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给水变频控制系统安装调试施工工法

目 录
1、 前言…………………………………………………2
2、 工法特点……………………………………………2
3、 适用范围……………………………………………3
4、 工艺原理……………………………………………3
5、 施工工艺及操作要点………………………………9
6、 材料与设备…………………………………………13
7、 质量控制……………………………………………14
8、 安全措施……………………………………………15
9、 环境措施……………………………………………15
10、 经济效益分析………………………………………16
11、 应用实例……………………………………………17

1、 前言
在节能建筑的实践中, 给水系统要求要有比较稳定的压力、 充分的流量, 以满足用户的需要; 同时需要尽量节约电能, 节约用水。在变频技术、 计算机自动化控制技术已经成熟的今天, 变频控制水泵电机与给水专业技术相结合, 达到节约电能, 延长电机和控制设备的使用寿命, 解决这些问题, 已经不是高难度的技术。在工业民用建筑中, 用户对此项一次性经济性能够承受。使用水泵变频控制节能技术, 虽然一次性的硬件投入, 工程造价略高于传统的水泵控制方式, 可是在系统运行中节能( 节省运行费用) , 延长硬件设备寿命等方面, 有十分明显的效果。
如果某大楼给水水泵, 平均每天高峰用水时间( 满负荷运行) 约3小时, 其余时间用量只占高峰用水期的30～40％, 采用变频恒压控制方式, 水泵转速只需1/3( 转速降低了2/3) , 则电机功率消耗降低( 2/3) 3, 即降低29.6%; 因此节约电费, 投资回收一般在6～12个月, 以变频控制器使用寿命 计, 其净收益在10倍投资额以上。
当前变频技术还广泛应用于电梯、 中央空调、 冷热泵机组、 电冰箱、 城市和工业污水处理等领域。
2、 工法特点
本工法以”贵阳医学院药学楼”给水系统为例, 将工业自动化仪表以及变频技术应用于民用建筑和公共建筑中, 总结了给水泵变频控制技术节电的原理、 系统的安装、 调试的工艺方法。本工法符合建设部 十项新技术中有关节能的要求, 在国家大力发展节能建筑的形势下, 具有比较长远的积极意义。
3、 适用范围
本工法以民用建筑给水系统的水泵电机变频控制系统实践, 介绍了给水泵变频技术节电的原理、 系统的安装、 调试的工艺方法, 适用于给水泵恒压( 或恒流) 控制系统安装和调试, 如果举一反三, 可将电机变频控制节能技术, 较大范围地应用在工业给水、 中央空调( 送风系统变风量、 空调冷热水变流量调节) 等方面。将为施工企业创造了广泛的业务发展空间和利润空间。
4、 工艺原理
4.1 水泵变频节电原理
离心水泵基本方程( 1) : 流量与转速成正比:
4.1.1

1

2
1
2
n
n2N2
Q
Q
=

……… ………………………( 4.1.1)

4.1.2离心水泵基本方程( 2) : 扬程与转速的平方成正比:

H 2 n 2 2
H 1 n 1 ………………………( 4.1.2)
4.1.3 离心水泵基本方程( 3) : 消耗的功率与转速的立方成正比:

P2 n2 3
P1 n1 …………………..( 4.1.3-1)
P2 n 2 3 Q 2 3
P1 n 1 Q 2 ……………………( 4.1.3-2)

