张家口水协恒压变频供水设备(回水问题)_变频恒压供水系统缺点

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供水设备回水问题

张家口水协恒压变频供水设备有限公司

（长沙水协集团）

2015-5-25

目 录

一、公司简介...........................................3

二、浅析变频恒压供水系统回水问题........................3

1． 问题的提出..................................................3 2． 回水情况调查................................................4 3． 回水现象产生及危害..........................................4 4． 影响回水的因素..............................................5 5． 回水问题的解决..............................................6 6． 结束语......................................................6

三、设备案例展示.......................................7

一、公司简介

长沙水协（集团）有限公司系中国城镇给排水协会常务理事单位，下设张家口水协恒压变频供水设备有限公司等，在全国各大中小城市招有几十个分支机构，并建立了销售服务网络，有邵阳水协，洞口水协，湘西水协，岳阳水协，衡水水协，信阳水协，丹江口水协，随州水协，洛阳水协，贵阳水协，乌市水协，库尔勒水协，阿勒泰水协，泰安水协，成都水协，遂宁水协，潍坊水协，海口水协，西安水协，临汾水协，运城水协，兰州水协，重庆水协，衡阳水协，宜春水协，银川水协，通辽水协公司等。

张家口水协恒压变频供水设备有限公司主要从事高层楼供水设备的研发、制造、销售，产品主要包括无负压变频供水设备、变频恒压供水设备、智能化箱式泵站、箱式无负压供水设备、二次加压供水设备、无塔供水设备、深井变频供水设备、变频控制柜等。产品适用于高楼供水、加压泵站、宾馆酒店热水循环、小区改造、水厂自动化系统、管道直饮水、中水处理、农村安全饮水工程，工矿企业供水等。

1951年-长沙水泵厂最早成为国家水泵试点基地。

1978年至2006年,长沙工程机械,传统机械迅猛崛起,成为全国机械之都。1996年荣获湖南省环境保护产业协会会员证。2000年成为中国城镇供排水协会团体会员。2006年系中国城镇给排水协会常务理事单位。2011年下设长沙水协供水设备有限公司。2012年评为中国水协设备材料贡献先进单位。2012年评为中国供排水行业企业文化先进单位。

先后取得了ISO9001质量管理体系认证、CCC证、GS认证、卫生许可批件和多项专利技术、国家重点推广项目。

二、浅析变频恒压供水系统回水问题

1． 问题的提出

随着科技的发展，人民生活水平的提高，对给水工艺的要求越加严格，水泵变频技术将改变传统供水方式，越来越普遍地应用于给水工程。为了使变频技术更好地发挥效能，必须保证设备各项技术参数随运行环境变化合理设置，否则运行起来将不能发挥应有作用，甚至出现传统供水方式下不可能出现的问题—— 回水(管路内的水经运行的变频泵流回水源)。

济南铁路局济西给水所目前使用的群井集控系统2000年投入使用，由1套变频设备及4套扬水机械设备组成，主要负责济西站区生产、生活用水。采用三

用一备运行方式，通过变频调速自动调节电机转速和水泵运转台数，达到系统恒定压力供水的需求。每年供水量约120余万吨，变频技术的运用起到节能的作用。2006年发现运行中出现回水问题，给安全生产带来隐患。

2． 回水情况调查

工作人员在计算水泵扬水量时一般用当天某一时刻水表数码减去前一天同时刻水表数码，1月4日发现水泵运转一天但扬水量为负值，经计量检验水表合格，证明系统发生回水现象。为此供电段组织调查，发现2006年1月10日至2月2日20多天时间系统回水5次，回水量2 594 m3，约占当月供水量的3％，如此大的回水频率及回水量说明回水不是造成计量失误的偶然现象。水泵在额定转速下显然不会发生回水，通过现场观察，确定管路内的水有时通过调速泵(在变频状态运行的水泵)回流到水源井，此时水泵低速运转，逆止阀阀板未全部关闭，阀板两侧水压基本平衡。

3． 回水现象产生及危害

水泵变频运行的原理。通过流体力学的基本定律可知：泵类设备属平方转矩负载，同一台泵其转速n与流量p、压力H、轴功率P存在以下关系：流量与转速的一次方成正比，压力与转速的2次方成正比，轴功率与转速的3次方成正比。改变水泵转速将改变水泵性能，使流量、扬程发生变化。通过变频技术改变电动机工作电源频率可以改变电动机转速，使水泵工作在我们所设定的工况点。

济西恒压供水系统供水时采用2台及以上的水泵并联供水，根据管网压力变化通过PLC及变频器自动调整定速泵(额定转速)运行台数和变频泵转速。一般情况下由定速泵、变频泵共同运行保证管网水压要求，变频泵的转速根据供水量大小变化，由变频器输出电源频率控制。当管网压力小于设定压力，变频器输出电源频率上升，变频泵转速提高，水泵扬水量增加。当转速上升至额定转速时，变频泵切换为定速泵，同时系统控制另外一台水泵变速启动；当管网压力大于设定压力，变频器输出电源频率下降，变频泵转速降低，水泵扬水量减小。当水量下降到我们设定的某一输出电源频率Ⅳ 时，系统将切除一台定速泵，由变频泵调节流量变化直至实现水压满足设定要求，我们将 称为变频器最低输出频率。

