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數字集(jí)成全變頻控製(zhì)恒壓供(gòng)水設備 為什麽更加節(jiē)能(上)?

返回列表 來源:上海高田製(zhì)泵有限公(gōng)司 瀏覽:3701 發布日期:2019-05-29 06:06:02
變頻調速增壓(yā)供水從二十世紀九十年代開始在我國推(tuī)廣使用,是我國近二十幾年來應用廣泛的二次增壓供水係統。但圍繞采用變頻調速供(gòng)水(shuǐ)設備的用戶是否普遍都有較好的節能效果,業(yè)內(nèi)卻又一直存有較(jiào)大爭議。

采用數字集成全變頻(pín)控(kòng)製技術研發(fā)成功的(de)水泵(bèng)專用數字集成變頻控製器並將其成功應用於建築二次供水領域,是變頻調速供水設備(bèi)控製技術研發進程中的關鍵突破和(hé)重大創(chuàng)舉。數字集成全變頻控製恒(héng)壓供水設備與傳統單變頻、多(duō)變(biàn)頻恒壓供水設備相比的顯著特點是高效和節能,它的推廣應用將引領未來建築二(èr)次供水(shuǐ)設備發展的主導潮流。

變(biàn)頻調速增壓供水從二十世(shì)紀(jì)九十年代開始在我國推廣(guǎng)使用,是建築二次(cì)供水技術的裏程(chéng)碑(bēi)跨(kuà)越。所以,變頻調速(sù)供水係統也是我國近(jìn)二(èr)十年來應用廣泛的二(èr)次增壓供水(shuǐ)係統。變頻調(diào)速供(gòng)水設備(bèi)之所以受到如此青(qīng)睞,除其具有係(xì)統供(gòng)水(shuǐ)壓力穩定、采用密閉係統(tǒng)使水質避免受到二(èr)次汙染、確保(bǎo)飲水衛生和可實現全自動控製、運行安全可(kě)靠(kào)等諸多特點(diǎn)以外,更重要的一點就是大家普遍(biàn)認為(wéi)該係(xì)統具有很好的節能效(xiào)果。

但是,通過對相(xiàng)當一部(bù)分用戶變(biàn)頻(pín)調速供(gòng)水設備(bèi)運行狀況的長期(qī)觀察和現場測試,圍繞變頻調速供水(shuǐ)設備是否真正節能或采用變頻調速供水係(xì)統的用戶是否普遍都有較(jiào)好的節能效果這一話題?業內卻又一直存有較大爭議。

威尼斯官方网站知道,影響變(biàn)頻調速供水係統節能效果的關鍵因素取決於係(xì)統中所選用的變頻調速供水設備是否能長期工作在水泵高效區。而(ér)要做到這一點,又主要取決於以(yǐ)下二個方麵:

一、設計人(rén)員根據工程項目供水係統實(shí)際情況選用合適、匹配、理想的水泵和水泵機組

根據水(shuǐ)泵相似定律,對同一台水泵的輸出功率與轉速、揚程及流量有(yǒu)如下關係式:

從以上公式可以看出:當楊(yáng)程(chéng)不變時,水泵出水量減小,轉速可同比例下降,其所需軸功率也會快速下降,能耗大幅降低。

在恒壓變流量供水係統(tǒng)設計過程(chéng)中,設計人員通常都是按係統設計(jì)流量選擇水泵。變頻調速供水設備實現節能的(de)原理就是:當(dāng)工作泵出水小於其(qí)額(é)定(dìng)流量時,水泵電機以低於工頻50Hz的頻率(lǜ)運行,水泵轉速降低,所消耗的功(gōng)率也相應降低,從而(ér)達到節能的目(mù)的(de)。

但是,從泵組實際運行情況來看,隨著電機轉速的變化,水泵和(hé)電機的效率(lǜ)也(yě)在變化。通常,在水泵轉速100%~60%變化範圍內(即水泵出水量在100%~60%變化範圍(wéi)內),水泵和電(diàn)機的效率變化幅度不是很大,節能(néng)效果相對明顯;當水泵轉速低於60%時,水泵和電機的效率(lǜ)將顯著降低,不節能或節(jiē)能有限;當頻(pín)率(lǜ)降至25Hz以下時,水泵不出水、電機不做功。

而設備實(shí)際運行時係統供(gòng)水流量是一個動態變化(huà)的過程。以城鎮居住小區為例,其用水高峰據統(tǒng)計一般隻占全天用水時間的20%左(zuǒ)右(yòu),即(jí)一天中大(dà)多數時(shí)段用水(shuǐ)需求均處於(yú)低峰、低穀狀態,此時設備水泵如處(chù)於低效(xiào)率區運行,勢(shì)必造成電能的長時間浪費。

