2＃泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。 Ⅰ 當(dāng)液位滿足要求時(shí)交流接觸器 KM16 的常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，主電源被接入系統(tǒng)，這時(shí)按下 SB3 系統(tǒng) 處于自動(dòng)狀態(tài)，交流繼電器 KM11 的常開(kāi)觸 點(diǎn)吸合，電源接入變頻器，只要變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)交流繼電器 KM1 處于閉合狀態(tài)，變頻器就正常工作。 分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組（ 1＃ ， 2， 3＃ ， 4＃ 水泵電機(jī)）工作過(guò)程 ,可分為以下四個(gè)工作狀態(tài)： 1) 1電機(jī)變頻啟動(dòng)； 2)1電機(jī)工頻運(yùn)行， 2電機(jī)變頻運(yùn)行； 3) 1電機(jī)，2＃ 電機(jī)工頻運(yùn)行， 3＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行； 4） 1＃ 電機(jī)， 2＃ 電機(jī)， 3＃ 電機(jī)工頻運(yùn)行， 4＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行。 本系統(tǒng)附帶消防 設(shè)計(jì)，消防設(shè)計(jì)由星角手動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)自動(dòng)操作有故障不能運(yùn)行時(shí)，采用手動(dòng)操作泵水 。 工作流程與工作過(guò)程 系統(tǒng)流程圖 (附圖一 ) 系統(tǒng)框圖 （附圖二） 系統(tǒng)工作過(guò)程 ： 首先開(kāi)機(jī)，液位繼電器自動(dòng)輸出信號(hào)，如果液位比較低，不能滿足崩誰(shuí)要求，則整個(gè)泵水系統(tǒng)不能工作。如采用繼電器控制，則只能接成固定線路，靈活性太差，液不能很好的滿足泵水要求，故采用本身自帶 PLC程序控制為核心的電氣控制方案。實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程應(yīng)設(shè)定在水泵的高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步 變小，其頻率變化范圍在 40Hz以上，轉(zhuǎn)速下降在 20%以?xún)?nèi)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率 f 來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。水泵工作點(diǎn)是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定不變的。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。 本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）的確定方法。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，其頻率并非不受限制的，頻率太低 水泵會(huì)“空轉(zhuǎn)”而達(dá)到泵水的目的，頻率太高，水泵過(guò)載能力差。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有兩種調(diào)節(jié)方法，一是調(diào)節(jié)泵的閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)泵水的壓力與流量，另一是調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)供水的壓力和流量。所以，在多數(shù)情況下，下 限頻率應(yīng)定為 30Hz～ 35Hz。 一般來(lái)說(shuō)，上限頻率也以等于額定頻率為宜，但有時(shí)也可以預(yù)置的略低 一些，原因有二： （ 1） 變頻器由于內(nèi)部往往具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，所以，在同是 50Hz 額情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載； （ 2） 變頻調(diào)速系統(tǒng)在 50Hz 下運(yùn)行時(shí)，不如直接在工頻下運(yùn)行為好，可以減少變頻器本身的損失 因此，將上限頻率預(yù)置為 49Hz或 。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速 10％（ nx＝ ） 時(shí)，轉(zhuǎn)矩將比額定轉(zhuǎn)矩超過(guò)21％（ Tx＝ ），導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過(guò)載。所以，在變頻啟動(dòng)無(wú)過(guò)流的前提下，運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始頻率可預(yù)置的高一些，一般設(shè)定范圍為 0～ 20Hz（也可以通過(guò)預(yù)置下限頻率來(lái)達(dá)到目的） 。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在 20%以?xún)?nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在 50%～ 100%范圍內(nèi)變化， 0Q 1n 0AH sjBR 2R 1H 0H 10n 1CH 2H 圖 24 水泵節(jié)能分析圖 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 15 電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機(jī)時(shí)，由式 (2－ 15)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時(shí)，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門(mén)增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果十分顯著。從圖上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果十分明顯。如果水泵轉(zhuǎn)速?gòu)?n0 降到 n1，水泵性能曲線從 n0 平移到 n1，運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 C 點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 下降到 H2，流量從 Q0 減少到 Q1。運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 上升到 H1，流量從 Q0 減少 到 Q1。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門(mén)控制流量。因此，水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要盡量使水泵在高效區(qū)之內(nèi)運(yùn)行，避免使變頻器頻率下降得過(guò)低，而造成水泵在低效率段運(yùn)行。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在 H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速 n2所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn) B移至 C 點(diǎn)，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn) C 點(diǎn)，在圖 23 中可以找出 C 點(diǎn)的揚(yáng)程 HC、流量 QC 以及水泵運(yùn)行效率 C? 