一種根據(jù)實(shí)時(shí)流量自動(dòng)匹配合適水泵的供水設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種供水設(shè)備及方法，具體涉及一種根據(jù)實(shí)時(shí)流量自動(dòng)精確匹配合適水栗的供水設(shè)備及方法，屬于供水設(shè)備節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于每個(gè)城市的市政管網(wǎng)壓力有限，市政管網(wǎng)供水最高也只能到七八樓，甚至有的住宅小區(qū)處于管網(wǎng)末端一樓就需要進(jìn)行加壓供水，高層建筑就需要經(jīng)過(guò)加壓設(shè)備供水。原有的自來(lái)水市政管網(wǎng)在用水高峰期時(shí)普遍存在著壓力不足，這種現(xiàn)象在高層建筑更加普遍，給居民的生活帶來(lái)了極大的不便。究其原因，主要是受技術(shù)落后的供水設(shè)備的限制，居民在用水高峰期時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)供水壓力不足，此時(shí)供水量遠(yuǎn)低于需求量，無(wú)法保證供水質(zhì)量；而在用水低峰期，水的供給量經(jīng)常高于需求量，此時(shí)水壓迅速升高，不僅造成巨大的電能浪費(fèi)，而且長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下去有可能造成供水管道破裂甚至導(dǎo)致供水設(shè)備的損壞。
[0003]目前市面上的供水設(shè)備存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題:
[0004]1、節(jié)能效果不理想。供水設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，是按實(shí)際最大用水量取1.5至2.5倍裕量來(lái)設(shè)計(jì)總流量的，而實(shí)際用水量在極限情況下都是達(dá)不到此設(shè)計(jì)流量的，在項(xiàng)目入住率低以及非用水高峰期的情況下，偏離設(shè)計(jì)流量的程度更大。水栗的效率曲線近似拋物線，其頂點(diǎn)為額定流量值，只有在水栗的額定流量±20?30%范圍內(nèi)可近似認(rèn)為其工作在高效率區(qū)間。常規(guī)二次供水技術(shù)一般均使用二至四臺(tái)(對(duì)應(yīng)一用一備至三用一備)相同流量及功率的水栗并聯(lián)供水，此種方式下，只有在用水高峰期時(shí)某臺(tái)水栗工作在工頻狀態(tài)下此栗才會(huì)達(dá)到最高效率，其余絕大多數(shù)工況下均偏離高效率區(qū)間較遠(yuǎn)，效率很低，造成單位送水量能耗過(guò)高，遠(yuǎn)達(dá)不到其理論節(jié)能效果。
[0005]2、水栗變頻/工頻切換過(guò)程中因水栗轉(zhuǎn)速變化過(guò)快，忽啟忽停，造成出水水壓波動(dòng)太大，嚴(yán)重影響用戶的用水舒適性。
[0006]供水設(shè)備的離心栗具有:額定揚(yáng)程越低，效率越高；額定流量越大，效率也越高的兩個(gè)特性。如何利用供水設(shè)備離心栗的這兩個(gè)特性解決現(xiàn)有的供水設(shè)備存在的這兩大問(wèn)題對(duì)于解決城市市政供水難題具有極大的社會(huì)意義。
[0007]CN201089954Y公開了一種自動(dòng)分量供水裝置，在供水管上增設(shè)分量探頭，當(dāng)供水水源不足，流量減少，壓力下降時(shí)，分量探頭將接收的壓力變化通過(guò)導(dǎo)線反饋給控制箱內(nèi)的控制開關(guān)，控制開關(guān)控制水栗開啟栗數(shù)量或減少水栗轉(zhuǎn)速，控制其取水量，來(lái)大道分量取水。該對(duì)比文件中的技術(shù)雖然可以解決高樓居民用水難的問(wèn)題，但是能耗較高而且水栗轉(zhuǎn)速頻繁切換，將影響設(shè)備的使用壽命。