经过计算: 流量变化比在( 0～１) 在区间, 电机消耗功率曲线如下: ( 图: 4.1.3)
P2/P1

1. 0

0.729

0.512

0.343
0. 216
0.125
n
n2/n1(Q2/Q1)
图: 4.1.3
式中:
n1: 为水泵电机额定转速; n2: 为水泵电机变速后转速。
H1: 为水泵额定压力; H2: 为水泵变速后压力 。
Q1: 为水泵额定流速。; 、 Q2: 为水泵变速后给水流速。
P1: 为水泵电机额定消耗功率; 、 P2 为水泵变速后消耗的功率。
4.1.4如果按照有关工艺参数( 如供水压力、 流量) 改变拖动水泵运转电机的转速, 就能够达到降低水泵消耗功率;降低幅度十分可观。
调整电机转速, 过去一般采用过变阻变速、 变极调速, 差转离合器调速。给水系统流量调节, 也有采用自动调节阀进行控制等方式; 这些方式, 除了硬件设施价格昂贵外, 同时控制设备消耗相当大的电能, 因此节能效果不显著、 自动化程度不高。
随着大功率晶闸管( 可控硅) 变频技术的应用, 改变电机转速的技术有了突破性的改进。
4.1.5变频调节电机转速原理
三相异步鼠笼电动机同步转速的理论公式如下:
n = 60 f p ……….( 4.1.5)
式中: n 转速 转/分钟
f 交流电频率 Hz
p 三相异步电机定子绕组磁极对数
4.1.6根据上述公式, 当前中国市电供应为50 Hz。, 因给水流量( 或压力) 参数变化, 经过自动化仪表控制改变交流电频率, 即可改变电机转速, 适应用水量大幅度变化的工况, 从水泵基本方程能够得出, 水泵转速降低导致消耗的功率降低, 达到既满足供水要求, 又节约能源的目的。
4.2 给水泵变频控制原理
4.2.1 水泵流量、 压力或温度调节均有十分相似处, 控制信号是流量、 压力或温度等实际工艺参数, 经过变送器将上述信号变为与其成比例的( 4～２０ｍＡ) 电流信号。( 流量工艺参数为间接参数: 流体经过节流孔板前后压差, 经过变送器后还应经过开方器才能使电流信号与实际流量信号成线性比例) 。
4.2.2信号电流控制了电压调节器和频率调节器(可控硅触发电路)输出的控制信号,这个信号经过脉冲电流相位移动, 控制可控硅变频电路输出的动力电源的频率和电压,实现使电机转速随工艺参数变化。
4.2.3 水锤消除器、 管路缓闭止回阀防止给水管路受冲击后对管路和零部件损坏; 并防止水泵在低负荷、 低转速运行时可能出现电机反转损坏变频系统。

给水系统
4.2.4水泵流量信号变频控制系统原理 给水压力表
工频电源 缓闭止回阀
水锤消除器
三阀组( 也可为压力控制系统)
正弦
波
调
节
器
压差变送器
变频器 流量孔板

电压调节器

直流工作电源

节
器
水泵

开方器
变频电源 电流信号a ( 4－20mA)
水泵电机

频率调节器
流量显示
市政供水系统
电流信号b( 4－24mA)
直流电压10V 图例: 工频电力电缆和变频电力电缆: 变频器内部线路:
水管道系统: 信号电缆: 仪表直流工作电源电缆:

( 图4.2.4)

4.3、 安装、 调试操作工艺原理
电气改造接线图: ( 图4.3)
～380V交流工频电源
变频控制箱

V

A B C PE Q S T 指示灯
互感器
电压表
EV -41 P
K1 COM
CQM ρMQ

4～２0mA CCL JX
原电机自偶降压启动系统 信号电流 CMD JC 直流电源
10V
　　　　　　　　　　 U V W　变频电源
改造后的变频控制系统

自耦降压启动装置 备用系统主供水泵

水泵电机 备用水泵电机

图( 4.3)
本变频控制原理图还包括电机变频软启动功能。
调试成功后能够拆除原水泵电机自耦降压启动系统。按照本图进行电气接线安装。

5、 施工工艺及操作要点
5.1水泵变频控制系统安装工艺
5.1.1 工艺流程
1） 建筑给水系统水泵电机变频控制系统, 安装工艺必须与水泵、 管道、 电气安装等分项工程配合施工。以设备安装为主线,
2） 设备安装主要工艺过程有: 基础检查、 设备清点, 运输就位校正, 调整固定、 清洗加油等。
3） 电气安装主要工序有: 管线预埋, 穿电线电缆, 盘柜安装, 检查、 接线、 试验等。
4） 管道安装主要工序有: 支架、 管道、 阀门安装, 试压冲洗。
5） 控制系统安装是水泵变频控制系统安装中, 技术难度较大的关键工序, 分仪表校验、 管线预埋, 控制设备安装, 仪表模拟调试, 系统投入等。
6) 单机试车: 必须由各专业施工达到条件, 配合进行单机试车。
7) 联动试车过程中控制系统投入要求, 先将显示仪表陆续投入, 试运正常后, 从手动控制切换到自动控制, 再采取人工缓慢开闭水泵出口阀门的方式, 模拟供水需求变化工况, 变频控制设备应当正确响应变化工况, 控制水泵电机转速连续变化, 达到检查变频控制设备系统的目的。然后投入正常运行, 在48小时内观察运行工况, 记录水泵出口压力变化, 计算系统耗电量, 观察供水最不利点的效果。

