关键词：变频器供水行业应用
0引言
一般城市管网的水压无法完全满足所有用水居民的用水需求，绝大部分用户须通过提升水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔，高位水箱等等增压设备，它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力提升水量，其结果大大增加了能量损耗。
1新、旧泵的测试
例如，我公司对6sh-655kw成套机电设备做如下测试：
75kw三垦变频器直拖旧泵测试数据表：
75kw三垦变频器直拖新泵测试数据表
由上述测试结果可得老式供水方式被全新变频供水方式取代具有多项优点：
1.1变频供水能灵活控制供水压力。
1.2采用变频供水节电效果明显。
1.3当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒，这意味着在不足0.5秒的时间里，水的流量从零猛增到额定流量，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，压力过高会爆管而过低导致管子的瘪塌。直接停机同样会引起压力冲击。从上表测试结果可见使用变频器调速后，可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程，合理控制供水压力减少管道冲击，最大限度保护管网，管件，同时也提高电机水泵的使用寿命。从上述测试还可以看出泵老化时严重影响出水量供水压力，维护维修不及时泵效率会大幅降低。
2变频器的节能效果
变频器节能效果实际工作中更可观。例如，我公司有一水厂，水厂原供水方案为280kw机电系统一工一变两套系统向市区管网以0.18mpa压力供水，工频供水系统为控制供水压力要采用勒阀门的方法。去年经技术改造改为两套供水系统均用变频器供水，严禁勒阀门通过变频器调频来控制供水压力。改变供水方法后该水厂当月电费较前月少近五万元，当年公司电费较上年减少近六十万元，可见使用变频器供水节能效果很明显，长期使用变频器经济效益可观。
变频调速恒压供水系统，经历了逐步完善的过程。综合早期的单泵恒压供水系统与近几年来被行业内人士普遍使用的多泵恒压调速供水系统诸多供水方式来看，我认为最优的恒压供水系统应为单泵直拖恒压供水系统。
3各种供水方式比较
例如，我单位现使用以下几种供水方式(以富士变频器为例)：
3.1变频器直拖电机变压（变流量）供水：优点：接线简单，使用电器件少，完全启用变频器自身功能运行稳定，节电效果较明显，维修率较低。缺点：只能变压（流量）运行，节能空间有剩余。
3.2多泵运行方式：控制回路用plc(可编程控制器)设计以三泵为例：优点：可控制实现恒压（恒流量）供水。缺点：只有一台泵变频调速运行，其余各泵均工频运行，节能一般,部分能量未被挖掘出来。维修工作量较大，运行稳定性较好。
关键词：供水泵；变频技术；效率
中图分类号：U464.138+.1文献标识码：A文章编号：
目前，大多数城镇的水厂都是把从较远的水源地区运输过来水进行再次过滤、加压后在供给当地的用户使用的中转站，确保本地区的用水的出厂管的压力的数值在一个平衡的范围内，这项工作较复杂，系统精确性能较低，因此水厂的整个供水系统还需要整体的提高。通过对水厂供水节能过程中变频技术误区的研究分析，促进水厂整体效益的提高。
1、水厂的现状分析
变频技术节能是水厂运中的一个节能观点，是通过变频电机的在不同的负荷状况下进行自动的电机转速调控，从而改变电机的输送功率，达到节约用电的目的。在各大城市的众多供水行业中，应用最广泛的是通过变频技术进行控制水厂供水泵的运转状况。部分水厂由此在扩建设计中选用大扬程、大流量型号的水泵，运用变频技术进行对水泵的控制，并且认为这样就能够实现节能降耗、低能耗供水的目的。然而，水厂的供水情况是参照相关城市的用水情况而变化的，同时出厂水量随着季节、时日以及城市的发展状况而变化。由此可见，采用的变频技术控制水厂供水泵的供水不是在任何条件下都能够节能的，电费在水厂的运营成本中占有很大的比重，因此采用高能效转化的节电方式对提高水厂的经济效益有很大的意义。