所以,現行《建築給水排水設計(jì)規範》、《全國(guó)民用建築工程設計技術措施·給水排水》及各大(dà)版本《建築給水排水設計手冊》都要求工程設計人員在變頻調速(sù)供水係統設計(jì)中應選擇Q――H特性曲線隨流量增加揚程逐漸下降、高效區段流量範圍(wéi)寬、無駝峰的水泵,即泵組高(gāo)效(xiào)區流量範圍與係(xì)統日常運(yùn)行過程中的流量變化範圍之比例相協(xié)調。從而使泵組工作(zuò)穩定,在多台水泵並聯運(yùn)行時(shí)安全可靠,並達到(dào)較(jiào)好的節(jiē)能效果。

不過,令廣大(dà)建築給排(pái)水設計人員深感為難的是,設計采用變頻調(diào)速供水係(xì)統的工程項目很多(duō),地(dì)域分布範圍又廣,項目和項目之間(jiān)的係(xì)統設計參數千差萬別,每個項目供水係統每年、每季、每月、每天的用水工況都在變化,要選擇到泵組高效(xiào)區流量範圍與係統日(rì)常使用過程(chéng)中(zhōng)的流量變化範圍基本吻合的變頻調速(sù)泵組並非易(yì)事,實際上(shàng)難(nán)以做到(dào)。

二、研發高效區範(fàn)圍更寬、效率更高、更加節能的變頻調(diào)速供水設備


自二十世紀末開始,國內外知名度較(jiào)高的(de)多家變頻調速供水設備(bèi)生產企業針對用(yòng)戶實際運行中存在的不節能或節(jiē)能有限的實際情況,都投入了大量的人力、物(wù)力和財力,潛心研發高效區(qū)範圍更寬、效率(lǜ)更(gèng)高、更加節能的變頻調速恒壓供(gòng)水設(shè)備。而且取得了長足(zú)的進步和驕人的業績。

1、進(jìn)一步提高水泵效率(lǜ)是一條捷徑,但很可惜基本已無潛力可挖

從1875年至今的130多年時間裏,為了不斷提高離心泵的(de)效率,世界水泵研(yán)發製造行業的精(jīng)英們做出了(le)艱苦的努力。時至今日,想要再從整體(tǐ)上提高(gāo)離心(xīn)泵效率的空間(jiān)已很微小,哪怕是僅僅提(tí)高1%,也似空中樓(lóu)閣,難以如願。

2、千方百計提高泵組電(diàn)機效率

當變頻(pín)調(diào)速泵組電機長時間處在低於50Hz 較多的頻率下運行時,泵組運行工況實際上已偏離泵組高效區段,在(zài)非相似工況下的(de)低效率區範圍工(gōng)作,其功率消(xiāo)耗也不再遵從與電(diàn)機轉速的三次方成正比的計算公式,泵(bèng)組效率大大降低,且此時電機容易發(fā)熱,引起軸承潤滑油脂熔(róng)化流失,導致噪音增大、電機(jī)使用壽命降低。

鑒於上述原因,業類很多(duō)廠家紛紛采用更加先進的電機材料和(hé)高效的電機形式,減少(shǎo)電機發熱能耗損失,從而達到提高整機效率的目的(de)。

3、改變傳統變(biàn)頻調速控製方式,采用數字集成全變頻控製技(jì)術,使變(biàn)頻調速恒壓供水設備在係統任何(hé)流量工況都同(tóng)樣具有明顯的節能效果。

變頻調速供水設備主要是由泵組、管路係統(tǒng)和電氣控製係統三大部分組成的。回(huí)顧變頻調(diào)速供水設備的發展曆程,在(zài)著眼提高泵(bèng)組效率(lǜ)的同時(shí),還得益於近三十(shí)年來電(diàn)氣控製元器件的多次更(gèng)新換代,其泵組電氣(qì)控製技術也先後經曆了(le)三個主要發展階段。

(1)早期采用由通用變(biàn)頻器、PLC控製器和(hé)繼電器控製電路組成的(de)變頻調速控製技術(即早期單(dān)變頻控製技術(shù))

早期(第一階段)變頻調速供水設備采用(yòng)的電氣控製技術是在傳(chuán)統工(gōng)頻運行水泵繼電器控製電路的基礎上增加了一個變頻器(qì)和一個PLC可編程控製器,即由通用變頻器、PLC可編程控製器和大量的開關、繼電器、交流接觸器、各類連接(jiē)導線等觸點開關類電氣元(yuán)器件和體積龐大的控製櫃組成(chéng)(見(jiàn)圖(tú)1)。
早期PLC單變頻控製櫃

