1、水泵,水箱联合给水系统第 1 页 共 30 页摘要介绍水泵水箱联合给水方式系统方案，详细地阐述了系统组成、系统硬件接线和系统软件设计，并详细介绍了系统工作原理。水泵水箱联合给水方式适用的条件是：当建筑外管网压力经常低于建筑内给水系统所需压力，而且建筑内用水量又很不均匀时，采用水泵加压给水，同时采用水箱贮存调节用水量。此方式，一是能使水泵在高效率条件下工作，同时水箱能够贮存调节生活和其他用水量，二是使水泵间断工作，可以利用变频器和 PLC 来实现对水泵的变频调速控制来达到水泵运行与停止自动化，能及时向管网和水箱充水，也可使水箱容积大大减小。这种给水方式技术上合理，供水可靠，节能，是我过和国外建筑
2、采用的一种常见给水方式。关键词:给水方式 PLC 变频器 第 1 章 绪论水泵水箱联合给水方式即建筑外给水管网水经引入管流进贮水池，再由水泵抽水加压至屋顶水箱和建筑内给水管网。水泵水箱联合给水方式适用的条件是：当建筑外管网压力经常低于建筑内给水系统所需压力，而且建筑内用水量又很不均匀时，采用水泵加压给水，同时采用水箱贮存调节用水量。此方式，一是能使水泵在高效率条件下工作，同时水箱能够贮存调节生活和其他用水量，二是使水泵间断工作，可以利用变频器和 PLC 来实现对水泵的变频调速控制来达到水泵运行与停止自动化，能及时向管网和水箱充水，也可使水箱容积大大减小。这种给水方式技术上合理，供水可靠，节能，
3、是我过和国外建筑采用的一种常见给水方式。而如今， “节能”这个词已经充斥了各个领域，我国是仅次于美国的发电大国，而其中 80%为火力发电。火力发电每天燃烧了大量的煤和石油，并且产生大量有害气体，污染环境。当前，能源形势严峻，尤其是世界能源危机。据目前的开采速度，煤炭可供应169 年，天然气仅仅可以供应 65 年，石油只可用到 2050 年。而我国的能源形势更为严峻，据1997 年世界能源统计评论估计，中国的煤炭在以后的 88 年内，石油和天然气资源分别在 20.2 年和 49.3 年内将面临枯竭。依赖于煤炭，石油等一次能源的电能，形势岌岌可危。2004 年，全国 24 个省市拉闸限电，电力严重
4、短缺。2005 年，全国最大电力缺口达 2500 万千瓦。可见，节约电能以势在必行。而此次设计的系统中，耗电最大的用电器是水泵。据统计资料报道, 我国现有约5000 万台水泵和风机在运行。总计年用化量可达约 1000 亿度。泵和风机均属于叶片式流常州工学院毕业设计论文第 2 页 共 30 页体机械；由流体机械理论，在相似工况下，泵、风机的流量，扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方成正比。如转速下降一半，其功率可下降到原来的 1/8。自从二十世纪八十年代以来大量各种品牌国外变频器进入国内市场，我国也自行研制生产了若干品牌的国产变频器，变频器在我国以获得了广泛的应用。对于建筑给水来说，用
5、得最多的就是变频调速恒压变量给水。第 2 章 水箱2.1 水箱的构成及选择（1） 水箱的形状常用水箱形状有圆形，方形和矩形，在特殊情况下可根据具体条件设计成其它任意形状。在本设计中，采用圆形。圆形水箱结构合理，节省材料，造价低廉。方形和矩形水箱布置方便，占地较小，但对大型水箱结构较复杂，材料耗量较大造价较高。（2） 水箱的材料水箱的材料有多种，像金属材料：大小水箱均可使用，重量轻，施工安装方便，但易锈蚀，维护工作量较大，造价较高。一般采用碳素钢板焊接而成，碳钢水箱内表面必须进行防腐处理，对于生活用水箱，防腐材料不得有碍卫生要求。在有条件时采用不锈钢，铜，铝等材料或复合材料较为理想。钢筋混凝土材
6、料：适用于大型水箱，经久耐用，维护简单，造价较低，但重量大，与管道连接处理不好易漏水.在贮存生活饮用水时,内表面应做防污染处理。木质材料：仅用于小型，临时性给水工程和盛产木材的地区。其它材料：如塑料，玻璃钢等，若用作水箱材料，也具有很多优点（如耐腐蚀，重量轻，安装维护简便等） 。考虑到成本，卫生等综合因素，本设计采用薄 壁 不 锈 钢 水 箱 ， 而 且 不 锈钢 水 箱 制 作 工 厂 化 ， 自 重 轻 ， 安 装 便 捷 。有效容积水泵,水箱联合给水系统第 3 页 共 30 页（3）设置高度水箱的设置高度,应使其最低水位的标高满足不利配水点或消火栓的流出水头要求：ZxZb+He+Hs （
