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1、变频调速恒压供水系统中小流量水泵及气压水罐的选择_刘洪海 第28卷第16期2021年8月 中国给水排水 CHINAWATERWASTEWATERVol28No16Aug2021 檲檲殘 檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘 檲檲殘 设计经验 变频调速恒压供水系统中小流量水泵及气压水罐的选择 刘洪海，李鸿敬，李 明，周冬冬，田 宇 (天津大学建筑设计研究院，天津300073) 要：从泵组高效运行的角度，对配置小流量水泵及气压水罐的变频调速恒压供水系统进 行特性分析，给出了小流量工况点，即变频调速恒压供水与气压给水分界点确实定方法。根据该点 摘 计算确定小流量水泵及气压水罐。并通过实例分析得出:小流量水泵相关参数
2、和水气压给水理论， 的额定流量为主泵额定流量的1/41/3，额定扬程为主泵额定扬程的80%90%。系统中设备均在高效区内工作，到达了节能降耗的目的。 关键词：小流量水泵;气压水罐;变频调速; 中图分类号：TU991 文献标识码：C 恒压供水;水泵高效区;节能 文章编号：10004602202116003704 1 二次供水通常采用变频调速恒压供水系统，系 1 统中配置水泵根本上有三种形式：配置24台主泵；配置24台主泵及气压水罐；配置24台主泵、小流量水泵以下简称小泵及气压水罐。三种形式中，主泵设置备用泵，工作主泵控制方法可分为单台主泵变频其余主泵工频控制和每台主泵均为变 檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘
3、 Abstract：Keywords： SelectionofSmallFlowPumpandPneumaticTankinFrequencyConversion ConstantPressureWaterSupplySystem LIUHong-hai，LIHong-jing，LIMing，ZHOUDong-dong，TIANYu ArchitecturalDesignandResearchInstitute，TianjinUniversity，Tianjin300073，China Thecharacteristicsoffrequencyconversionconstantpressur
4、ewatersupplysysteme-quippedwithsmallflowpumpandpneumatictankwereanalyzedintermsoftheefficientoperationofthepumpsetTheoperatingpointwhichwasadividingpointbetweenfrequencyconversionconstantpressurewatersupplyandpneumaticwatersupplywasputforwardAccordingtotheparametersofthispointandthetheoryofpneumatic
5、watersupply，thetypesofsmallflowpumpandpneumatictankweredeterminedMoreover，throughanalysisofactualcases，itwasconcludedthattheratedflowofsmallflowpumpwas1/4to1/3oftheratedflowofmainpump，andtheratedheadwas80%to90%oftheratedheadofmainpumpAlltheequipmentsofthesystemoperatedinhighefficiencyzone，andthepurp
6、oseofenergysavingwasachieved smallflowpump； pneumatictank； frequencyconversionandspeedadjustment； energysaving constantpressurewatersupply； highefficiencyareaofpump； 供水系统 水泵的调速范围应控制在0710之频控制，1间，且系统在恒定压力下供水时，保证设定压力 2 与实际压力差不得超过001MPa。系统中合理配置水泵、合理控制水泵对系统的节能、节水起着至关重要的作用。为此，应综合考虑系统的供水规模、用水变化规律、水泵的效率、水泵高
7、效区变化范围等因素。 ·37· 第28卷第16期中国给水排水wwwwatergasheatcom 系统中主泵的最大供水流量是在满足设计秒流量要求的前提下计算得到的，设计秒流量的大小与建筑的功能、系统的规模、生活习惯、卫生器具的完善程度等多种因素有关。根据用水变化规律可知，用水量随季节、用水时段等波动很大，设计秒流量持续时间短且不经常出现，而系统经常出现零流量和小流量用水，系统绝大局部时间是在小于设计秒流量下运行。因此，系统中根据供水规模，通常采用多台主泵并联工作以满足用水量变化的要求。由于恒压供水系统中主泵的工作特性及其高效区调速范围的限制，主泵不能满足小流量供水要求。为此
