Hệ thống cấp nước áp suất không đổi: Hướng dẫn lựa chọn, định cỡ và điều khiển VFD

Vào lúc 7h12 sáng tại một tòa nhà chung cư 12 tầng, vòi sen ở tầng 10 trở nên lạnh trong 4 giây mỗi khi máy giặt ở tầng 3 mở van cấp nước. Máy đo lưu lượng dao động hơn 0,15 MPa giữa các mức xả cao nhất vì máy bơm tốc độ cố định đang bật và tắt thay vì điều chỉnh đầu ra của nó. Hệ thống cấp nước có áp suất không đổi sẽ kết thúc chế độ hỏng hóc đó bằng cách giữ áp suất trong dải điểm đặt hẹp và nó cắt giảm năng lượng lãng phí do bơm tiết lưu hoặc bơm đạp xe.

Đối với kỹ sư hoặc nhà phát triển, thuật ngữ này mô tả một gói kỹ thuật cụ thể chứ không phải nhãn tiếp thị. Công ty TNHH Thiết bị cấp nước Jiangsu Mingxing thiết kế và xây dựng các hệ thống này với điều khiển IoT và trình tự nhiều máy bơm. Các câu hỏi quan trọng là độ chính xác của áp suất, dữ liệu năng lượng, quyết định về bể chứa và tuân thủ quy tắc. Bài viết này trả lời chúng bằng những số liệu áp dụng ở giai đoạn đặc tả.

Hệ thống cấp nước có áp suất không đổi phải mang lại điều gì: Định nghĩa bằng những con số

Độ ổn định áp suất là sản phẩm và giới hạn là /-2% ở đầu xả. Máy bơm tốc độ cố định có công tắc áp suất hoạt động trong dải trễ 0,08 đến 0,12 MPa - sự xoay chuyển gây ra hiện tượng nổ lạnh và búa nước dâng cao. Các tòa tháp dân cư chạy ở mức 25 đến 35% lưu lượng thiết kế, do đó, một máy bơm tốc độ cố định sẽ quay hàng chục lần mỗi giờ và làm hao mòn rơle trong vòng chưa đầy hai năm.

Ba đầu ra xác định xem hệ thống có hoạt động hay không: dải áp suất dưới tải nhất thời, tiêu thụ năng lượng ở lưu lượng một phần và khởi động mỗi giờ. Một hệ thống được thiết kế chính xác giữ /-2%, tiêu thụ điện năng ít hơn 30 đến 50% so với bộ điều chỉnh tốc độ cố định và khởi động ít hơn 10 lần mỗi giờ bằng cách ngủ ở mức nhu cầu thấp.

Sự định nghĩa. Hệ thống cấp nước áp suất không đổi là cấu hình tăng áp vòng kín giúp duy trì áp suất xả trong khoảng /-2% điểm đặt cố định trên toàn bộ phạm vi dòng chảy, sử dụng bộ chuyển đổi áp suất, bộ điều khiển tần số thay đổi (VFD) và bộ máy bơm phù hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ thay vì khởi động và dừng.

Cách thức hoạt động của Vòng điều khiển: Bộ chuyển đổi, VFD, Máy bơm và Phản hồi giúp duy trì áp suất ổn định

Hệ thống duy trì áp suất bằng cách đọc tiêu đề xả cứ sau 10 đến 20 ms, so sánh nó với điểm đặt và điều chỉnh tốc độ bơm thông qua vòng PID bên trong VFD. Trình tự có năm bước.

Bộ chuyển đổi lấy mẫu tiêu đề ở tần số 50 đến 100 Hz và gửi tín hiệu 4-20 mA đến bộ điều khiển.
Khối PID so sánh nó với điểm đặt và đưa ra mục tiêu tần số trong khoảng từ 25 đến 50 Hz.
VFD điều chỉnh tốc độ; lưu lượng tỉ lệ với tốc độ, và sức mạnh tỉ lệ với lập phương tốc độ.
Trên công suất một máy bơm, bộ điều khiển sẽ điều khiển máy bơm thứ hai và điều chỉnh cả hai cùng nhau.
Ở mức nhu cầu thấp, hệ thống sẽ ở chế độ ngủ và một bể màng nhỏ sẽ chịu tải cho đến khi áp suất giảm.