。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感 器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成 4～ 20?A電流信號(hào)送往 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)信號(hào)令變頻器頻率降低，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至 n2。 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變電源的頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。 η A AH AAH x QAH～Qn 1η ～ Q 圖 22 水泵工作點(diǎn)的確定 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 13 ????? HQkN (2－ 12) 1212 / nn ? (2－ 13) ? ?21212 nnHH ? (2－ 14) 將式 (2－ 13)和 (2－ 14)代入 (2－ 18)可得： ? ?31212 nnNN ? (2－ 15) 式 (2－ 12)中： ?－水的比重； k－功率常數(shù)。 當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過(guò) VVVF 降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?n1降低到n2。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率 f 來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。 2．水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié) 交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源頻率 f 具有如下關(guān)系： )1(60 spfn ?? (2－ 11) 式中： p－極對(duì)數(shù)； s－轉(zhuǎn)差率 因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。 從圖中可以看出，水泵在工作點(diǎn) A 點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭損失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有 條件的，平衡也是相對(duì)的。 水泵工作點(diǎn)的確定和調(diào)節(jié) 1．水泵工作點(diǎn)的確定 如果把某一水泵的性能曲線（即 H～ Q 曲線）和管路性能曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)系中，如圖 22 所示，則這兩條曲線的交點(diǎn) A 就是水泵的工作點(diǎn)。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程 sjH ）加上管路損失 [11]。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)確定后，相應(yīng)的 y? 、 j? 、 L、 A等參數(shù)都能確定， S 也就確定了。 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 管路水力損失及性能曲線 管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即 jys hhh ?? (2－ 6) 沿程損失： 2LQh yy ?? (2－ 7) 局部損失： ?? ?? 22222 QgAgh jjj ??? (2－ 8) 式中 y? －管路沿程摩擦損失系數(shù)； j? －局部損失系數(shù)； L－管路長(zhǎng)度 (m)； ? －各局部損失的計(jì)算流速 (m/s)； A －過(guò)水截面的面積 ( 2m )。變頻調(diào)速是根據(jù)這一公式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的。 目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 為 : n =60 f(1s)/p （ 2— 4） 式 2— 5 中 s 為電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 (s=)， p 為電機(jī)極對(duì)數(shù)， f 為定子供電頻率。保證了居民用水壓力的可靠。 根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過(guò)張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 11 壓力傳感器以獲得壓力信號(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速 保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)落后相結(jié)合，達(dá)到最佳節(jié)能效果。 根據(jù)水泵的相似原理： Q1/Q2=n1/n2 （ 2— 1） H1/H2=(n1/n2)*2 （ 2— 2） P1/P2 =(n1/n2)*3 （ 2— 3） 式中， Q、 H、 P、 n 分別為泵流量、壓力、軸的功率和轉(zhuǎn)速。管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0 恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒(méi)有能量的浪費(fèi)。這樣，在水量減少到 Q1時(shí)，將導(dǎo)致管網(wǎng)不利點(diǎn)水壓升高到 H1H0，則 h1即為水泵的能量浪費(fèi)。所以其工況點(diǎn)始終在 H? 上平移 。 （ 2）水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵的出口壓力恒定來(lái)控制：此時(shí)，當(dāng)用水量由 Qmax 下降時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變其特性。當(dāng)用水量從 Qmax 減少到 Q1 的過(guò)程中 ,采用不同的控制方案 ,其水泵的能耗也不同。 如圖 2— 1 所示， n 為水泵特性曲線 ,A 為管路特性曲線 ,H0 為管網(wǎng)末端的服務(wù)壓力 , H? 為泵出口壓力。因此水泵工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅會(huì)引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。反映水泵運(yùn)行工況的水泵工作點(diǎn)也稱(chēng)為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。 建筑高度增加時(shí)，無(wú)塔供水器只需要改變水壓設(shè)定值和修正流量參數(shù)就能滿足要求，而無(wú)需改變供水需求。 水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，也避免了電動(dòng)機(jī)突然加 速造成泵組系統(tǒng)的喘振。 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 9 由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過(guò)程中，其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程