蔣志堅，王錫仲，吳輝
（哈爾濱建筑大學(xué) 機(jī)電工程系， 黑龍江 哈爾濱 150006）

　　摘　要： 提出了一種新型給水方案，它既保留了變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點(diǎn)：出水流量連續(xù)可調(diào)、出水壓力恒定、供水品質(zhì)優(yōu)良，又利用水泵組合技術(shù)降低了變頻調(diào)速器的設(shè)計容量，提高了全系統(tǒng)的性能價格比。
　　關(guān)鍵詞： 水泵組合； 優(yōu)化； 變頻調(diào)速
　　中圖分類號： TU991.6
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼： C
　　文章編號： 1000-4602(2000)02-0032-03

　　目前，建筑物給水系統(tǒng)已逐漸放棄水塔、高位水箱、氣壓罐等傳統(tǒng)技術(shù)，而采用電腦控制配合變頻調(diào)速器對水泵電機(jī)無級調(diào)速、恒壓給水。這種技術(shù)在穩(wěn)定水壓、減少設(shè)備體積、節(jié)能等方面有很大進(jìn)步，但由于使用了價格昂貴、技術(shù)復(fù)雜的變頻調(diào)速器，降低了給水系統(tǒng)的性能價格比。?
　　要解決這一問題，最有效的方法是在基本不降低給水系統(tǒng)性能前提下降低變頻調(diào)速器的選用容量。市場調(diào)查表明，變頻調(diào)速器的容量越大，對工程造價的影響越大。因此，在設(shè)計容量較大的給水系統(tǒng)時，如何降低變頻調(diào)速器的容量，是提高工程性能價格比的最有效技術(shù)途徑。

1 二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法

　　在文獻(xiàn)^［1］中提出了一種不使用變頻器(或氣壓罐)的自動穩(wěn)壓給水方法，即二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法，現(xiàn)介紹如下：?
　　圖1是運(yùn)用二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法構(gòu)造的系統(tǒng)示意圖。
　　該系統(tǒng)共有四臺水泵M₀、M₁、M₂、M₃并聯(lián)運(yùn)行，組合給水。各臺水泵的額定揚(yáng)程相同，額定流量呈二倍遞變，即如M₀的額定流量為q，則其他三臺水泵M₁、M₂、M₃的額定流量分別為2q、4q、8q。
　　以數(shù)字1表示水泵工作，數(shù)字0表示水泵停止工作。于是M₀、M₁、M₂、M₃四臺水泵的工作狀態(tài)各用一位二進(jìn)制數(shù)a₀、a₁、a₂、a₃加以表達(dá)。它們組合在一起時的工作狀態(tài)用一個四位的二進(jìn)制數(shù)a₃a₂a₁a₀表示。

　　如表1所示，四位二進(jìn)制數(shù)共有16種變化情況，這些變化狀況不僅代表了當(dāng)時水泵的組合，而且代表了當(dāng)時水泵組合所能提供給水系統(tǒng)的出口 流量Q_t(在計算每種工況的出口流量時，近似忽略了由于水泵并聯(lián)運(yùn)行所造成的流量損失)。即這個數(shù)越大，則出口流量越大；這個數(shù)越小，出口流量越小。由此找到了根據(jù)用戶用量大小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水流量以保證穩(wěn)壓給水的方法，其工作原理是：電接點(diǎn)壓力表設(shè)定上限壓力H₂、下限壓力H₁，由H₁與H₂構(gòu)成了壓力穩(wěn)定區(qū)間。如實(shí)際水壓H偏低，H＜H₁時，可編程控制器按表1所示二進(jìn)制數(shù)a₃a₂a₁a₀的遞增規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，增加系統(tǒng)出水流量，水壓上升直到H≥H₁，如水壓H偏高，H＞H₂時，可編程控制器按a₃a₂a₁a₀遞減規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，減少系統(tǒng)流量，水壓下降直至H＜H₂。這樣正常工作時H₁＜H＜H₂，供水系統(tǒng)的實(shí)際水壓H就 被穩(wěn)定在H₂與H₁所規(guī)定的范圍之內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定水壓之目的。?

表1　　水原組合工作狀態(tài)表 總流量 M₃ M₂ M₁ M₀ Ｑ a₃ a₂ a₁ a₀ 無 0 0 0 0 q 0 0 0 1 2q 0 0 1 0 3q 0 0 1 1 4q 0 1 0 0 5q 0 1 0 1 6q 0 1 1 0 7q 0 1 1 1 8q 1 0 0 0 9q 1 0 0 1 10q 1 0 1 0 11q 1 0 1 1 12q 1 1 0 0 13q 1 1 0 1 14q 1 1 1 0 15q 1 1 1 1 注　　0代表水泵停止工作，1代表水泵工作。

　　利用這種技術(shù)，在穩(wěn)壓精度不高，用水負(fù)荷波動不太頻繁情況下，不使用變頻調(diào)速器亦可穩(wěn)壓供水。但當(dāng)穩(wěn)壓精度較高時，如不使用變頻調(diào)速器，就必須配備較多的水泵(當(dāng)然水泵的數(shù)目比傳統(tǒng)水泵并聯(lián)組合方法大為減少)，對優(yōu)化工程設(shè)計與方便施工十分不利 。另外，用戶負(fù)荷變化較大時，不使用變頻調(diào)速器會造成水泵組合頻繁切換，使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)壓精度大為下降，電機(jī)的不斷啟停使能耗加劇。綜合評價較為理想的方案是把變頻恒壓給水技術(shù)與二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水技術(shù)結(jié)合使用。?