施工准备
控制系统式投入
单机试车冲洗
检查、 接线 、 试验
盘柜安装
管线预埋
电气安装
仪表调试
控制设备安装
仪表校验、 管线预埋
控制系统安装
调整、 清洗、 加油
运输就位校正
基础检查、 设备清点
水泵安装
5.1.2 工艺流程图
支架制作安装
联动试车效果测试
试压冲洗冲洗
管道阀门安装
管道安装

图: 5.1.2
5.1.3水泵变频控制系统元件和部件的选择: 本系统是在一般水泵供水系统安装基础上进行改进, 水泵设备、 电气设备、 管道阀门安装工艺。
5.1.4关键在变频器和控制仪表的选择。
变频器选择: 一次电流要求: 满足电机全负荷运行要求。一般要求载流量为电机额定电流的1.2～1.5倍。变频器一次线路设备的耐( 电) 压强度为电机电压1.5倍。
频率调节要求: 要求在0～50 Hz 之间。
变频器、 仪表工作和控制系统工作电压、 电流要求: DC: 10V, 4～20mA;
5.1.5一次导线或电缆选择: 工作电压600V; 电缆( 、 导线的载流量为水泵电机额定电流的1.5倍( 根据电缆导线敷设方式, 可查询有关电缆、 导线使用手册) 。
仪表电缆、 直流电源电缆采用KVV-1000/600电缆; 穿金属管敷设。
5.1.6 控制仪表选择:
缓闭止回阀、 流量孔板公称压力等级和直径, 与管道相同, 其安装能够在垂直管段或水平管段, 可是应离主管道阀门或管件500mm以上,防止管道内介质流速突变,导致发生过大的测量误差;
仪表三阀组: DN10 PN2.5;
仪表导压管: 10# 无缝钢管 φ15*2.5;
压差变送器、 开方器采用DDZ-Ⅲ 配套仪表。
水锤消除器排水口直径应为主管道直径50～80%。消除器在管道系统发生水锤现象时, 自动开启, 排除大量水, 消除水锤, 因此其排水管道必须接入地面水池或给水管道的入口。
5.2 水泵电机控制设备的安装工艺操作要点
5.2.1电气、 仪表测量、 信号管线预埋配合土建地面、 墙面施工进行。设备、 电气元件、 仪表、 控制设备必须符合设计或批准文件;
设备、 电气元件、 仪表、 控制设备、 材料必须具备合格证或质量证明书。
仪表校验后, 应由校验单位出具校验报告。
阀门现场水压试验后, 应作详细记录。
水泵电气动力和控制设备( 控制箱) 安装在水泵同一间房屋内, 距水泵10米以内, 相对干燥的地方。使用、 检查、 维修方便。
5.2.2 电气的动力、 控制盘柜、 元件必须符合有关设计或改造方案。具有合格证、 说明书、 电气原理图、 接线图等技术文件。
5.2.3电气的动力、 控制盘柜内部仪表齐全, 接线正确, 绝缘良好( 仪表信号、 控制电缆线路对地和相间绝缘电阻应大于20MΩ) 。一次动力线路、 仪表控制线路接线正确、 牢固、 绝缘良好。主要线路接线端子必须有线路标志( 或相色标志) 。
5.2.4 动力、 控制盘柜, 电气线路金属穿线管、 电缆桥架, 电机、 水管道可靠接地, 管件连接处、 电缆桥架接头处安装接地跨接线。
5.2.5 压差变送器、 开方器应按照DDZ型仪表的要求采用标准电流发生器和电流表进行校验和模拟试验( 保证与测量数据所对应的4～20mA的信号电流输出) ; 其它现场仪表: 电压表、 电流表、 压力表、 水锤消除器应在安装前送有关技术监督部门进行校验。
5.2.6 水泵校正后, 螺栓固定; 轴线、 标高允差: +5mm、 -10 mm
主轴水平度允差1%; 盘动主轴转动自如, 无卡涩、 无杂声。加装说明书规定的润滑油。
5.2.7各类水管道焊接( 或) 丝口连接应严密、 可靠。
阀门应进行强度和严密性水压试验, 强度压力试验压力为阀门公称压力的1.5倍。管道系统安装后, 进行系统强度和严密性水压试验。试验时必须认真检查缓闭止回阀开闭情况, 防止管道系统发生水锤现象导致电机带电反转, 造成电气线路、 控制仪表、 元件的损坏。
5.3 系统调试
5.3.1 电气动力系统、 仪表、 水泵和水管道系统安装完毕后, 应进行单机试验: 先甩开仪表测量回路、 变频系统, 进行工频运转2小时试验( 包括电机空转试车、 带动水泵试车、 止回阀和水锤消除器开闭试验) 。
5.3.2 仪表现场试验, 操作三阀组( 依次打开平衡阀, 正压阀门、 负压阀门、 关闭平衡阀) , 接通变频器的直流电源。此时, 孔板测出压差信号发送到压差变送器, 转变为4～20mA压差信号电流( a, 此电流变化与流量变化的平方成正比) , 信号电流( a) 开方器转变为4～20mA流量信号电流( b, 此电流变化与流量变化成正比) 。能够从流量显示仪表读出瞬时流量参数( 经过切换还可读出累计流量数据) 。
压力控制系统, 直接经过压力变送器将压力转变为4～20mA流量信号电流。
5.3.3 切断工频电源, 投入变频电源系统正常工作。
5.4 劳动力组织
表5.4 劳动力组织情况表
序
人员职务
资质要求
数量
备注
1
机械安装施工员
机械工程师
1