[0008]CN100523397C公開了一種城市梯級(jí)恒壓供水設(shè)備及方法，該對(duì)比文件中的供水設(shè)備安裝有一組不同流量的變頻水栗，可以有效提高能源使用效率，提高節(jié)能效果，但是水栗的選擇是由出水口的壓力來(lái)控制的，很不精準(zhǔn)，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以自動(dòng)精確匹配、切換、組合、啟停最合適流量值的水栗，使所有水栗在所有用水時(shí)段均可工作于高效區(qū)間，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能耗低、能根據(jù)實(shí)時(shí)流量自動(dòng)精確匹配合適水栗，使所有水栗在所有用水時(shí)段均可工作于高效區(qū)間，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的供水設(shè)備及方法。
[0010]為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案如下:
[0011]—種根據(jù)實(shí)時(shí)流量自動(dòng)匹配合適水栗的供水設(shè)備，包括串聯(lián)式疊壓連接的低區(qū)供水設(shè)備、中區(qū)供水設(shè)備和高區(qū)供水設(shè)備；其中，所述低區(qū)供水設(shè)備依次包括:流量計(jì)、出水壓力監(jiān)測(cè)裝置、一組不同流量的水栗及相對(duì)應(yīng)功率的變頻器、缺水保護(hù)裝置、穩(wěn)壓裝置和可編程邏輯控制器(以下簡(jiǎn)稱“PLC”)；所述不同流量的水栗之間并聯(lián)連接，所述每臺(tái)水栗由對(duì)應(yīng)功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；所述變頻器、流量計(jì)、出水壓力監(jiān)測(cè)裝置與缺水保護(hù)裝置分別與PLC相連；所述流量計(jì)可安裝在進(jìn)水總管也可安裝在出水總管，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備流量值反饋至PLC，PLC根據(jù)實(shí)時(shí)流量自動(dòng)匹配合適水栗；所述中區(qū)供水設(shè)備和高區(qū)供水設(shè)備的設(shè)備組成與低區(qū)供水設(shè)備相同，僅各水栗流量、揚(yáng)程數(shù)值及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)用變頻器功率不同，其它結(jié)構(gòu)、構(gòu)成部件、控制過(guò)程均與加壓低區(qū)供水設(shè)備一致。
[0012]進(jìn)一步地，當(dāng)設(shè)備的設(shè)計(jì)流量小于50m3/h時(shí)，所述水栗為兩臺(tái)不同流量的水栗，每臺(tái)水栗均由一臺(tái)其對(duì)應(yīng)額定功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。即所述水栗包括大流量水栗和小流量水栗，對(duì)應(yīng)功率的變頻器為大功率變頻器和小功率變頻器。
[0013]進(jìn)一步地，當(dāng)設(shè)備的設(shè)計(jì)流量大于50m3/h時(shí)，所述水栗為三臺(tái)不同流量的水栗，每臺(tái)水栗均由一臺(tái)其對(duì)應(yīng)額定功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。即所述水栗包括大流量水栗、中流量水栗和小流量水栗，對(duì)應(yīng)功率的變頻器為大功率變頻器、中功率變頻器和小功率變頻器。
[0014]優(yōu)選地，所述流量計(jì)為電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、禍輪流量計(jì)、禍街流量計(jì)中的一種。
[0015]優(yōu)選地，所述出水壓力監(jiān)測(cè)裝置為遠(yuǎn)傳壓力表、壓力變送器中的一種。
[0016]優(yōu)選地，所述缺水保護(hù)裝置為電接點(diǎn)壓力表、壓力開關(guān)、浮球液位開關(guān)中的一種。
[0017]進(jìn)一步地，所述低區(qū)供水設(shè)備、中區(qū)供水設(shè)備和高區(qū)供水設(shè)備還分別包括與PLC通訊連接的彩色觸摸屏。
[0018]進(jìn)一步地，在所述低區(qū)供水設(shè)備前還設(shè)有穩(wěn)流罐。
[0019]進(jìn)一步地，所述PLC可使用單片機(jī)替代。
[0020]本發(fā)明將同一個(gè)項(xiàng)目的高、中、低三個(gè)供水分區(qū)串聯(lián)起來(lái)，水源從低區(qū)供水設(shè)備進(jìn)水總管輸入，加壓后的出水分成兩路，一路直接輸出供應(yīng)低區(qū)用戶，另一路作為中區(qū)供水設(shè)備水源，加壓中區(qū)供水設(shè)備的出水再次分為兩路，一路直接輸出供應(yīng)中區(qū)用戶，另一路作為高區(qū)供水設(shè)備的水源，這路水源加壓后從高區(qū)供水設(shè)備的出水總管輸出供應(yīng)高區(qū)用戶；
