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变频调速供水设备在冷却水循环泵 !`=_BT"e7
恒压供水系统中的应用 9"Yw &-m
○浙江台州路桥自来水公司 刘小斌 M0nx+YNfT%8
一、前言 a^:r+tC
路桥自来水公司的一个用户于2001年底提出了扩容用水的申请，并委托自来水公司代为落实整个供水系统的设计、设备选型、安装调试。现就此项目来说明变频调速供水设备在冷却水循环泵恒压供水系统中的应用。 G\N($]d
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二、设计要求 ] [
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(1)用途：用于单晶炉冷却水（循环）； 5LO&C_(Sx
(2)选配三台泵，二用一备； #pYUsl{]
(3)每台泵的流量为150立方米/h； D_4{-|{tw 8
(4)要求供水压力范围:0.25---0.30mpa; x\? YZn)
(5)停电后能用自来水应急供应; Rx] xre
(6)正常时，采用水池循环水； cy=:_5 Y=B
(7)补充水源为自来水，要求自动补充； yx%]M),N3
(8)出水管为二根； 9ofNgp~ M
(9)泵房尺寸约6m×6m； -PtYLH)-R
(10)已知贮水池容积为100立方米，深3.0m，(其中地上约2.2m，埋深约0.8m)； Bn[WT[E&b
(11)水温约30～40℃； l
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现公司共有30台单晶炉，配备18.5kw的立式离心泵。因公司规模扩展，需再增加70台单晶炉，故需增设相应的配水系统。 7Q V?�?Y\
根据设计要求，新上的配水系统宜选配变频调速恒压变流量供水系统。 qq1(Dc@5
三、恒压供水的原理及应用 yjnPvY `5w
1．变频调速的原理及应用 D f@l3yOF
在恒压供水系统中，其核心部件为变频器。
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变频调速的理论于六十年代早已提出并日趋完善,而变频调速的产品在八十年代初期才真正达到商品化大规模推广。在工业发达国家，变频调速占可调速产品的80%左右，我国从1986年开始较大规模的技术及产品引进以来，应用日趋广阔。 4+V 2Q0@
集利用大功率晶体管及现代的大规模集成电路、计算机控制技术为一体的变频调速器是根据电机学原理，通过改变电机侧的供电电源频率(工频50hz 变为0～50hz)达到改变电机转速的目的，从而达到根据生产工艺的要求，合理调整电机转速，实现节能，提高生产效益及经济效益的目的。 1wgaD *|
变频调速技术应用在风机、水泵上效益非常显著。一般情况下泵房由于在生产初期对泵机选用留有裕量,用水量的大小直接影响到水泵出水口的压力。常规的做法是调节阀门的开启度，或者是大小泵机的切换，以及设回流阀等。这就造成供水压力和能耗的损失，并且也达不到恒压供水的目的。而且由于值班人员、天气或者用户用水量大小等诸多因素，压力偏低时用户用不上水，压力偏高时管道漏损、电耗增加，甚至发生恶性爆管事件，直接或间接造成相当大的经济损失或社会影响。 kd="{R:ni-[
国内厂矿企业目前在建或改建的供水水泵大部分都设置了变频调速设备。 NTg=8l;j
变频调速系统用于供水泵机以后，均能收到良好的节能效果，一般节能率可达到 20%～30%。对个别新建厂由于生产规模未达到预定设计，节能高达40%以上。另一方面，提高了供水质量，提高了管道安全运行的可靠性，降低管网的维护、维修费用，爆管率及漏损率大大降低。 j}bM[{h1!K
2．变频调速恒压供水系统的原理及应用 [Q0lB[=Q@
应用变频器驱动水泵，通过压力传感器检测出水管网的压力，经过智能pid调节器对实际值（pv）与设定值（sv）的分析、比较、运算后，输出信号给速度控制器来控制电机的转速（在同一联轴器上的水泵轴转速也同时得到同速调整），以此来达到保证供水管网压力恒定的控制要求。因此，该系统能根据管网上用水量的变化，及时调节水泵转速以达到恒压变流量供水，同时亦可以达到较大幅度的节能和节水。在24小时管网需求水量不均衡的系统中，节电率一般可达到１0%～40%（与不调速情形相比较），节水5% 以上（恒压后，可进一步减少压力过高时的管网漏损以及用户水笼头处水压过高时，关闭不及时的浪费），管网的恶性爆管率可进一步降低，管网抢修开支减少，因此，该系统的应用可取得多种综合的社会效益和经济效益。 K d^x;r(m
采用变频器及鼠笼电机构成的恒压变流量的系统构成框图如(图1)所示： @b{HK\Wp@\]
（图1）自动恒压供水系统构成示意 p&"5"k B
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新型变频调速自动恒压变流量供水原理如（图２）所示：当恒压于ha，流量qa变小至q1，若水泵转速不变，压力会上升至b1处，压力传感器输出压力上升信号，经智能调节器分析运算后输出下降信号给调速电机的变频控制器，调速电机转速随即从n0降低至n1，使管网压力维持在b点，以保持恒压ha，同理，当流量变化至q2时，压力升至c1点而调速电机随即降低转速至n2，压力维持在c点，仍保持恒压ha，从而实现了水泵自动恒压变流量供水。反之亦然。 *pT
