變頻調(diào)速泵在消防和生活給水系統(tǒng)中應(yīng)用探討
變頻調(diào)速泵在消防和生活給水系統(tǒng)中應(yīng)用探討
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步，又因?yàn)樽冾l器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動(dòng)機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能源，而且通過(guò)發(fā)揮其理想的控制特性，設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點(diǎn)，在節(jié)能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文就是對(duì)變頻調(diào)速泵在智能建筑中給水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用作以探討。
1、變頻調(diào)速的基本原理
由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。對(duì)于用水經(jīng)常變化的場(chǎng)合，采用變頻調(diào)速泵供水，可以顯著降低節(jié)流損耗，具有明顯的節(jié)能效果。
按用途建筑給水分為生活（生產(chǎn)）給水和消防給水二大類。在生活給水系統(tǒng)中采用變頻泵調(diào)速控制，具有節(jié)能，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在消防給水中對(duì)穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí)最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。
三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下：n=60f（1—s）／p其中：n——每分鐘的轉(zhuǎn)速；
f——交流電的頻率；
s——轉(zhuǎn)差率。
p——磁極對(duì)數(shù)；
在三相電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過(guò)調(diào)整交流電的頻率、電動(dòng)機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)。以往人們通過(guò)對(duì)電機(jī)的極數(shù)變化來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，很少采用頻率調(diào)節(jié)，但隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過(guò)調(diào)整電機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)差率調(diào)速方便得多，效果也好得多。所以現(xiàn)在，一般我們對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過(guò)調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。以下是其在智能建筑中的一些應(yīng)用。
2、變頻器在恒壓自動(dòng)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
在智能建筑日益增多的今天，供水問(wèn)題成為業(yè)主比較關(guān)心的問(wèn)題，所以變頻恒壓自動(dòng)供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設(shè)中往往需要建設(shè)一個(gè)二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設(shè)計(jì)時(shí)往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺(tái)水泵。由一臺(tái)變頻器（附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng)）拖動(dòng)三臺(tái)水泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。與空調(diào)水泵控制不同，恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行變頻控制。這樣變頻恒壓水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開(kāi)辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40％。與可編程控制器結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統(tǒng)為例介紹其原理。
大廈恒壓供水采用三臺(tái)水泵，其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著調(diào)節(jié)器輸出給變頻器控制信號(hào)的變化而改變，以保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。用水量大時(shí)，變頻器輸出頻率升高；用水量小時(shí)，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz（即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)）仍不能滿足供水需要時(shí)，則PLC自動(dòng)將1#泵切換到工頻運(yùn)行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運(yùn)行，2#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，如果2#泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí)仍不能滿足供水要求，則PLC自動(dòng)將2#泵切換到工頻運(yùn)行，3#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，依此規(guī)律逐個(gè)投入運(yùn)行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運(yùn)行方式，3#處于變頻運(yùn)行工作方式時(shí)，如果此時(shí)用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限時(shí)，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將3#泵停止運(yùn)行。同樣，3#泵停機(jī)后，如果此時(shí)供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵停止運(yùn)行，依此類推。如果此時(shí)用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵由變頻器供電運(yùn)行……，所有水泵電機(jī)從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機(jī)帶來(lái)機(jī)械沖擊，保證了管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，滿足了大廈的正常供水。
3、變頻器在消防泵巡檢柜中的應(yīng)用
在消防給水系統(tǒng)中，平時(shí)消防管網(wǎng)由增壓、穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，使之保持在高壓（消防水壓）的準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，啟動(dòng)主消防泵立即可以提供規(guī)定壓力和流量的消防用水。按我國(guó)消防規(guī)范，水消防的延續(xù)時(shí)間，最長(zhǎng)按3小時(shí)考慮，因此主消防泵的節(jié)能問(wèn)題可不予考慮，因而也無(wú)必要采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。眾所周知，發(fā)生火災(zāi)是百年、千年一遇的事件，在一般情況下是不會(huì)發(fā)生的，變頻器是一種電子器件，如果采用變頻器控制主消防泵變頻調(diào)速，消防泵變頻器長(zhǎng)期備而不用，在發(fā)生火災(zāi)使用時(shí)反而容易發(fā)生故障，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個(gè)重要問(wèn)題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問(wèn)題。此外，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會(huì)降低可靠性，增加造價(jià)。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應(yīng)提高。綜上所述，對(duì)于消防泵而言，從節(jié)能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮，無(wú)必要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調(diào)速控制，由于消防泵（消防泵、噴淋泵）長(zhǎng)期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對(duì)消防泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有消防需要時(shí)，消防水泵不能正常起動(dòng)，貽誤火災(zāi)的撲救。所以現(xiàn)在我們一般對(duì)消防泵進(jìn)行自動(dòng)巡檢，即通過(guò)消防泵控制柜內(nèi)的巡檢電路讓消防泵每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次自啟動(dòng)，巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。但在正常火災(zāi)情況下，消防泵、噴淋泵一般通過(guò)直接啟動(dòng)、星三角或自藕降壓方式啟動(dòng)，以滿足消防要求，且消防狀態(tài)時(shí)所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動(dòng)方式。
按我國(guó)消防規(guī)范，消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺(tái)主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調(diào)速泵必須是其中最大的一臺(tái)泵，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的。如果變頻泵故障可能會(huì)導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會(huì)降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。
4、結(jié)論
通過(guò)以上分析，我們知道變頻器在智能建筑中的應(yīng)用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過(guò)程中使用變頻器在智能建筑電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會(huì)。變頻器在智能建筑中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣泛的應(yīng)用。可以相信，它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會(huì)越來(lái)越廣泛，將會(huì)給國(guó)家和個(gè)人帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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