無負壓(ya)自動給(gei)水(shui)設備(bei)水(shui)泵組合可(ke)優化(hua)變(bian)頻調(diao)速(su)給(gei)水(shui)

    一種新型(xing)給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)方案，它既保留(liu)了(le)無負壓自動給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)設備變頻調(diao)速恒(heng)壓給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)方案的優點：出水(shui)(shui)(shui)流(liu)量連(lian)續可調(diao)、出水(shui)(shui)(shui)壓力恒(heng)定、供水(shui)(shui)(shui)品質優良(liang)，又利用水(shui)(shui)(shui)泵(beng)組合技術降(jiang)低了(le)變頻調(diao)速器的設計容(rong)量，提高了(le)全系(xi)統(tong)的性能價格(ge)比。 

    目前，建筑物無負(fu)壓自動給水(shui)(shui)(shui)設備(bei)系統已逐漸放棄水(shui)(shui)(shui)塔、高位水(shui)(shui)(shui)箱、氣壓罐等(deng)傳統技術，而采(cai)用電腦控制配合變頻調速(su)(su)器對水(shui)(shui)(shui)泵電機(ji)無級(ji)調速(su)(su)、恒壓給水(shui)(shui)(shui)。這種技術在(zai)穩定(ding)水(shui)(shui)(shui)壓、減少設備(bei)體積(ji)、節能等(deng)方面(mian)有很大(da)進步(bu)，但由于(yu)使用了(le)價格昂貴、技術復雜的變頻調速(su)(su)器，降低了(le)給水(shui)(shui)(shui)系統的性(xing)能價格比。

    要解(jie)決這一問題(ti)，較(jiao)有(you)效(xiao)的(de)方法(fa)是在(zai)基本不降低(di)給水(shui)系統(tong)(tong)性能前提下降低(di)變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速器(qi)的(de)選用容量。市場調(diao)(diao)查(cha)表(biao)明，變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速器(qi)的(de)容量越(yue)大，對工(gong)程造價的(de)影響越(yue)大。因此，在(zai)設計(ji)容量較(jiao)大的(de)給水(shui)系統(tong)(tong)時(shi)，如何降低(di)變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速器(qi)的(de)容量，是提高工(gong)程性能價格比的(de)較(jiao)有(you)效(xiao)技術(shu)途(tu)徑。

1、二(er)進制變流量水泵組合穩(wen)壓(ya)給(gei)水方(fang)法 

    在(zai)文(wen)獻(xian)［1］中提(ti)出(chu)了一種不使用變(bian)頻器(或(huo)氣壓(ya)罐(guan))的自動穩壓(ya)給水(shui)方法(fa)，即二進制變(bian)流量水(shui)泵(beng)組(zu)合穩壓(ya)給水(shui)方法(fa)，現介紹(shao)如下：

    該無負壓自動給水設備系統共有四臺(tai)水(shui)(shui)泵(beng)M0、M1、M2、M3并聯運行(xing)，組(zu)合給水(shui)(shui)。各臺(tai)水(shui)(shui)泵(beng)的額定(ding)揚程相同，額定(ding)流(liu)量呈(cheng)二倍遞(di)變，即如M0的額定(ding)流(liu)量為(wei)q，則其他三臺(tai)水(shui)(shui)泵(beng)M1、M2、M3的額定(ding)流(liu)量分別(bie)為(wei)2q、4q、8q。

    以數(shu)字1表示水(shui)泵工(gong)作，數(shu)字0表示水(shui)泵停止工(gong)作。于是M0、M1、M2、M3四臺(tai)水(shui)泵的(de)工(gong)作狀態各用(yong)一位二(er)進(jin)制數(shu)a0、a1、a2、a3加(jia)以表達。它們組合在一起時的(de)工(gong)作狀態用(yong)一個四位的(de)二(er)進(jin)制數(shu)a3a2a1a0表示。