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（图2）自动恒压变流量供水原理图 'I+u@z4%r
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四、设备选型方案 ]@.c|bkV
根据设计要求，新上的配水系统宜选配变频调速恒压变流量供水系统。 (pq zU jF^
根据流量及扬程要求，宜选配6sa-8a型水泵（扬程在34m时，流量可达到160立方米/h）。 FX:g "+Ed=
要求自来水作为停电时的应急供水水源，由于《城镇自来水供水条例》中规定，严禁厂矿企业或个人将自备用水与自来水管路直接连通。因此，根据现场具备的条件，仍将高位水塔作为应急备用水源。如供水方认可，也可通过单向截止阀等设施将自来水管网与厂内冷却水管网连通（具体接法详见工艺图，但此方案存在自来水水质可能被污染的风险，建议最好不采用）。 -$@^@"?47E
五、节能及经济效益分析 R"-4O&;;x
水泵属于平方转矩负载，其轴功率转速、流量存在以下的关系公式： _HM8_,=\E
q^=（n^/n）×q rA#R *LP^_
h^=（n^/n）2×h oD S;eujW
n ^=（n^/n）3×h #kMR=*0Sz
q^、h^、 n ^、n^分别为调速后的流量、扬程、轴功率、转速； "{#P3A"h=l
q、h、n、n分别为水泵的额定流量、扬程、轴功率、转速； ^:n7%v0
从以上三式可以看出，若假定泵机的转速下降20%，则其轴功率消耗为： _opw}o ol
n ^=（n^/n）3×n=0.512n /Q`1=54U
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即可降低能耗近50%。 WM=4VG (lR
在实际运行中，如按比较保守的数字测算，以年平均节电30%计算，一台22kw的泵机应用变频调速设备后可节电： r*h .S '`
22×30%×24×365=57816kwh CFM.vGf*
按电费单价0.60元/kwh计算，年可节约电费 qxK('#n\
57816×0.60=34690万元 wJ;"$3t
若一套22kw的变频调速系统装置投资及配套的改造费按6.36万元计算，则投资回收年限为： F:mE#,Mw
6.36万元/3.469万元/年= 1.8年 w/Z]cZ3g!(J
即在不到二年的时间内即可通过节电产生经济效益而收回投资。在此数据中尚不含漏损率下降、爆管率下降、抢修费用下降、爆管引起的停产等间接经济效益和社会效益。 ;~\~@%
六、选用主要设备的技术规格要点 ,jM ~ S(0z
1．变频器 4u Tl"BU]
厂商：日本fuji（富士） �mw_/^H s&Y
型号：frenic5000—22p11s—4je [=(m=K'
技术参数 V yRU
电源要求 ：38kva/400v/50hz三相 AuqV: r#
标准输出功率：22kw（jis标准）对应国标 22kw D1X0wuNa$
输出电流 ：46a c'
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过载能力 ：120%1分钟 S$ `( .&Y
允许输出波动：电压+10～15% !zU/ 4G! T
三相电源电压不平衡度度≤3% 0_\ANbW)
频率：±5%
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防护等级 ：ip00 TA~rjZ,vM?
冷却方式 ：风冷 ?ilU (n0!
防护方式 ：过载（过流）、过电压、外来电 gU}JNYo q2
涌电压、欠电压、过热、cpu出 错等 A2;gN7 tgs
2. 水泵 ~GD}`L sl
（见表1） =rX&u1}6jy
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即:选配套电机为22kw的6sa—8a型水泵,扬程为34m时,流量可达到160立方米/h，泵吸口管径为150mm，泵出口管径为100mm； NyWzV JI
七、效果及结论 5
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（1）在运行过程中，水泵的出水流量随用水量大小而作自动调整，并可做到从多泵到单泵的平滑切换，改变以往阶梯式调节； C?!Ruc,J]
（2）可以人为控制供水压力、流量、功耗，并可将泵机运行调整在最高效区间； ZX7i^rk!no
（3）由于变频器带动电机水泵运转时是从零电流缓慢启动电机，对电机及水泵设备无冲击损害，可延长这些设备的使用寿命； NS ^?/
（4）泵机的有效备份增加。在变频调速系统运行时，工频22kw泵机与变频22kw泵机并联运行可以替代单台45kw泵机，因此，在日常运行以及设备检修时，互为备份的设备增加了； `RAE"I4 J
（5）供水安全系数增加。供水的压力可以人为设定，运行过程中自动跟踪设定值，即使用水量突然降低，水泵的出口压力也会自动随即调低而避免爆管现象的发生； VY1z?OaY{,+
（6）增加循环供水水量，提高供水质量。在节能的同时，可以消除欠压供水，增加循环供水水量，并保证管网末梢的供水压力； oz}!\{#12
（7）为企业设备上台阶、管理上等级提供了及为有利的条件。 [版权归原作者及 中国阀门网共同拥有，转载请注明出处] |