8、，系统以气压给水方式满足小流中配置小泵及气压水罐， 此时，系统由恒压供水变为气压给水。量供水要求， 小泵设计工况的合理确定，气压水罐的最低工 作压力和最高工作压力的合理确定，是提高供水系统的供水品质及节能率的关键因素之一。 Hs为供水系统的恒压值。水系统最大流量与扬程，供水系统的特性分析 二次供水系统中，供水泵一般均选择离心泵，属叶片式水泵。水泵无论在额定转速还是在调速下运都必须在高效区内运行，是节能的根本要求。行时， 当系统的供水量小于Q/i时，单台主泵在恒定压力Hs下降频运行，调速后的QH高效区曲线与Hs恒压线总存在一个交点。根据叶片式水泵的相似定律比例律，绘制曲线Ka，曲线Ka与Hs恒压
9、线交点CQc，Hc为主泵在调速后转速为n1高效区运行的最小流量工况点 3 。Qc流量线与管道特性曲线 3 He，He为系统所需的供水的交点eQe，且Qe=Qc，压力值，此点称为系统小流量工况点3 。小流量工 况点是变频调速恒压供水与气压给水的分界点。 小流量水泵及气压水罐的选择 供水系统的特性分析 水泵装置的特性曲线 He的Qe=Qc为主泵在调小流量工况点eQe， 亦为气压给水系统中速后高效区运行的最小流量， He为气压给水系统的允许最小泵供水的最大流量， 低供水压力值，即小泵启动的理论最低压力值。为 此，所选择的小泵的QH曲线高效段右侧通过工况点e点或在e点附近且不低于e点。在小泵的QH曲线
10、高效段左侧确定一点fQf，Hf，通过管道损失计算，使Hf的最大值不超过系统中配水点的最大供水压力限值。在小泵QH曲线高效段内合理确定气压水罐的最低工作压力Hmin值不低于He和最高压力Hmax不高于Hf，即合理确定气压水罐内的工作压力比b 4 变频调速恒压供水系统中配置i台工作主泵 一般i=13台、1台小泵及1个气压水罐。供水系统工作特性分析如图1所示 。 。由Hmin及Hmax平均值，在小 泵QH曲线上确定与其对应的小泵的流量，根据 4 标准相关条款的要求，计算气压水罐的调节容积 图1 Fig1 水泵装置特性曲线 和气压水罐的总容积，即可选定气压水罐的型号。 Performancecurve
11、ofpumpsystem 实例 小区概况 h0为最不利配水点与水源最低水位的高程差， h1为最不利配水点的工作压力水头，曲线1为主泵在额定转速n0下的QH曲线高效区，曲线2为主泵在转速n1下的QH曲线高效区，曲线3为小泵在额定转速n0下的QH曲线高效区，曲线4为i台主泵在额定转速n0下的并联QH曲线；曲线5为管道特性曲线。曲线Ka为通过曲线1左端点a的相似工况抛物线，曲线K0为通过主泵额定工况点Q0，H0的相似工况抛物线，曲线Kb为通过曲线1 Hs为供右端点b的相似工况抛物线。工况点Qs， 2幢2层北方某住宅小区由15幢11层住宅、 地下配套设备用房等组成。小区用地近配套公建、 似于长方形，南
12、北长约370m，东西宽约185m，地势 平坦，每幢住宅首层地面绝对高程相同。基地中间部位设置的小区干道、停车场、公共绿地等将小区分为南北二个区域，北区9幢住宅，南区6幢住宅，水泵房位于公共绿地内设置的地下设备用房内。 该小区相关的主要综合技术经济指标如表1所示。 ·38· wwwwatergasheatcom 表1 Tab1 刘洪海，等:变频调速恒压供水系统中小流量水泵及气压水罐的选择第28卷第16期 主要综合技术经济指标 indexes Maincomprehensivetechnicalandeconomical 下选择水泵的扬程不低于578m且不高于605 m。选择3
13、台CR207型供水主泵1台备用，当 3 流量Q=266m/h时，扬程为600m600kPa； 3 H=82m，其额定工况：Q=20m/h，电机功率P= 工程 2 规划可用地/m 2 住宅/m地上总 2 配套设施/m 地下总建筑面积/m 居住户数/户居住人数/人 2 数值37141 75kW。 给水管网设计 小区及建筑内给水管网均采用枝状，适当降低管道流速可使水泵扬程下降、管网压力均衡，到达节能、节水、提高供水品质的目的。户内管道流速不超过10m/s，其余管道流速一般不超过12m/s。水泵房南北二个区域供水干管管径为DN100，单体引入管管径为DN50。为保证各用水点处供水压力不 5 大于020
14、MPa，根据水力计算结果，在5层至7层入户支管上设置可调式减压阀。 1 户均人口/人·户 21 平均每户面积/m·户 容积率/% 住宅层高为290m，每户设一个卫生间，属类普通住宅。生活用水水源为城市自来水管网，管其余各网供水能力满足4层及4层以下用水要求， 层用水由水泵房集中设置的二次供水系统供应。水泵房内设低位水箱、变频控制供水主泵、小泵及气压水罐，水箱的最低水位为490m以住宅首层建筑标高为±0000计。水泵房的南北二个方向各接出一条供水管，分别向南北二个区域供水。二次供水系统的主要设计参数：供水总户数为606户，人口为1818人，总当量数Ng=2424，其