    四位二進制(zhi)數(shu)共有16種(zhong)變化(hua)(hua)情況(kuang)，這(zhe)(zhe)些變化(hua)(hua)狀況(kuang)不僅代表(biao)了當時(shi)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)合，而(er)且代表(biao)了當時(shi)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)組(zu)合所(suo)能提供給(gei)水(shui)(shui)(shui)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)口(kou)流(liu)量(liang)(liang)Qt(在(zai)計(ji)算每(mei)種(zhong)工況(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)口(kou)流(liu)量(liang)(liang)時(shi)，近似(si)忽略了由(you)于水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)并聯運行所(suo)造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)量(liang)(liang)損(sun)失)。即(ji)這(zhe)(zhe)個數(shu)越(yue)大(da)，則(ze)出(chu)(chu)口(kou)流(liu)量(liang)(liang)越(yue)大(da)；這(zhe)(zhe)個數(shu)越(yue)小(xiao)，出(chu)(chu)口(kou)流(liu)量(liang)(liang)越(yue)小(xiao)。由(you)此找到(dao)(dao)了根據用(yong)戶(hu)用(yong)量(liang)(liang)大(da)小(xiao)，調節系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)(liang)以保證穩壓(ya)(ya)(ya)給(gei)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)，其工作(zuo)原理是(shi)：電接點壓(ya)(ya)(ya)力(li)表(biao)設定(ding)上限壓(ya)(ya)(ya)力(li)H2、下(xia)限壓(ya)(ya)(ya)力(li)H1，由(you)H1與H2構成(cheng)了壓(ya)(ya)(ya)力(li)穩定(ding)區間。如實際(ji)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)H偏(pian)低，H＜H1時(shi)，可(ke)編程控制(zhi)器(qi)按表(biao)1所(suo)示二進制(zhi)數(shu)a3a2a1a0的(de)(de)(de)(de)(de)遞增(zeng)規律切(qie)換水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)組(zu)合的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)狀態(tai)，增(zeng)加系(xi)(xi)統(tong)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)(liang)，水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)上升直(zhi)到(dao)(dao)H≥H1，如水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)H偏(pian)高，H＞H2時(shi)，可(ke)編程控制(zhi)器(qi)按a3a2a1a0遞減規律切(qie)換水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)組(zu)合的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)狀態(tai)，減少系(xi)(xi)統(tong)流(liu)量(liang)(liang)，水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)下(xia)降直(zhi)至(zhi)H＜H2。這(zhe)(zhe)樣正常工作(zuo)時(shi)H1＜H＜H2，供水(shui)(shui)(shui)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)實際(ji)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)H就被穩定(ding)在(zai)H2與H1所(suo)規定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)范(fan)圍之內，達到(dao)(dao)穩定(ding)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)之目的(de)(de)(de)(de)(de)。

    利用這種(zhong)技術(shu)(shu)，在(zai)穩壓(ya)(ya)精(jing)度不(bu)高，用水(shui)負荷(he)波動(dong)不(bu)太頻(pin)繁情況下，不(bu)使(shi)(shi)用變(bian)(bian)頻(pin)調(diao)速(su)器(qi)亦可(ke)穩壓(ya)(ya)供水(shui)。但當(dang)穩壓(ya)(ya)精(jing)度較(jiao)高時，如不(bu)使(shi)(shi)用變(bian)(bian)頻(pin)調(diao)速(su)器(qi)，就須(xu)配備較(jiao)多的(de)(de)水(shui)泵(beng)(當(dang)然水(shui)泵(beng)的(de)(de)數目比(bi)傳(chuan)統(tong)水(shui)泵(beng)并聯組(zu)(zu)合(he)方法大為(wei)減少(shao))，對優化(hua)(hua)工程設計(ji)與(yu)方便施工十分不(bu)利。另外(wai)，用戶負荷(he)變(bian)(bian)化(hua)(hua)較(jiao)大時，不(bu)使(shi)(shi)用變(bian)(bian)頻(pin)調(diao)速(su)器(qi)會造成水(shui)泵(beng)組(zu)(zu)合(he)頻(pin)繁切換，使(shi)(shi)系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態穩壓(ya)(ya)精(jing)度大為(wei)下降(jiang)，電機的(de)(de)不(bu)斷啟(qi)停(ting)使(shi)(shi)能(neng)耗加劇。綜合(he)評價較(jiao)為(wei)理(li)想的(de)(de)方案是把變(bian)(bian)頻(pin)恒壓(ya)(ya)給水(shui)技術(shu)(shu)與(yu)二(er)進制變(bian)(bian)流(liu)量水(shui)泵(beng)組(zu)(zu)合(he)穩壓(ya)(ya)給水(shui)技術(shu)(shu)結合(he)使(shi)(shi)用。

2、無負壓自(zi)動給水(shui)設備(bei)水(shui)泵組合優化變頻(pin)調(diao)速恒壓給水(shui)方案 

    該無負壓(ya)自動(dong)給水(shui)(shui)設備系統共(gong)有三臺(tai)水(shui)(shui)泵(虛(xu)線所畫(hua)水(shui)(shui)泵不計入)P0、P1、P2，其(qi)中P0與P1的(de)額定流量為(wei)q，而(er)P2的(de)額定流量較(jiao)大為(wei)2q，三臺(tai)水(shui)(shui)泵的(de)額定揚程相同。另外只有P0采用變頻器連續控(kong)制轉速，而(er)P1與P2直接工頻電(dian)源開關控(kong)制。

    這樣配(pei)備(bei)的(de)(de)(de)無負壓自(zi)動給水設備(bei)水泵(beng)系(xi)統與典型的(de)(de)(de)變頻(pin)(pin)恒壓給水系(xi)統相比較(jiao)，后(hou)者(zhe)一(yi)般采用兩臺大(da)小一(yi)致(zhi)的(de)(de)(de)相同(tong)水泵(beng)，一(yi)臺變頻(pin)(pin)調速(su)控(kong)制(zhi)、一(yi)臺工頻(pin)(pin)開關(guan)控(kong)制(zhi)，多(duo)用了一(yi)臺小水泵(beng)。但由于變頻(pin)(pin)器所(suo)控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)水泵(beng)流量(liang)下降一(yi)倍，故所(suo)采用變頻(pin)(pin)器的(de)(de)(de)容量(liang)也大(da)致(zhi)下降一(yi)倍。實現了用容量(liang)小的(de)(de)(de)變頻(pin)(pin)器代替大(da)容量(liang)的(de)(de)(de)變頻(pin)(pin)器，降低(di)了整個系(xi)統的(de)(de)(de)性能價(jia)格比。