7、11）式中 Zx-高位水箱最低水位的标高(米)；Zb-最不利配水点或消火栓的标高(米)；He-最不利配水点或消火栓需要的流出水头(米水柱)；Hs-水箱出口至最不利配水点或消火栓的管道总水头损失(米水柱)。对于贮备消防用水的水箱，在满足消防流出水头确有困难时，应采取其它适当措施满足消防要求。（4）水箱的附件水箱附件：水箱一般应有进水管，出水管，溢流管，泄水管，通气管，水位计，入孔等件。进水管：水箱进水管一般从侧壁接入，也可从底部或顶部接入。出水管：水箱出水管可从侧壁或底部接出。出水管内底应高出水箱内不少于 50 毫米。出水管上一般应装设阀门。溢流管：水箱溢流管可从侧壁或底部接出。 溢流管直径宜比
8、进水管大 12 号，但在水箱底 1 米一下可以改用等于进水管直径。溢水沿口应比最高水位高 20 毫米，溢水沿口最好做成朝上的喇叭口。溢水管上不得装设阀门。溢水管不得与排水系统直接连接，必须采用间接排水。溢水管上应有防止尘土，昆虫，蚊蝇等进入的措施，如设置水封，滤网等。通气管：供生活饮用水的水箱应设有密封箱盖，箱盖上应设有检修入孔和通气管。通气管可伸至室内或室外，但不得伸到有有害气体的地方，管口应有防止灰尘，昆虫和蚊蝇进入的滤网，一般应将管口朝下设置。通气管上不得装设阀门，水封等妨碍通气的装置。通气管不得与排水系统和通风道相连。泄水管：水箱泄水管应自底部最低处接出。泄水管上装有阀门。泄水管可与溢
9、流管相接，但不得与排水系统直接连接。泄水管管径在无特殊要求时，一般采用 4050 毫米。液位计：一般应在水箱侧壁上安装玻璃液位计，用以就地指示水位。在一个液位计长度不够时，可上下安装两个或两个以上相邻两个液位计的重叠部分，不少于 50 毫米。液位计应装载观察方便光线充足的地方。常州工学院毕业设计论文第 4 页 共 30 页第 3 章 水泵3.1 水泵装置水泵装置常指水泵电机的总称，是抽水加压的通用设备。正确选择水泵装置能降低设备投资，合理使用地面面积，降低能耗，提高供水的可靠性。一般给水系统中水泵选择清水离心泵，选择时主要考虑供水流量及所对应的扬程，并使其在高校区下工作。在给水加以系统中，水泵
10、分直接抽水和间接抽水，直接抽水是指水泵直接从给水管道中抽水，能充分利用外管网水压，减少水泵扬程。水泵间接抽水是指建筑外管网水流进贮水池内抽水，水泵不能利用建筑外给水管网水压。水泵间接抽水按水泵的安装位置分自吸式和自灌式两种，自吸式是水泵位置高于水池水面，在吸水管进口安装底阀；自灌式是水泵位置低于水池水面，水池内水能自流入水泵内，无需在水泵吸水管进口安装底阀。自灌式抽水可靠，在有条件的地方应尽量把水泵安装成自灌式。泵的种类繁多，有不同的结构特点和使用范围，根据工作原理可分成三类：叶片泵、容积泵、喷射泵。叶片泵是利用叶轮的叶片来输送液体的，如离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵等。水泵,水箱联合给水系统
11、第 5 页 共 30 页本次设计采用的是离心泵，所以下面详述一下离心泵。离心泵的主要性能参数（1）泵的流量流量是泵在单位时间内所抽送液体的数量，有体积流量和重量流量两种表示方法。常用的流量是体积流量，以 表示，其单位是 m /h。重量流量以 G 表示，其单位是Q3kgf/h。 与 的关系是： = （1-GQG2）式中 -液体重度（kgf/m ）3-泵的流量（m /h）（2）泵的扬程扬程是单位重量的液体通过泵后获得的能量，有的也称总扬程或全扬程，通常用所抽送液体的液柱高度 表示，其单位是 m。H（3）泵的转速转速是指泵的转子每分钟旋转的圈数，以 表示，其单位是 r/min。n（4）泵的功率叶片泵
12、的功率是指泵的轴功率，也是原动机传给泵的功率，用 表示，单位是 kW。P泵的输出功率，也称有效功率，用 表示，它是单位时间内泵输送出去的液体从泵Pe中获得的有效能量。的习惯计算式为： = (kW) （1-3）Pe 102QH式中 -液体重度（kgf/m ）3-泵的流量（m /h）Q-泵的扬程（m） H（5）泵的效率叶片泵的轴功率 与有效功率 的差值，是泵工作时损失的功率。其大小用效率来Pe衡量。效率是 与 的比值，以 表示， 的计算式为 = 我们知道泵的有效功率ePe（或流量 、扬程 ）和效率 后，就可以计算出泵的轴功率：PeQH（kW ） （1-4）102QHeP（6）泵的吸上真空高度泵的吸
13、上真空高度是指为了保证泵运行时不发生汽蚀而具有的最大的吸上真空高度，以 表示，其单位为 m。在实际使用中规定留有 0.3m 的安全量，即将 减去maxHs maxHs0.3m 作为允许最大吸上真空高度，以 表示， = -0.3（m） Hs常州工学院毕业设计论文第 6 页 共 30 页（1-5）泵吸入口处的吸上真空高度 不仅与水泵几何安装高度 有关，而且还与吸入口处HsHj的流速 ，吸入管路损失 及液面压力 有关，如果水泵在某一流量下运行，则 项SVhw0p gsV2是定值，而管路水力损失 也几乎是定值，则吸上真空高度 随着几何安装高度的s的增大而逐渐增大。当几何安装高度 增大到某一数值后，泵就