[0021]所述低區(qū)供水設(shè)備、中區(qū)供水設(shè)備、高區(qū)供水設(shè)備分別包括一組不同流量的水栗及相對(duì)應(yīng)功率的變頻器以及安裝在進(jìn)水總管或出水總管的流量計(jì)，所述不同流量的水栗之間并聯(lián)連接，所述每臺(tái)水栗由對(duì)應(yīng)功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；所述流量計(jì)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的流量值，并反饋至PLC，由PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的合適水栗啟停，使所有水栗在所有用水時(shí)段均工作于高效區(qū)間。
[0022]工作原理:
[0023]供水設(shè)備使用的離心水栗有兩個(gè)特性:額定揚(yáng)程越低，其效率越高；額定流量越大，其效率也越高。根據(jù)離心栗的這兩個(gè)特性，本發(fā)明做了如下改進(jìn):
[0024]1、本發(fā)明使用串聯(lián)式疊壓技術(shù):即將同一個(gè)項(xiàng)目的高、中、低三個(gè)供水分區(qū)(低區(qū)供水設(shè)備、中區(qū)供水設(shè)備和高區(qū)供水設(shè)備)串聯(lián)起來(lái)，低區(qū)設(shè)計(jì)流量為項(xiàng)目總流量，流量計(jì)算時(shí)按項(xiàng)目總用水戶數(shù)計(jì)算，揚(yáng)程為低區(qū)設(shè)計(jì)揚(yáng)程，低區(qū)供水設(shè)備加壓后的出水分成兩路，一路直接供應(yīng)低區(qū)用戶，另一路做為中區(qū)供水設(shè)備的水源；中區(qū)供水設(shè)備在低區(qū)供水設(shè)備出水的壓力基礎(chǔ)上疊加一個(gè)很小的壓力即可達(dá)到中區(qū)供水設(shè)備所需的揚(yáng)程，中區(qū)供水設(shè)備設(shè)計(jì)流量時(shí)按中區(qū)和高區(qū)兩區(qū)用水戶數(shù)總和計(jì)算，加壓后的出水同樣分成兩路，一路直接供應(yīng)中區(qū)用戶，另一路做為高區(qū)供水設(shè)備的水源；高區(qū)供水設(shè)備在中區(qū)供水設(shè)備出水的壓力基礎(chǔ)上疊加一個(gè)很小的壓力即可達(dá)到高區(qū)供水設(shè)備所需的揚(yáng)程，設(shè)計(jì)流量時(shí)只按高區(qū)用水戶數(shù)計(jì)算即可。由于每個(gè)分區(qū)設(shè)備所需的揚(yáng)程都很低，大約在二十米至三十五米之間，而低區(qū)和中區(qū)的流量大幅增加，所選用的水栗效率要較傳統(tǒng)方式要高得多，因此，整套設(shè)備所需的總功率會(huì)大幅下降，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
[0025]2、同時(shí)為使所有水栗的效率在所有用水時(shí)段均工作于高效率運(yùn)行區(qū)間，本發(fā)明使用自適量單栗變頻技術(shù)。
[0026](I)當(dāng)設(shè)備的設(shè)計(jì)流量小于50m3/h時(shí)，可使用兩臺(tái)不同流量的水栗，即大流量水栗和小流量水栗，每臺(tái)水栗均由一臺(tái)其對(duì)應(yīng)額定功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)(分別為大功率變頻器和小功率變頻器)。選擇水栗時(shí)，盡量使兩臺(tái)栗的水栗效率曲線的高效區(qū)間平滑對(duì)接，且兩臺(tái)水栗的各栗流量總和為該套設(shè)備的總流量值，以保證無(wú)論用水流量數(shù)值多少，此數(shù)值均處于其中一臺(tái)或兩臺(tái)水栗并聯(lián)運(yùn)行的高效區(qū)間。
