變頻器在恒壓供水中的常見問題及對策

李 建 兵

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030001)

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變頻器在恒壓供水中的常見問題及對策

李 建 兵

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030001)

分析了高層建筑供水流量和系統(tǒng)出口之間的關(guān)系，并以太原某住宅小區(qū)配套供水工程為例，從自來水壓力范圍不明與消防水泵不能定時(shí)巡檢等方面，探討了變頻器在恒壓供水中常見的問題，最后給出了針對性的解決策略。

供水工程，水泵，變頻器，供水流量，水壓力

1 壓力控制和流量控制

一般在高層居住的用戶都會(huì)有水壓流量問題的顧慮，所以在進(jìn)行供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要可以滿足用戶對流量的需求。供水系統(tǒng)是通過水泵進(jìn)行水流量的提供，并經(jīng)過供水管道的輸送再給用戶送達(dá)水量。如果用戶的用水流量增高，其需要的供水流量自然也會(huì)增高，反之其用水流量減小時(shí)，供水流量也就會(huì)減小。對水泵、水泵電機(jī)和管道進(jìn)行正常運(yùn)行來說，這樣的設(shè)置是有很大好處的，可以保證進(jìn)行一種平衡狀態(tài)的維持。而實(shí)現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)供需平衡的一個(gè)方法就是進(jìn)行供水系統(tǒng)出口的壓力控制，進(jìn)行出水口壓力的控制，保持其可以持續(xù)不變。

由此就可以發(fā)現(xiàn)，在供水流量和系統(tǒng)出口壓力之間具有一種動(dòng)態(tài)關(guān)系。如果控制供水流量和用水流量一樣大，系統(tǒng)出口的壓力就會(huì)一直保持不變。而如果控制供水流量比用水流量大，就會(huì)增加管道的壓力，相應(yīng)的系統(tǒng)出口壓力也會(huì)增大。但是如果控制供水流量比用水流量小，管道壓力就會(huì)減小，系統(tǒng)出口的壓力也會(huì)減小。

2 工程的具體概況

2.1 項(xiàng)目簡介

本項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于太原市杏花嶺區(qū)，規(guī)劃范圍在北沙河以南、同蒲鐵路線以東、太鐵黨校以西。該項(xiàng)目規(guī)劃的用地總面積約為4.58 hm2，凈用地面積有3.97 hm2，而總建筑面積約占20.94萬m2。小區(qū)含5棟高層底商住宅樓(1號(hào)～5號(hào)樓)，其中1號(hào)～4號(hào)樓為33層，5號(hào)樓為30層，共計(jì)1 877戶。

2.2 工程簡介

本工程為太鐵路景苑經(jīng)濟(jì)適用房住宅小區(qū)配套供水工程，本工程設(shè)計(jì)范圍為消防泵房及消防水池、生活給水泵房設(shè)計(jì)。消防水池設(shè)于5號(hào)樓西側(cè)覆土層內(nèi)(全地下)，生活、消防泵房位于5號(hào)樓西側(cè)地庫內(nèi)。

3 常見問題和對策

3.1 自來水壓力范圍不明，影響無負(fù)壓設(shè)備水泵揚(yáng)程選擇

壓力傳感器在進(jìn)行系統(tǒng)壓力采集時(shí)的位置存在問題，其采集點(diǎn)和水泵的出水口距離太近，因?yàn)槭艿匠鏊俣鹊挠绊懝苈穳毫蜁?huì)增加，使得控制器的壓力出現(xiàn)忽高忽低的情況，引發(fā)系統(tǒng)震蕩情形的發(fā)生，對無負(fù)壓設(shè)備進(jìn)行水泵揚(yáng)程的選擇產(chǎn)生影響。而且如果該系統(tǒng)采用的方式是氣壓罐，將其壓力采集點(diǎn)都選在氣壓罐上，就有出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩的可能性。這是因?yàn)榭諝饩哂幸欢ǖ纳炜s性，在水中氣體的溶解度會(huì)隨著壓力的變化而出現(xiàn)不同的變化，而且在水泵出水和氣體傳遞壓力間存在時(shí)間差，也有可能產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩。還有一個(gè)原因也可以引發(fā)系統(tǒng)震蕩，就是變頻器和控制器間加減速度的時(shí)間和水泵電機(jī)產(chǎn)生的功率出現(xiàn)不相符合的情形的時(shí)候。在一般情況下，如果功率越大，其加減速時(shí)間就會(huì)越長。對于這一參數(shù)，用戶可以進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)的選擇，并通過實(shí)驗(yàn)展開計(jì)算，例如15 kW通常在10 s～20 s間。