14、不能工作。对应于这Hj Hj一工况的吸上真空高度即为上面所述的最大吸上真空高度 ，目前 只能靠试maxsaxHs验得出。对于泵的样本上或泵的铭牌上都已明确规定的允许吸上真空高度 ，并不等于几何安装高度 ，其相互关系应为： （ ） （m ） j jsgV2hw（1-6）3.2 离心泵的选用（1）选型的意义泵的选型是一项十分重要的工作。如果选用不当，泵在工作中流量偏大或偏小，扬程偏高或偏低，材料不耐腐蚀等，都会造成使用时满足不了生产要求，且效率低寿命短。（2）泵型号的确定按结构、口径、性能的不同，泵的种类繁多。所以在确定泵的型号前，首先要掌握整个装置所需要的流量和扬程，再选择泵型（系列）然后才能确
15、定泵的型号。见附录“表 1 水泵型号的选择” 。流量是选泵的重要性能数据之一。它关系到整个装置的生产能力。在对装置工艺流程设计时，泵所给出的设计流量不仅要与装置设备的生产能力相协调，而且还需了解在生产中流量的变化范围，即最小流量和最大流量，以适应工况变化要求。扬程是选泵的另一个重要的性能数据。它与管路系统的布置情况，容器间的压差，克服液体在系统内流动时的摩擦阻力（包括阀门、弯头、管径的大小、长短、材料）等一系列因素有关。同时还要注意，选泵用的扬程应考虑到最低吸入液面和最高输出高度，并取系统扬程的 1.051.1 倍作为选型依据。ISG 型立式离心泵 (又称管道泵、离心泵、管道离心泵、单级离心泵
16、、立式泵、增压泵、热水泵、循环泵等)，是我国联合国内水泵专家选用国内优秀水力模型，采用 IS 型离心泵和 SG 型管道泵之性能参数，在一般立式管道泵的基础上进行巧妙组合设计而成。该系列产品具有高效节能、噪音低、性能可靠等优点。符合最新国家机械部 JB/T53058-93 的标准要求，按国际 ISO2858 标准设计制造。外形如图 2-1 ISG 型系列单级单吸管道离心泵：ISG 型系列单级单吸管道离心泵水泵,水箱联合给水系统第 7 页 共 30 页输送清水、适用于工业和城市给排水、与其它设备配套方便、使用温度最高可达 240、高效节能、噪音低、有冷水型、热水型、高温型、化工型、输油型、性能可靠
17、、国际标准。图 3-1 ISG 型系列单级单吸管道离心泵结构特点：1、管道泵为立式结构，电机盖与泵盖联体设计，外形紧凑美观，且占地面积小，建筑投入低，如采用户外型电机则可置于户外使用。2、泵进出口口径相同，且位于同一中心线，可象阀门一样直接安装在管道上，安装极为简便。3、巧妙的底脚设计，方便了泵的安装稳固。 4、泵轴为电机的加长轴，解决了常规离心泵与电机轴采用联轴器传动而带来严重的振动问题。泵轴外加装了一个不锈钢套。5、叶轮直接安装在电机加长轴上，泵在运行时无噪音，电机轴承采用低噪音轴承，从而确保整机运行时噪音很低，大大改善了使用环境。6、该泵轴封采用机械密封，解决了常规离心泵填料密封带来的严
18、重渗漏问题，密封静环和动环采用钛合金碳化硅、碳化钨制成，增强了密封的使用寿命，确保了工作场地的干燥整洁。7、泵盖上留有放气孔，泵体下侧和两侧法兰上均设有放水孔及压力表孔，能确保泵的正常使用和维护。 图 3-2 ISG 型水泵内部结构8、独特的结构以致勿需拆下管道系统，只要拆下泵盖螺母即可进行检修，检修极为方便。普通型结构：ISG 型结构说明 1.水泵与电动机同端盖，轴向尺寸缩短，结构简单； 2.泵体上设有取压孔和放水孔； 3.泵体上设有排气阀，工作前能排放泵内空气； 4.泵体底部设有安装底板和螺栓孔，保证整体机壳安装稳固。内部结构如图 2-2 ISG 型水泵内部结构。（3） 水泵的安装安装应达
19、到的要求： 1、各紧固连接部位不应松动； 2、基础的尺寸、位置、标高应符合设计要求；3、安全、保护装置应灵敏、可靠。4、卧式和立式泵的纵、横向水平度不应超过 0.1/1000；测量时，应以加工而为常州工学院毕业设计论文第 8 页 共 30 页准； 5、小型整体安装的泵，不应有明显的偏斜；6、设备不应有缺件、损坏和锈蚀等情况，管口保护物和堵盖应完好；7、水泵与管路连接后，应复校找正情况，如由于与管路连接而不正常时，应调整管路；8、水泵的进出水管安装如图 3-3 所示。图 3-3 进出水管的安装方式1. 进口阀门 2.直管 3.弯管 4.采用水泥浇注基础 5.出口阀门第 4 章 变频器4.1 变频