Luật quan hệ trong thực tế: ở tốc độ 70%, cùng một máy bơm tiêu thụ khoảng 34% công suất đầy tải; ở tốc độ 60%, khoảng 22%. Mối quan hệ duy nhất này là lý do tại sao việc kiểm soát áp suất không đổi VFD có tác dụng nhanh hơn bất kỳ bộ phận nào khác trong đường trượt.

Jiangsu Mingxing xây dựng logic này vào hệ thống tăng áp suất không đổi được điều khiển bằng VFD, bao gồm trình tự nhiều máy bơm, điều chỉnh trước PID và chế độ ngủ lưu lượng thấp. Hướng dẫn điều chỉnh được đề cập trong bài viết trên VFD cải thiện độ ổn định vận hành của hệ thống tăng áp không đổi như thế nào .

VFD-Controlled Constant Pressure Booster System with Multi-Pump Sequencing

Hệ thống tăng áp suất không đổi được điều khiển bằng VFD với trình tự nhiều máy bơm Hệ thống tăng áp đóng gói này tích hợp nhiều máy bơm, điều khiển VFD, điều chỉnh trước PID và chế độ ngủ lưu lượng thấp. Nó phù hợp với logic lựa chọn của bài viết dành cho các tòa nhà cao tầng, cung cấp nguồn nước có áp suất không đổi cùng với hướng dẫn vận hành để xác minh thiết kế. Xem sản phẩm →

Tiêu chí lựa chọn cho hệ thống cấp nước có áp suất không đổi: Đường cong dòng chảy, cột nước và nhu cầu

Việc lựa chọn bắt đầu từ đường cầu chứ không phải đường bơm. Đầu tiên, tính toán luồng thiết kế từ các bộ phận cố định bằng cách sử dụng đường cong Hunter hoặc phương pháp GB 50015; một tòa nhà 12 tầng với 120 căn hộ có tốc độ từ 8 đến 12 L/s. Thứ hai, tính cột áp tổng bằng lực nâng tĩnh cộng với ma sát cộng với áp suất vòi dư 0,10 đến 0,15 MPa. Ở độ cao tĩnh 48 m và lực ma sát 12 m, cột nước thiết kế khoảng 75 m nên bơm ly tâm trục đứng nhiều tầng là lựa chọn phù hợp.

Thứ ba, lập bản đồ dòng chảy tối thiểu vào ban đêm. Một tòa nhà sử dụng 3 đến 5% lưu lượng thiết kế trong khoảng thời gian từ nửa đêm đến 5 giờ sáng sẽ phá hủy một bộ máy bơm không thể ngủ hoặc chạy máy bơm jockey. Quyết định về cấu trúc liên kết được đưa ra sau đường cầu chứ không phải trước đường cầu.

Ba cấu trúc liên kết phổ biến cho hệ thống cấp nước áp suất không đổi và đặc điểm vận hành của chúng
Thông số thiết kế	Bộ tăng áp không thùng VFD	Hệ thống bể chứa	Hệ thống không áp suất âm
Dải áp suất tại vật cố định	/-2% điểm đặt	/-3 đến 5%	/-2%
Tiết kiệm năng lượng so với bơm tiết lưu	30 đến 50%	20 đến 35%	30 đến 50%
Dấu chân ở mức 10 L/s	khoảng 2,5 m2	6 đến 8 m2 cộng với bể chứa	khoảng 3 mét vuông
Yêu cầu hút	Nguồn hút đáng tin cậy	Đường dây điền thành phố	Kết nối trực tiếp thành phố
Ứng dụng tốt nhất	Khu dân cư, khách sạn cao tầng	Khu vực tiếp nhận không đáng tin cậy	Đường điện thành phố ổn định

    Chỉ định ít nhất ba điểm nhiệm vụ đã được xác minh trên đường cong nhu cầu thực tế: rò rỉ giờ cao điểm, ngày trung bình và đêm. Điểm rò rỉ ban đêm là điểm mà hầu hết các hệ thống đều bị lỗi.   

Hiệu suất được đo lường: Tiêu thụ năng lượng ở mức tải một phần và chi phí mỗi năm

Hệ thống cấp nước áp suất không đổi điều khiển bằng VFD tiêu thụ 28 đến 50% công suất định mức ở lưu lượng một phần, trong khi máy bơm tốc độ cố định có tiết lưu tiêu thụ hơn 90% ở cùng lưu lượng. Biểu đồ bên dưới thể hiện các phép đo điển hình từ việc lắp đặt bộ tăng áp dân dụng với điểm đặt phóng điện cố định.