15、中北区324户，人口为972人，当量数Ng=1296，南区282户，人口为846人，当量数Ng=1128；最高日生活用水定额：165L/人·d，小时变化系数：Kh=28；平均日生活用水定额为120L/人·d；每户卫生器具给水当量数Ng=40，卫生器具给水当量平均出流概率U0=2%。 变频水泵的选择及给水管网设计 变频水泵的选择 住宅每户设一只DN20的旋翼式水表，户内给水管采用S5系列PPR塑料管，其余采用衬塑复合钢管。根据标准 4 水泵装置的特性分析 变频水泵的特性分析 主泵在额定转速n0下的QH曲线高效区左 Ha为a104，990，Hb端点aQa，右端点bQb， 520
16、；二次供水系统的恒压值Hs=为b290， 550m下水泵的流量Q=282m3/h，即系统的最大 3 供水量Qs=564m/h。当2台供水主泵同时工作时，其中至少1台调速运行，系统的供水量即可满足 设计秒流量Qs=1478L/s的要求。供水主泵调速运行，通过点a的相似工况抛物线Ka与Hs恒压线Qc交c点时，根据比例率，计算得到：n1/n0=0745，=78m3/h，Hc为c78，550。即点cQc，小流量水泵的特性分析 3 在Qc=78m/h的条件下进行水力计算得到He=479m，He为e78，即小流量工况点eQe， 479。选择1台CR513型小泵，额定工况：Q=5m3/h，H=72m，电机功
17、率P=22kW。当Qe=Qc=78m3/h时，小泵的扬程Hmin=480m，即气压水罐的最低绝对压力0580MPa以工程大气压计。气压水罐内的工作压力比取b=080，那么气压水罐的最高绝对压力为0725MPa，即小泵的最高扬程 3 Hmax=625m，此时，小泵的流量Qf=62m/h。由因此，于5层至7层入户支管上设有可调式减压阀， 6 校核8层入户管的给水压力不大于035MPa。8层入户管的静水压力为0370MPa。距水经计算， 泵房最近且室外管网水头损失最小的住宅为5号楼屋顶设有消防水箱，在小泵工作的条件下，水泵 8房至5号楼8层入户管的管网水头损失为12m， 相关条款的要求，计算得到：
18、3 设计秒流量为1479L/s532m/h，北区的设计 3 秒流量为985L/s355m/h，南区的设计秒流量 3 为902L/s325m/h；通过水力计算，供水系统 最不利配水点与的最不利配水点位于北区2号楼， 水箱的最低水位的高程差h0=351m，最不利配水 点卫生器具最低工作压力h1=010MPa，水泵的计算扬程为550m550kPa。选泵扬程考虑磨损等 可按计算扬程乘以平安系原因造成水泵出力下降， 13 数105110确定，在设计流量Q=532m/h ·39· 第28卷第16期中国给水排水wwwwatergasheatcom 层入户管的给水压力为0358MPa，根本
19、满足规6 范的要求。在系统的供水量小于小泵工作流量时，气压给水系统仍在工作，为到达平安供水，以入户管的静水压力不大于035MPa控制气压给水系统的最高供水压力。取气压水罐内的工作压力比b=083，那么气压水罐的最高绝对压力为0699MPa，5号楼8层即小泵的最高扬程Hmax=599m，入户管的静水压力为0344MPa。 气压水罐的选择气压给水系统中，选用隔膜式气压水罐，小泵的 He等相关参数和量工况点的He值；根据点eQe， 气压给水理论，计算确定小流量水泵及气压水罐。根据多个实例计算比拟，小泵的额定流量一般为主泵额定流量的1/41/3，小泵的额定扬程 一般为主泵额定扬程的80%90%；系统小
20、流量工况点的QeQc=Qe值与主泵QH曲线高效区左端点的Qa值的关系符合比例律，一般在075085之间。 应校核气压水罐内的最高工作压力，不得 使系统最大供水压力处配水点的静水压力超过相关 标准所要求的最高压力限值。参考文献： 1贾苇，赵锂，丁再励，等全国民用建筑工程设计技术 M北京：中国方案出措施给水排水2021年版2021版社， 2CJ/T3522021，S北微机控制变频调速给水设备 2021京：中国标准出版社， 3刘洪海，李明，李鸿敬，等变频调速恒压供水系统中 J亚洲建小流量水泵及气压水罐选择的理论分析2021，3：153156筑给水排水， 4GB500152003，建筑给水排水设计标准
21、2021年版 S北京：中国方案出版社，2021 5GB505552021，S北京：民用建筑节水设计标准 2021中国建筑工业出版社， 6GB503862005，S北京：中国建筑住宅建筑标准 2005工业出版社， Email：td_honghai126com收稿日期：202101 16 最低扬程Hmin=480m，最高扬程Hmax=599m，平 3 此时流量Q=71m/h，根据规均扬程H=540m， 4 qb=71m3/h，范的要求，平安系数a=115，气 Vq1压水罐的水容积Vq1，气压水罐的调节容积Vq2， =105Vq2，水泵在1h内的启动次数nq=6次。经 3 气压水罐的总容积Vq=2205计算：Vq2=0340m， m3。选择SQL120010型气压水罐，其调节容积 3 Vq2=0358m3，气压水罐的总容积Vq=2320m。5 结论 变频调速恒压供水系统中，主泵不能在零流量至设计秒流量间高效供水。 根据供水规模，应优先选用配置小泵及气 压水罐的多台主泵并联工作的变频调速恒压供水系 统。 根据水泵相似定律比例律和主泵在额定 Ha等转速n0下的QH曲线高效区左端点aQa， He的Qe参数，计算确定系统小流量工况点eQe，值；由系统的管道特性及Qe值，计算确定系统小流 ·40·