20、器的应用交流变频调速是交流电动机调速方法中最理想的方案，采用变频器对风机、水泵类机械进行调速来调节风量、流量的方法，对节约能源，提高经济效益具有重要意义。但是，过去由于各种原因，如变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到广泛应用。近年来随着 IC 产业的迅猛发展，变频器的价格大幅下降，可靠性增强，容量增大（已达到 400KW） ，变频器的使用已成倍增长。目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。全国风机、水泵用电量占工业
21、用电的 60%以上，如果能在这个领域充分使用变频器进行变频无级调速，对水泵,水箱联合给水系统第 9 页 共 30 页我们发展加工制造业又严重缺电的国家，是兴国之策。4.2 变频器的分类变频器即电压频率变换器，是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电，以供给电动机运转的电源装置。目前国内外变频器的分类很多，可按以下几种分类方式分类：（1）按变频环节分类可分为：交-直-交变频器、交-交变频器；（2）按电压的调制方式分类可分为：PAM（脉幅调制） 、PWM（脉宽调制） ；（3）按滤波方式分类可分为：电压型变频器、电流型变频器；（4）按输入电源的相数分类可分为：三进三出变频器、单进三出
22、变频器；（5）按控制方式分类可分为：U/f 控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制方式变频器。4.3 变频器的额定参数介绍输入侧的额定值输入侧的额定值主要是电压和相数。在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值有以下几种情况（均为线电压）：（1）380V/50Hz ，三相，用于绝大多数电器中。（2）200230V/50Hz 或 60Hz，三相，主要用于某些进口设备中。（3）200230V/50Hz ，单相，主要用于精细加工和家用电器。输出侧的额定值（1）输出电压额定值 由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定NU值是指输出电压中的最大值。在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定
23、频率时的输出电压值。通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等的。（2）输出电流额定值 输出电流的额定值是指允许长时间输出的最大电流。NI（3）输出容量 （kVA） 与 和 的关系为：SSNUI（4-1）N3（4）配用电动机容量 （kW） 变频器说明书中规定的配用电动机容量，是根据下NP式估算出来的。（4-MNScos2）式中 -电动机的效率M常州工学院毕业设计论文第 10 页 共 30 页-电动机的功率因数Mcos由于电动机容量的标称值是比较统一的，而 和 值却很不一致，所以容量相Mcos同的电动机配用的变频器容量往往是不相同的。变频器铭牌上的“适用电机容量”是针对四极的电动机而言的，若拖动的
24、电动机是六极或其他，那么相应的变频器的容量加大。5）过载能力 变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为 150 ，60s 或 180 ，0.5 s。NINI4.4 变频器的频率指标频率的名词术语（1）基底频率 当变频器的输出电压等于额定电压时对应的最小输出频率，称为bf基底频率，用来作为调节频率的基准。在大多数情况下，基底频率等于额定频率，即。Nbf（2）最高频率 当变频器的频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率。这是maxf变频器的最高工作频率的设定值。（3）上限频率 和下限频率 根据拖动系统的工作需要，变频器可设定上限频率HfLf和下限频率，如图 3-4 所示。与 和 对应的给定信号分别是 和 ，则上限频率的H HXL定义是：当 时， ；下限频率的定义是：当 时， 。XHxf xf图 4-1 变频器的上下频率变频器的频率指标（1）频率范围 频率范围即变频器能够输出的最高频率 和最低频率 。各种变maxfminfxfmaLfH0 HXXmax