/-2%

dải áp suất được giữ ở đầu xả

30-50%

giảm năng lượng so với điều tiết tốc độ cố định

0.34

tỷ lệ công suất ở tốc độ 70% từ định luật ái lực của máy bơm

1,5-3 năm

hoàn vốn điển hình cho các dự án trang bị thêm VFD

Ở lưu lượng 40%, bơm tiết lưu cần 92% công suất định mức và hệ thống VFD cần khoảng 30%. Ở mức lưu lượng 70%, các con số là 94% và 50%. Cả hai đều đạt 100% ở mức tối đa. Trong một tòa nhà có lưu lượng dưới 70% trong hầu hết các giờ hoạt động, mức tiết kiệm có trọng số sẽ nằm trong phạm vi đó. Trên máy tăng áp 22 kW chạy 5.000 giờ một năm, mức tiết kiệm 40% là 44.000 kWh, tương đương khoảng 5.300 USD ở mức 0,12 USD mỗi kWh.

Những sai lầm khiến hệ thống cấp nước áp suất không đổi hoạt động kém

Hầu hết các hệ thống áp suất không đổi hoạt động kém đều hỏng hóc do đặt sai đầu dò, thiếu chiến lược dòng chảy thấp hoặc nguồn hút không thể cấp cho máy bơm. Bốn sai lầm gây ra gần như tất cả các khiếu nại trong quá trình vận hành.

Vị trí đặt đầu dò: gắn ở đầu xả, không phải ở vật cố định cao nhất; một cú chạm từ xa sẽ làm cho vòng lặp PID bị săn lùng.
Xử lý lưu lượng tối thiểu: dưới 5% lưu lượng hoạt động vào ban đêm, bơm quay vòng hàng chục lần mỗi giờ; thêm chế độ ngủ, máy bơm jockey hoặc bể màng.
Giãn nở và chảy ngược: bể giãn nở nhiệt và ngăn chặn dòng chảy ngược ngăn chặn áp suất tăng vọt và ô nhiễm.
Nước đọng: bể vỡ tạo ra màng sinh học sau 72 giờ lưu giữ; chỉ định giám sát tuần hoàn hoặc chất lượng nước.

Tình trạng ứ đọng nước đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng ở một số tỉnh. Jiangsu Mingxing giải quyết vấn đề này bằng thiết bị cấp nước có tần số thay đổi với chức năng cải thiện chất lượng nước, bổ sung tính năng tuần hoàn theo thời gian và giám sát dư lượng cho gói áp suất không đổi.

Variable Frequency Water Supply Equipment with Water Quality Improvement

Thiết bị cấp nước có tần số thay đổi giúp cải thiện chất lượng nước Thiết bị cấp nước có tần số thay đổi này bổ sung tính năng tuần hoàn theo thời gian và giám sát lượng nước dư để giải quyết tình trạng ứ đọng nước. Bể lọc của nó sử dụng các bộ lọc lỗ mịn, than hoạt tính và khử trùng bằng tia cực tím để giảm tạp chất và vi khuẩn, khiến nó phù hợp với các yêu cầu về chất lượng nước được điều khiển bằng mã. Xem sản phẩm →

Vận hành chứng minh thiết kế. Quá trình bàn giao có kỷ luật cần có bốn bước.

Ghi lại áp suất xả trong 7 ngày trong khoảng thời gian 1 giây để lập bản đồ đường cong nhu cầu thực tế.
Đặt tần số tối thiểu VFD trên 25 Hz để động cơ luôn được thông gió.
Điều chỉnh mức tăng PID bằng thử nghiệm phản hồi theo từng bước ở lưu lượng 50% và 100%, sau đó giảm một nửa giá trị để tránh bị săn.
Tiến hành xác minh 24 giờ và xác nhận dải áp suất vẫn ở trong /-2%.

Ba cấu trúc liên kết hệ thống áp suất không đổi và khi nào mỗi cấu trúc là sự lựa chọn đúng đắn

Chọn cấu trúc liên kết theo nguồn nước chứ không phải bộ máy bơm. Độ tin cậy của thành phố, áp suất đầu vào và các hạn chế về quy tắc đối với việc bơm trực tiếp quyết định liệu bộ tăng áp không cần bình, hệ thống bể chứa hay hệ thống không có áp suất âm là chính xác.