我們將給水系統(tǒng)分三個(gè)區(qū)，1層～4層為低區(qū)(共214戶)，5層～19層為中區(qū)(共885戶)，19層以上為高區(qū)(共778戶)，高、中、低區(qū)給水系統(tǒng)均采用枝狀管網(wǎng)，給水低區(qū)、商業(yè)部分給水系統(tǒng)所需水量、水壓由市政給水管網(wǎng)保證。中、高區(qū)給水系統(tǒng)所需水量、水壓由加壓供水設(shè)備保證。

市政給水管網(wǎng)是我們生活給水系統(tǒng)的水源，其水質(zhì)必須要與現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定和要求相吻合。市政給水管網(wǎng)接管情況：根據(jù)自來水部門意見，由敦化路現(xiàn)有DN800市政給水管接出DN300給水管至小區(qū)東北角規(guī)劃路口處預(yù)留給水接口，水壓：0.40 MPa。本小區(qū)給水由該管路接引，給水引入管上設(shè)閥門、倒流防止器、過濾器、水表。住宅施工圖中住宅生活用水量標(biāo)準(zhǔn)采用：200 L/(人·d)，每戶按3.5人計(jì)，共1 877戶；本工程最高日生活用水量為1 313.9 m3/d，最大小時(shí)用水量為136.865 m3/h。

按照GB 50015—2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2009年版)進(jìn)行計(jì)算。

其主要的計(jì)算公式如下：

1)在用水量最大時(shí)對衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的平均出流概率進(jìn)行計(jì)算：

其中，U0為在生活給水管道的用水量最大時(shí)，衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的平均出流概率，%；qL為用水日最高的用水定額；m為每戶中的用水人數(shù)；Kh為小時(shí)變化的系數(shù)；Ng為每戶對衛(wèi)生器具給水當(dāng)量數(shù)的設(shè)置；T為用水時(shí)數(shù),h;0.2為一個(gè)衛(wèi)生器具中的給水當(dāng)量的額定流量，L/s。

2)衛(wèi)生器具同時(shí)給水當(dāng)量的出流概率的計(jì)算：

其中，U為管段衛(wèi)生器具的同時(shí)給水當(dāng)量的出流概率，%；αc表示與不同U0的系數(shù)對應(yīng)；Ng為進(jìn)行管段衛(wèi)生器具的給水當(dāng)量總數(shù)的計(jì)算。

3)對管段設(shè)計(jì)的秒流量進(jìn)行計(jì)算：

qg=0.2·U·Ng。

其中，qg為管段設(shè)計(jì)的秒流量，L/s；U為進(jìn)行管段衛(wèi)生器具的同時(shí)給水當(dāng)量的出流概率計(jì)算，%；Ng為管段衛(wèi)生器具的給水當(dāng)量總數(shù)的計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，得出這樣的結(jié)果：

商業(yè)：設(shè)計(jì)秒流量:1.14 L/s，設(shè)計(jì)工作壓力：0.17 MPa；低區(qū)：設(shè)計(jì)秒流量:12.46 L/s(10.94),設(shè)計(jì)工作壓力：0.65(0.75)MPa；中區(qū)：設(shè)計(jì)秒流量:12.08 L/s(10.63),設(shè)計(jì)工作壓力：0.95(1.20) MPa;高區(qū)：設(shè)計(jì)秒流量:11.73 L/s(10.34),設(shè)計(jì)工作壓力：1.35(1.50)MPa。

供水方案：

根據(jù)以上各區(qū)設(shè)計(jì)流量計(jì)算可得：小區(qū)引入管設(shè)計(jì)秒流量：(1.14+12.46+12.08+11.73+1+1.04)×1.15=44.22 L/s。引入管設(shè)計(jì)流速取1.7 m/s。如若按自來水管網(wǎng)直接供水不設(shè)水箱或水池，則計(jì)算需引入管管徑為DN182，取DN200。

本次設(shè)計(jì)根據(jù)小區(qū)設(shè)計(jì)用水量、水壓資料及自來水部門提供的接管條件情況，擬采用無負(fù)壓給水設(shè)備作為小區(qū)中、高區(qū)給水系統(tǒng)供水設(shè)備。解決自來水壓力范圍不明問題，該供水對策具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)該設(shè)備為一體化集成設(shè)備，無需建水池或水箱。水源經(jīng)設(shè)備加壓后直接供給用戶，整個(gè)給水系統(tǒng)為全密閉式，水源不會(huì)受到外界污染，水質(zhì)可得到保證。

2)將設(shè)備和自來水管道進(jìn)行直接串接，開始加壓供水，并在自來水管道的原有壓力上進(jìn)行充分使用，保證其可以供水疊壓，此種供水方式耗能小，節(jié)能效果顯著，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低。設(shè)備配套穩(wěn)流穩(wěn)壓裝置，可有效保證管網(wǎng)壓力平穩(wěn)。