2 水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速恒壓給水方案 ?

　　如圖2所示，該系統(tǒng)共有三臺水泵(虛線所畫水泵不計入)P₀、P₁、P₂，其中P₀與P₁的額定流量為q，而P₂的額定流量較大為2q，三臺水泵的額定揚(yáng)程相同。另外只有P₀采用變頻器連續(xù)控制轉(zhuǎn)速，而P₁與P₂直接工頻電源開關(guān)控制。?
　　這樣配備的水泵系統(tǒng)與典型的變頻恒壓給水系統(tǒng)相比較，后者一般采用兩臺大小一致的相同水泵，一臺變頻調(diào)速控制、一臺工頻開關(guān)控制，多用了一臺小水泵。但由于變頻器所控制的水泵流量下降一倍，故所采用變頻器的容量也大致下降一倍。實(shí)現(xiàn)了用容量小的變頻器代替大容量的變頻器，降低了整個系統(tǒng)的性能價格比。

　　下面描述圖2給水系統(tǒng)的工作原理。對采用開關(guān)控制的水泵P₁與P₂，用數(shù)字1表示水泵工作，以數(shù)字0表示水泵停止工作，于是P₁與 P₂的組合工作狀態(tài)用一個兩位的二進(jìn)制數(shù)a₂a₁表示(如表2)。P₀采用變頻器連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，把它與P₁P₂的組合工作相結(jié) 合，則整個給水系統(tǒng)的流量可以在0≤Q_t≤4q的區(qū)間連續(xù)變化(計Q_t時近似忽略了由于水泵并聯(lián)所造成的流量損失)。表2與表1的不同之處在于：由于變頻調(diào)速水泵P₀的加入，可以在0≤Q_t≤4q的全流量范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)給水流量，故理論上可以實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓控制，而不是表1所描述的在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓控制。同時，與傳統(tǒng)的恒壓變頻調(diào)速給水系統(tǒng)相比較，變頻器的設(shè)計選用容量可減小一半。因此，本方案兼具了二進(jìn)制變流量水泵組合方案和典型變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點(diǎn)。

表2　　二臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設(shè)計 出口流量 P₂ P₁ P₀ Qt a₂ a₁ 0＜q₀＜q 0＜Qt＜q 0 0 0＜q₀＜q q＜Qt＜2q 0 1 0＜q₀＜q 2q＜Qt＜3q 1 0 0＜q₀＜q 3q＜Qt＜4q 1 1 0＜q₀＜q

　　如圖2所示，若再增加一個容量為4q的水泵P₃(虛線畫出)，依據(jù)相同的工作原理，給水系統(tǒng)的出口流量可以在0＜Q_t＜8q?范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，同時水壓基本恒定(見表3)。

表3　　三臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設(shè)計 出口流量 P_３ P₂ P₁ P₀ Qt a_３ a₂ a₁ 0＜Qt＜q 0 0 0 0＜q₀＜q q＜Qt＜2q 0 0 1 0＜q₀＜q 2q＜Qt＜3q 0 1 0 0＜q₀＜q 3q＜Qt＜4q 0 1 1 0＜q₀＜q 4q＜Qt＜5q 1 0 0 0＜q₀＜q 5q＜Qt＜6q 1 0 1 0＜q₀＜q 6q＜Qt＜7q 1 1 0 0＜q₀＜q 7q＜Qt＜8q 1 1 1 0＜q₀＜q

　　通過以上二例可以總結(jié)出，如給水系統(tǒng)的設(shè)計流量為Q，則可以把變頻水泵的容量設(shè)計成q=Q/2ⁿ(n=1、2、3……)。同時再配備n臺工頻電源開關(guān)控制的水泵，這n臺水泵的額定揚(yáng)程相同且與變頻水泵的揚(yáng)程一致，但額定流量設(shè)計值卻是兩倍遞變，即從小到大為：q、2q、4q……2^n-1q。?
　　由這(n+1)臺水泵(1臺變頻調(diào)速控制，n臺工頻開關(guān)控制)構(gòu)成的水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)在全流量變化范圍內(nèi)高質(zhì)量的恒壓給水，又把變頻器的設(shè)計容量降為q=Q/2ⁿ，降低了變頻器的工程預(yù)算價格，提高了整個給水系統(tǒng)的性能價格比。?

3 結(jié)論

　　本文提出了水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水方案。它既保留了變頻調(diào)速方案的優(yōu)點(diǎn)：全流量范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓給水，又利用水泵組合技術(shù)大大降低了變頻器選用容量，提高了系統(tǒng)的性能價格比。

參考文獻(xiàn)：
　　［1］蔣志堅，王錫仲.二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，1998，5.

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電　　話：(0451)4506520?
收稿日期：1999-08-30