[0027](2)當(dāng)設(shè)計(jì)流量大于50m3/h時(shí)，則使用三臺(tái)不同流量的水栗，即大流量水栗、中流量水栗和小流量水栗，每臺(tái)水栗均由一臺(tái)其對(duì)應(yīng)額定功率的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)(分別大功率變頻器、中頻率變頻器和小功率變頻器)ο選擇水栗時(shí)同樣應(yīng)盡量使三臺(tái)栗的水栗效率曲線的高效區(qū)間平滑對(duì)接，且三臺(tái)水栗的各栗流量總和為該套設(shè)備的總流量值，以保證無(wú)論用水流量數(shù)值多少，此數(shù)值均處于其中一臺(tái)或多臺(tái)水栗并聯(lián)運(yùn)行的高效區(qū)間。
[0028]為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配、切換、組合、啟停合適流量值的水栗，在進(jìn)水或出水總管安裝一臺(tái)高精度高穩(wěn)定性的流量計(jì)，所述流量計(jì)可優(yōu)選為電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)。流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備總流量，根據(jù)流量范圍由PLC (可編程邏輯控制器)13內(nèi)置程序自動(dòng)精確匹配、切換、組合、啟停最合適流量值的水栗，使所有水栗在所有用水時(shí)段均可工作于高效區(qū)間，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
[0029]出于成本考慮，設(shè)計(jì)流量值大于50m3/h的項(xiàng)目每個(gè)分區(qū)的成套設(shè)備也可只使用兩臺(tái)水栗。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可考慮增設(shè)一臺(tái)備用栗，備用栗應(yīng)選擇流量最小那臺(tái)水栗，因?yàn)榇伺_(tái)水栗運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，啟動(dòng)最頻繁，且整體成本增加最少。備用栗與其它幾臺(tái)水栗一樣，也單獨(dú)使用一臺(tái)變頻器獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，與相同流量那臺(tái)水栗自動(dòng)切換輪流備用。
[0030]為了消除水壓突變以穩(wěn)定出水壓力，本發(fā)明在出水總管上連接穩(wěn)壓罐，微小流量時(shí)由穩(wěn)壓罐供水，以免設(shè)備頻繁啟停造成能源浪費(fèi)及設(shè)備提前損壞。
[0031]當(dāng)來(lái)水不足或停水時(shí)，由安裝在進(jìn)水總管上的缺水保護(hù)裝置將信號(hào)送至PLC(可編程邏輯控制器)控制系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)，來(lái)水正常時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備正常供水。
[0032]為方便顯示、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)定參數(shù)，本發(fā)明采用彩色觸摸屏，通過(guò)數(shù)據(jù)線與PLC(可編程邏輯控制器)通訊連接，可顯示、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)定參數(shù)及查詢故障記錄等。
[0033]若水源為市政自來(lái)水等帶壓水源，則設(shè)備需要增加穩(wěn)流罐(無(wú)負(fù)壓罐)，需要在所述低區(qū)供水設(shè)備前設(shè)穩(wěn)流罐。
[0034]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0035]1、本發(fā)明自適量單栗變頻技術(shù)，通過(guò)安裝在進(jìn)水總管或出水總管的流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備總流量，將此數(shù)據(jù)送至PLC進(jìn)行運(yùn)算匹配，自動(dòng)精確匹配選擇高效區(qū)間最接近此流量數(shù)值的一臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的水栗，由其對(duì)應(yīng)的變頻器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使所有水栗在所有用水時(shí)段均工作于高效區(qū)間，以最大