    對采用(yong)(yong)開關控(kong)制的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)P1與P2，用(yong)(yong)數(shu)(shu)字1表(biao)(biao)(biao)示水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)工(gong)作(zuo)，以數(shu)(shu)字0表(biao)(biao)(biao)示水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)停止工(gong)作(zuo)，于(yu)是(shi)P1與P2的(de)(de)組合(he)(he)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態用(yong)(yong)一個(ge)兩位的(de)(de)二進(jin)制數(shu)(shu)a2a1表(biao)(biao)(biao)示(如(ru)表(biao)(biao)(biao)2)。P0采用(yong)(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)連續調(diao)(diao)節電機轉速，把它與P1P2的(de)(de)組合(he)(he)工(gong)作(zuo)相(xiang)結合(he)(he)，則整個(ge)給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)系統的(de)(de)流(liu)量(liang)可(ke)以在0≤Qt≤4q的(de)(de)區間連續變(bian)化(計Qt時近似忽略了(le)由于(yu)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)并(bing)聯(lian)所(suo)造成的(de)(de)流(liu)量(liang)損失)。表(biao)(biao)(biao)2與表(biao)(biao)(biao)1的(de)(de)不(bu)同之(zhi)處(chu)在于(yu)：由于(yu)變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)P0的(de)(de)加入(ru)，可(ke)以在0≤Qt≤4q的(de)(de)全流(liu)量(liang)范圍內連續調(diao)(diao)節給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)，故理論上可(ke)以實現高精(jing)度的(de)(de)恒壓(ya)(ya)(ya)控(kong)制，而不(bu)是(shi)表(biao)(biao)(biao)1所(suo)描述的(de)(de)在一，定范圍內的(de)(de)穩壓(ya)(ya)(ya)控(kong)制。同時，與傳統的(de)(de)恒壓(ya)(ya)(ya)變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)系統相(xiang)比較，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)(de)設計選用(yong)(yong)容量(liang)可(ke)減小一半。因此，本方(fang)案兼具了(le)二進(jin)制變(bian)流(liu)量(liang)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)組合(he)(he)方(fang)案和典型變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速恒壓(ya)(ya)(ya)給(gei)(gei)水(shui)(shui)(shui)方(fang)案的(de)(de)優(you)點。

    若再增加一個(ge)容量為4q的(de)水泵P3(虛線畫出)，依據相同的(de)工作(zuo)原(yuan)理，給水系統的(de)出口流(liu)量可以在(zai)0＜Qt＜8q范圍內連續調節(jie)，同時水壓基本恒(heng)定(見(jian)表3)。

    通過(guo)以上二例可以總結出，如給水系統的設計流量(liang)(liang)為(wei)(wei)Q，則可(ke)以把變(bian)頻(pin)水泵(beng)的容(rong)量(liang)(liang)設計成q=Q/2n(n=1、2、3……)。同時再配備n臺(tai)工頻(pin)電源開關控制的水泵(beng)，這n臺(tai)水泵(beng)的額(e)定(ding)揚程(cheng)相同且(qie)與變(bian)頻(pin)水泵(beng)的揚程(cheng)一(yi)致(zhi)，但額(e)定(ding)流量(liang)(liang)設計值卻是兩倍遞變(bian)，即(ji)從小到(dao)大為(wei)(wei)：q、2q、4q……2n-1q。

    由這(n+1)臺水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(1臺變(bian)頻(pin)(pin)(pin)調速(su)控(kong)制(zhi)，n臺工(gong)頻(pin)(pin)(pin)開關控(kong)制(zhi))構(gou)成的水(shui)(shui)(shui)(shui)泵組合(he)優(you)化變(bian)頻(pin)(pin)(pin)調速(su)給水(shui)(shui)(shui)(shui)系統(tong)，即實現在全(quan)流量(liang)變(bian)化范(fan)圍內高質量(liang)的恒(heng)壓給水(shui)(shui)(shui)(shui)，又把變(bian)頻(pin)(pin)(pin)器的設計容量(liang)降(jiang)為q=Q/2n，降(jiang)低了變(bian)頻(pin)(pin)(pin)器的工(gong)程(cheng)預(yu)算價(jia)(jia)格，提高了整個(ge)給水(shui)(shui)(shui)(shui)系統(tong)的性能(neng)價(jia)(jia)格比。

3、結(jie)論 

    本文提(ti)出(chu)了(le)(le)無負壓自動給水設(she)備水泵組合(he)優化變(bian)(bian)頻調速(su)(su)給水方案(an)。它既保留了(le)(le)變(bian)(bian)頻調速(su)(su)方案(an)的優點：全流量范圍內可以實現高(gao)精度的恒(heng)壓給水，又(you)利用水泵組合(he)技術(shu)大大降低了(le)(le)變(bian)(bian)頻器選用容量，提(ti)高(gao)了(le)(le)系統的性能價格(ge)比(bi)。