Hệ thống không có áp suất âm bổ sung thêm bình bù và vòng điều khiển giúp giữ áp suất hút trên giá trị sàn, thường là 0,10 MPa. Loại bình ổn định điện áp chuyển đổi toàn tần số kỹ thuật số không có áp suất âm của Jiangsu Mingxing đóng gói bộ bù, máy bơm, biến tần và bộ điều khiển thành một khối.

Digital Full Frequency Conversion Pressure-Stabilizing Tank-Type Non-Negative Pressure Equipment

Thiết bị ổn định áp suất không âm loại chuyển đổi tần số đầy đủ kỹ thuật số Bộ phận tích hợp này bao gồm một bể chứa bằng thép không gỉ cấp thực phẩm có dòng chảy không đổi, máy bơm tăng áp, VFD, bộ triệt chân không và bộ điều khiển. Nó loại bỏ áp lực tiêu cực trên mạng lưới thành phố thông qua điều khiển máy bơm độc lập CAN bus, hỗ trợ điều chỉnh áp suất hút và dự phòng bể chứa cho các nguồn cung cấp không đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Bộ tăng áp VFD không cần thùng

Dấu chân nhỏ nhất không có nước dự trữ
Dải áp suất được giữ chỉ bằng điều khiển tốc độ
Yêu cầu áp suất hút đáng tin cậy
Tốt nhất cho các tòa nhà có người ở liên tục

Loại bình không áp suất âm

Bảo vệ mạng lưới thành phố khỏi áp lực tiêu cực
Giảm thiểu sự gián đoạn nguồn điện ngắn hạn bằng bể bù
Dấu chân lớn hơn một chút và nhiều điều khiển hơn
Tốt nhất nơi mã hạn chế bơm trực tiếp

Cấu trúc liên kết bể chứa là giải pháp dự phòng khi nguồn cung cấp của thành phố quá không đáng tin cậy; điều chỉnh kích thước bể trong ít nhất 15 phút với lưu lượng thiết kế và khởi động bộ tăng áp trước khi bể cạn nước.

Câu hỏi thường gặp về kiểm soát áp suất tăng áp và trang bị thêm năng lượng

Sự khác biệt giữa áp suất không đổi và hoạt động tốc độ không đổi là gì?

Tốc độ không đổi chạy máy bơm tốc độ cố định dựa vào công tắc áp suất, do đó áp suất xả dao động trong dải 0,08 đến 0,12 MPa. Áp suất không đổi điều chỉnh VFD để giữ điểm đặt cố định liên tục, giữ áp suất ổn định trong khoảng /-2%.

Hệ thống áp suất không đổi VFD thực sự tiết kiệm được bao nhiêu năng lượng?

Mức tiết kiệm được ghi nhận trong các ứng dụng tải một phần là từ 30 đến 50% khi vận hành ở tốc độ cố định có điều tiết, do nhu cầu điện năng giảm theo lập phương tốc độ. Các tòa nhà có lưu lượng dưới 70% trong hầu hết các giờ hoạt động sẽ ở mức cao nhất trong phạm vi đó.

Hệ thống áp suất không đổi cần kích thước bình áp suất nào?

Bể chứa bao gồm lưu lượng tối thiểu và sự giãn nở nhiệt, không phải nơi lưu trữ chính. Đối với tốc độ 10 L/s với lưu lượng tối thiểu 5%, bình màng 50 đến 100 L thường là đủ; với chế độ ngủ VFD, nó chỉ cần hoạt động trong vòng 10 đến 30 giây trước khi khởi động lại.

Bộ tăng áp tốc độ cố định hiện có có thể được chuyển đổi thành áp suất không đổi không?

Có, nếu máy bơm hoạt động tốt và bảng điều khiển có thể chấp nhận VFD. Việc trang bị thêm sẽ bổ sung thêm một bộ chuyển đổi, một bảng điều khiển PID và một bình giãn nở nhỏ, đồng thời thường giữ lại các máy bơm hiện có.

Cách nhanh nhất để có được dải áp suất, dữ liệu năng lượng và điểm nhiệm vụ phù hợp là giao đường cầu cho nhà sản xuất chế tạo toàn bộ khung trượt. Nói chuyện với đội ngũ kỹ sư Giang Tô Mingxing về hệ thống cấp nước áp suất không đổi có kích thước phù hợp với tòa nhà của bạn.