這種控(kòng)製係統中(zhōng)的PLC可編程控製器、通用變頻器雖然能(néng)使泵組(zǔ)根據(jù)係(xì)統流(liú)量變化變頻(pín)調速運行,但因受水泵自身高效區(qū)範圍較窄(zhǎi)製約,使變頻泵隻在出水量100%~60% 變(biàn)化區段有較明顯節能效果;水泵的啟動和停止依然要(yào)完全依靠繼電器電路來控製,水泵的運行也隻(zhī)能實現自動啟停和手動應急(jí)啟(qǐ)停;且其控製(zhì)電路自身控製(zhì)元器件多、觸點切換容易產生故障、電(diàn)路元器件發熱產生較大能耗(約為水泵電機額定功率的3%~5%),控製櫃體積大;設備調試操作技術要求高、需專業人員根據係統工況的不同現場(chǎng)獨立編程、整機標(biāo)準(zhǔn)化程(chéng)度(dù)較低、不利於售後的維護和維修;設備(bèi)運行過(guò)程中隨著係統用水(shuǐ)量的增加,水泵(bèng)在變頻——工頻轉換(即加泵)時,新投(tóu)入運行的水泵從(cóng)零流量至變頻軟啟(qǐ)動正常供(gòng)水通常會存在一個時間差(36s~180s),引起係統流量和水(shuǐ)壓的波動,給用戶正常使用帶來影響。

由於存(cún)在上述不足,加上變頻(pín)器當時國內不能生產,進口價格昂貴,導致這種繼電器電路單(dān)變頻控製技術為新的數字化電路水泵變頻控製技術所取代而逐漸退出曆史舞台,目前已極少在變頻調速(sù)供水設(shè)備中應用了。

(2)局部數字化電(diàn)氣電路變頻調速(sù)控製技術(即中期單變(biàn)頻、多變頻控製技術)

中期(第(dì)二階段)采用的由一台(tái)或(huò)多台通用變頻器、內置PID技術的水(shuǐ)泵專用半導體數字集成控製器(見圖2)組成的泵組電氣控製電路(lù)替代早(zǎo)期由通用變頻器、PLC可編程控製器、觸摸屏、PLC功能擴展模塊、繼電器元件、連(lián)接導線組成的繼電器控製電路。即由半導體數字集成控製電路取代繼電器控製電路。
半導體數字集成控(kòng)製器
圖2 半(bàn)導體數字集成控製器

與早期采用(yòng)由一台通用(yòng)變頻器、PLC控製器和繼電器控(kòng)製電路組成的單變頻電氣控製技術相比,這(zhè)一技術的顯著進步是:

它通過內置(zhì)PID數字集成控製技術把水泵變頻(pín)與控製有可能用到的所有功能集成在一個標準化的數字集成控製(zhì)器(qì)內,從(cóng)而減少了繼電(diàn)器等電氣元器(qì)件,觸點少,故障率大為(wéi)降低(dī),提高了整機(jī)運行安全性、可(kě)靠性;

它采用菜單(dān)式液晶顯示和(hé)內置程序方式,產品標準化程度(dù)得到提高,設備維護管理更加便(biàn)捷(jié)、更加人性化,無需現場調試人員現場編程,大大減少設(shè)備調試工作中人為因素的影響。

這一(yī)技術尚存在的不足和缺點是:同第一階段的變頻調(diào)速供水設備的控製原理一(yī)樣是通過一個變頻器(單變頻)及相(xiàng)關的電氣(qì)元器件組成的控製回路,根據(jù)係統流量變化實現加泵或減泵(bèng),再通過(guò)工頻、變頻切換的方式達到(dào)控製一套泵組的目的。即使是為設備的每台工作水泵分別配置有變頻器(多變頻),它(tā)的運行模式(shì)還是這種方式,隻是解決了在每台水泵啟動、停(tíng)止時實現軟啟動,有利於消除水錘現(xiàn)象。但整套設備還是隻有一個控製(zhì)係統(如圖3)。泵組中的變頻泵有不在水泵效率區(qū)的運行工況(kuàng)存在,需要用低運行頻率(25Hz)去越過此工況點,使水泵在效率區(qū)段運行,能耗浪費仍然存在(zài)。更多產(chǎn)品信息請點(diǎn)擊瀏覽(lǎn)供水設(shè)備(bèi)係列
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