城市的供水行业是一项基础的城市公共设施。通常水厂在设计修建或者是扩建、改建是以城市的中远期发展进行规划的，因此在扩建和新建水厂时，供水能力的设计都是以城市的规划建设为基础，应当走在城市发展的前列，不能够给城市的发展建设拖后腿；所以在设计水厂的供水能力时要满足且高于城市当前的实际供水量；在设计、规划、建设水厂时容易采用大扬程、大流量型号的水泵，达到水厂供水能力一步到位，同时运用变频技术进行对水泵的控制节约供水电能的消耗，降低水厂的运行成本，这是扩改建、新建水厂的普遍存在现象；这样就易造成水厂在供水过程中水泵设备出现大马拉小车的现象。这种现象给水厂管理者和设计者造成的误区是：虽然现在是大马拉小车，但是为了满足城市将来的发展需求，供水能力要大于实际的需水量是不可避免的；当前使用的是变频自控系统进行供水的控制，变频技术不会对电能造成浪费。文中通过对水泵的设计原理、变频自控系统、电机效率等方面，探讨了变频自控供水系统在怎样的情况下才能够达到节能的效果。
2、水泵供水原理
城市的供水一般采用的是离心式水泵进行供水，离心式水泵是把电机产生的机械能转换成输送水的势能和电能的装置。在水泵装置能量的转换过程中，产生的能量损失是容积损失、机械损失以及水力损失三个部分。其中容积损失是由于泵体与叶轮之间的间隙产生的水由高压区流回到低压区无效能量的损失；机械损失是指轴与轴承、轴封以及叶与水之间因运动摩擦而产生的能量损失；水力损失指液体在流经叶轮转换装置、泵吸液室、压液室等元件时的沿程摩擦损失，由于收缩、扩大、转弯等的局部阻力处发生冲击造成的冲击损失。在这三部分的能量损失中，对于特定流体各特定泵拉来讲，容积损失和机械损失是基本固定的，只有水力损失受泵的转速、流量的影响比较大，同时也是变频技术在水厂供水节能上不能避免的致命要点。以流体力学的角度来看：液体在湍流过程中的沿程摩擦损失和局部阻力损失和流量的平方成正比；水力损失是流体在流动过程中摩擦能量的损失以及泵体内流体在冲击泵壳或者叶轮叶片产生能量损失的总和。根据水泵的设计原理可以发现：水泵在设计流量、流速的条件下工作能够不发生冲击损失，也就是说冲击损失为零。然而水泵的运行状况偏离离了设计工况，就会发生和流量成平方关系的冲击损失，且在工作流量低于设计流量时，产生的冲击损失远远大于工作流量大于设计流量时产生的冲击损失；因此为了降低水流的冲击损失，水泵的运转操作要尽量的早设计流量附近运转。
3、变频技术节能供水的误区
通常情况下，水泵的工作频率的运行设计点在整个装置中具有最高的转换效率。变频技术控制水泵的节能只有在一定的限制下才能够达到预期的节能效果，反之会因为能效转换的降低而增加水厂供水的运营成本。因此水厂应当选用合适扬程型号的水泵，促进能效的转换，降低运营成本。
水厂在使用变频技术进行供水后，应当结合实际的需要对水泵装置进行合理的搭配，使变频技术能够正确的使用，达到较好的节能效果。通常水厂的管理负责人经常会忽视这一问题。这是由于水厂的设计是由资深的权威部门进行，而水厂仅仅负责管理运行，但实际的管理中，若没有正确的理解和运用水泵系统的技术特性和运行特性，水厂就不能达到低耗能高效率的运行。
由于考虑城市供水是走在城市建设的前端，因此在设计建设水厂时应当按照“不同性能、流量匹配的泵组进行定速运行，同时选择水泵运行特性曲线较平缓、设计流量和设计压力合理的效率曲线”。一般单位是设备会出现经济使用寿命的问题，通过对相关资料的了解，供水行业的中使用的水泵的经济使用寿命通常为7年。因此，城市的供水量的供给规划，梯度安排应当选用匹配合理的泵型，适时的增加使用的泵型，使新建的水厂能够始终保持着经济，高效、可靠的运行效果。
结束语：
随着变频技术的不断发展和人们对生活用水质量要求的提高，变频供水设备在的应用逐渐的广泛。通过变频技术的具体运行状态和应用的分析研究，减少变频技术在水电厂供水节能系统中应用的误区，为水厂赢取更多的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]谭世海，熊隽迪，李忠芬，冉启阳.变频技术在给水泵节能改造中的应用[J].电机与控制应用.2010(2).