3)設(shè)備占地面積小，安裝簡單，施工周期短。

3.2 消防水泵不能定時(shí)巡檢

定期檢查控制器的消防定時(shí)巡檢功能是否打開尤為重要，其功能代碼是第12項(xiàng)，如果此項(xiàng)功能已經(jīng)處于打開狀態(tài)，并設(shè)置了定時(shí)巡檢的時(shí)間值，請查閱控制器運(yùn)行的記錄，查看是否有控制器漏電的情況。如果控制器在運(yùn)行過程當(dāng)中發(fā)生了漏電情況，控制器則會(huì)重新記錄時(shí)間，當(dāng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的巡檢時(shí)間時(shí)，才做巡檢功能。

本小區(qū)市政給水引入管為1條，不滿足室外消火栓給水系統(tǒng)雙路供水要求，設(shè)計(jì)在消防泵房內(nèi)設(shè)室外消火栓專用給水泵，室外消防用水量貯存于室外消防水池內(nèi)。在小區(qū)紅線內(nèi)設(shè)生活、消防合用的室外低壓給水環(huán)狀的網(wǎng)路管道，一般都是市政給水管網(wǎng)進(jìn)行管網(wǎng)水壓的保證，在生活和消防用水量使用最大時(shí)，在室外的給水管道中的低水壓，就要保證其大于0.1 MPa(從室外設(shè)計(jì)地面算起)。為防止消防水污染生活用水，設(shè)計(jì)在室外消防管網(wǎng)上設(shè)電壓力表，當(dāng)管網(wǎng)水壓低于0.10 MPa，且有消防報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)室外消火栓給水泵。

本小區(qū)消火栓系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓制，在4號(hào)樓屋頂(小區(qū)最高處)設(shè)有效容積18 m3的消防水箱及增壓穩(wěn)壓設(shè)備，水箱最高水位：102.150 m。消火栓系統(tǒng)采用分區(qū)供水系統(tǒng)，地下部分、地上1層、2層商鋪及地上1層住宅為低區(qū)，住宅部分2層～33層為高區(qū)；高、低區(qū)消火栓系統(tǒng)所需水量、水壓均由小區(qū)消防水泵房內(nèi)高、低區(qū)消火栓系統(tǒng)專用泵來保證。高、低區(qū)消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為：40 L/s，設(shè)計(jì)工作壓力分別為：1.45 MPa,0.40 MPa。

本小區(qū)地下1層車庫、地下2層人防和1層、2層商鋪均設(shè)濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)噴水強(qiáng)度8 L/(min·m2)，作用面積為160 m2,系統(tǒng)用水量為30 L/s。最不利點(diǎn)噴頭工作壓力為0.1 MPa。自動(dòng)噴水系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓制,設(shè)計(jì)工作壓力為0.50 MPa。系統(tǒng)所需水量、水壓由小區(qū)消防泵房內(nèi)自動(dòng)噴水系統(tǒng)專用泵來保證。

本工程消防水池設(shè)于5號(hào)樓東側(cè)綠地內(nèi)，消防水池分為兩座，每座有效容積300 m3，滿足消防儲(chǔ)水要求，水池尺寸：(長)9.9 m×(寬)7.8 m×(深)4.2 m。消防水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部覆土500 mm，頂部設(shè)通風(fēng)進(jìn)氣孔、浮球式液位計(jì)和檢修人孔。

4 結(jié)語

變頻器在恒壓供水的常見問題還有很多，作者通過在這次工程實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的幾個(gè)問題，產(chǎn)生原因進(jìn)行了探討分析，并針對相關(guān)問題提出了工程實(shí)際對策方案以供參考。

[1] 袁 維.變頻器在恒壓供水中的常見問題及對策[J].工業(yè)c,2016(3):90-91.

[2] 魏 培,陸艷娟.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)[J].工程技術(shù)(文摘版),2016(9):258.

[3] 趙 偉.變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自然科學(xué)(全文版),2016(1):198.

Common frequency converter problems and countermeasures in constant-pressure water supply

Li Jianbing

(TaiyuanPowerSupplySection,Da-QinRailwayCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the relationship between high-rise building water supply flow and system exit. Taking the residential community water supply engineering in Taiyuan city as an example, starting from aspects of tap water pressure scope ambiguity and irregular fire-fighting water pump routing-inspection, it explores general constant water supply problems and shows corresponding solving strategies.

water-supply engineering, water pump, frequency converter, water supply flow, water pressure

1009-6825(2017)14-0114-02

2017-03-01

李建兵(1967- )，男，工程師

TU991

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