回水的发生。当管网压力大于设定压力，水泵转速将下降。如果将系统Ⅳn设定为o Hz(Ⅱ为l0以内的较小数值)，会发现随着水泵转速下降供水扬程逐渐变小，转速下降到某一频率Ⅳ(N．>Ⅳ。)时，水泵扬程会小于管网内水压，这种情况下止回阀也基本失去作用。因为止回装置大都为减小水锤危害而采用微阻缓闭阀，阀板需要借助水倒流产生足够大的背压推动延缓装置回位，阀板与阀体才能关闭严密，而上面运行状态时阀板两侧水压力差较小，不能使阀板闭紧，管

路内的水能够通过逆止阀流回水源。回水流量根据水泵转速变化，直至实现管网压力与设定压力平衡，此时变频器输出频率高于Ⅳ，变频泵仍然低速运转，这时就发生了回水。如果在一定时段内系统供、用水量不发生大的变化，这种状况将持续运行。济西供水系统回水就是因设备在某一频率运转时发生回水，此时电机电源工作频率高于Ⅳ，系统不做切换动作。

回水现象的危害。因为是在设备运行中发生，不容易被发现，其危害非常大。一是浪费电能：水泵已经扬入管网的水通过运行的变频泵流回水源，水量有时会很大，例如上面提到的济西1月至2月回水量2594立方米，只是根据每天水表起止码计算出来的。在一天的运行当中有时扬水与回水交替存在，水泵向管网扬入具体水量无法计算，2 594 m3水只代表在那段时间当中回水量比扬水量多2594 立方米水，能源浪费很大。二是管网内的水倒流进入管井，容易对水源造成污染。

4． 影响回水的因素

为何系统安装之初工作正常，后来设备参数未发生变化却出现回水现象，综合考虑主要受以下几种因素影响：

水源动水位。水源动水位变化，致使水泵工况点发生变动。在系统供水压力设定为某一定值时，水泵运行工况点会随动水位的变化而变化。济西地区有时丰水期和枯水期动水位相差较大，济西四所2005年6月动水位最大是l3．8 m，平时动水位在5 m左右，相差近8 m，而水泵额定扬程为42 m，动水位变化范围约占扬程的20％。当管网供水压力同样为0．28 MPa时，在枯水期、丰水期济西四号泵扬程将分别为42 m、33 m；相应在变频运行时，水泵发生回水的临界电源频率(即水泵能够在管网压力为0．28 MPa情况下向管路开始扬水时变频器输出的最低电源频率)也有较大变化，扬程高时临界电源频率较高，扬程低时临界电源频率较小，根据运行经验，在以上两种情况下所需电源频率相差6 Hz左右。

变频器最低输出频率N0，正常情况下变频器最低输出频率应大于回水临界电源频率。济西系统安装时水源动水位5 m左右，供水压力0．28 MPa，变频器最低输出频率20 Hz，系统工作频率高于回水临界电源频率。后来出现回水，就是因为动水位出现较大下降，供水压力仍为0．28 MPa，水泵扬程增加，致使回水临界电源频率上升，高于变频器最低输出频率20 Hz，水泵能够在回水临界电源频率段运行，于是出现回水。

逆止装置。大型供水系统运行特性决定了逆止装置的功能，既要在停泵时控制水流，又要减少水锤对设备、管网的冲击。济西供水系统采用微阻缓闭逆止阀，阀板需在足够大的水压下才能关闭严密，回水发生时阀板两侧水压力差不足以将

阀关闭。我们不可能为此采用发生回水时能够立即关闭阀板的普通逆止阀，它会增大水锤危害，因此这一因素在大型供水系统普遍存在。

5． 回水问题的解决

通过上面的分析认为：在管网供水压力一定的情况下，只要合理设置变频器最低输出频率就能杜绝回水发生。为此我们要做以下几项工作：

确定管网供水压力。首先根据济西站场地势状况和设备位置情况选定三个供水不利点作为水压控制点：管网北部最末端的生活区居民楼4楼、机务段锅炉房、管网南部最远端车辆段T 201005号消防栓，通过调节管网泵房处供水压力，对3个控制点进行压力测定，确定最佳供水压力。

《给排水设计手册》及用户对控制点的最低水压要求 ：锅炉房>0．20 MPa 居民楼普通水龙头>O．02 MPa消防栓>10 nl充实水柱(19 mm水枪口)流量>4．5 L／S。可以看出：供水压力0．22 MPa时，锅炉房水压力为0．18 MPa低于要求的0．20 MPa最低水压，不能满足水压要求；供水压力0．24 MPa时，锅炉房水压为0．20 MPa，可满足水压要求，这一压力下没有富余水头，根据实际情况，选定供水压力为0．26MPa。

选定管网供水压力0．26 MPa，对系统进行测定，电动机在电源频率27 Hz以下运转时水泵基本不扬水，为电动机相对平滑启动，降低对设备、电网的冲击，选最低输出频率为30 Hz。

调整微阻缓闭逆止阀参数。由于恒压供水系统内水压稳定，产生水锤压力较小，通过调整微阻缓闭逆止阀活塞螺杆，减小活塞行程，同时调小活塞运动阻力，提高逆止阀的灵敏性，使阀板在回水时能较快关闭。经调整设备参数、运行一段时间后系统未发现回水现象。

6． 结束语

水泵采用变频调速技术是我国节能的一项重点推广技术。实践证明，该技术能提高设备效率优化生产工艺。因为影响系统运行的动水位等因素经常发生变化，必须加强日常监测，及时根据运行条件变化调整设备参数，防止回水发生。

三、设备案例展示