关键词：变频供水设备；应用；控制
中图分类号：TU731.5文献标识码：A
引言
变频调速系统是近年来新发展起来的技术手段，用以满足人们对于高品质的调速需求。供水系统也引入了变频技术，变频调速器的引入更好地解决了供水的自动化需求问题，并且由于其设备的投资较少并且其稳定的系统运行性能，深受用户的青睐。另外随着变频调速技术的发展变频器的占地面积也不大，并且还可以通过操控达到节水节电的效果。在理论认识上，变频器的引入优点颇多，但是实际操作以及应用时由于型号选择不当以及控制方式等问题，反而会费电费水，而达不到节能的目的。
1、普通的变频供水设备
循环软启动类型的变频供水设备是在现实应用中最为广泛的，整个系统组成较为简单，主要包括了水泵、变频柜、仪表、以及各种管路交错组成。这里需要提到的是，这种系统的水泵应当选取型号相同的二至四台为宜。下面就以三台作为例子进行详尽的分析。日常供水主要是使用一台水泵进行供水，但是当使用量增加，一台水泵的供水不足以满足水量的要求时，变频柜就会在将运行水泵转变成工频运行后开启第二台水泵。以此类推，当两台水泵共同运行也不能满足水量需求时则将第二台也转变成工频然后开启第三台。当水量使用减少时，再按照启动的顺序，将水泵依次停止，最后将第一台水泵恢复恒压。一次变频运行结束。另外由于供水系统在平时的供水中主要是使用一台水泵，因此会设定水泵的运行时间，依次保证水泵不会超负荷运转，这个时间的设定视实际情况而定。当超过了特定的时间变频柜就会停止水泵的运行，启动下一台，这个时间可以随时的根据需求进行调整，不仅可以保证系统的正常运行，同时也可以延长机械的使用寿命。双恒压的接口是变频控制器能够节能的特殊结构，双恒压的供水功能是实现节能的基础。这种变频式的供水系统应用于一些林区的供水，功率一般不会过大，由于适用的区域用水流量变换不大，所以一般采用循环水系统。
2、带小流量泵的循环软启动变频供水设备
当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300-1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15kW左右，系统的零流量频率f0一般为25-35Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：①变频主泵+工频辅泵；②变频主泵+工频辅泵+气压罐；③变频主泵+气压罐；④变频主泵+变频辅泵+气压罐。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1-2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3-6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5-3kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PID调节器发出低频切换信号，延时后，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PID调节器发出满频信号，延时后，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。
3、全流量高效变频供水设备
对比较大的林区用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL-1/3Qm时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3Qm-1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。
变频柜控制核心由PLC和多功能PID调节仪构成，以三种泵配置为例系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。
4、深水井变频供水设备
目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜间小流量“费电”问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率fL一般在28Hz以上。如30kW的潜水泵，小流量频率按30Hz计算，每天夜间近6h内约有50kW·h电能“浪费”，一年就是18000kW·h，这还未计入白天小流量时的用电。
5、生活消防合用变频供水设备
对多层建筑，《建筑设计防火规范》GBJ16-87第8.1.2条规定“消防给水宜与生产、生活给水管道合用”。但对高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群)，生活消防压力差别不大，若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点：(1)生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。(2)生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵,且便于设备管理和维护。(3)设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。(4)水泵软启动软停车，无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有1台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。
结束语
供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能“浪费”，达不到预期目标。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。
参考文献
[1]蒙联光.变频调速“无负压”供水技术的应用[J].中国科技信息.2010(14)
[2]邵起超.变频调速技术在铁路供水中的应用[J].科技信息.2008(27)
[3]黄华灶.浅谈变频调速装置在水泵电机上的节电应用与控制方案[J].中国科技信息.2008(18)