2
给排水施工员
给排水工程师
1

3
仪表安装施工员
工业自动化工程师
1

4
钳工
四级工
2

5
电工
四级工
2

6
管道工
四级工
2

7
仪表工
四级工
1

6、 材料与设备
表6
序号
工具、 仪器、 仪表名称
规格型号
数量
用途
1
管道工、 钳工工具

5套
管道设备安装
2
仪表三阀组: ;
DN10PN2.5
１套

3
10# 无缝钢管;
φ15*2.5
１套

序号
工具、 仪器、 仪表名称
规格型号
数量
用途
4
压差变送器
DDZ-Ⅲ
１套
或压力变送器
5
开方器采用配套仪表
DDZ-Ⅲ
１套

6
变频控制器
DDZ-Ⅲ配套
1套

7
电工工具

2套
控制系统、 电气系统安装
8
电焊机
BX330
3台
各工种共用
9
标准信号电流发生器
UPSⅡ型
1件
仪表校验
10
联轴器校正架
自制
1件
水泵与电机连轴器校正
11
百分表
0～２mm
1件
水泵与电机连轴器校正
12
数字万用电表
F186
1件
仪表校验
13
机械转速表
TMM型
1件
电机转速测量
14
绝缘电阻测试仪( MΩ表)
ZR-500
1件
系统绝缘测量
15
接地电阻测试仪
ZC-500
1件
接地系统测量
16
施工用电移动式配电盘
30KW
1件
施工用电
17
水压试验泵
0～2.5MPa
1件
管道试压

7、 质量控制
7.1 水泵安装、 固定校正符合有关水泵施工验收规范要求。
7.2 水泵电机经工频动力电源单机2h试车合格( 电流、 转速测量合格) 。
7.3 水锤消除器、 压力表、 缓闭式止回阀试验合格。
7.4 各类仪表的校正、 电气安装、 管道的水压试验等过程, 由专业的仪表工、 电工、 管道工、 钳工等严格按照操作规程作业, 保证接线正确、 安装精度、 试验效果等符合有关质量标准。
7.5 对照仪表显示的参数测量, 认真观察、 分析水泵和水泵电机从启动到运行的压力、 流量、 电流、 频率、 电压的各参数, 分析系统节能的效果。
7.6 绘制竣工图、 控制系统原理图、 接线图; 收集整理水泵电机从启动到运行的压力、 流量、 电流、 频率、 电压的各( 包括各种工况下) 运行参数、 零部件清单。编写运行操作规程、 和维修保养说明书等交付使用单位。
8、 安全措施
8.1 钳工、 管道工、 仪表工等严格按照有关操作程序、 操作规程作业。
8.2 施工用电必须保证安全, 实行三相五线制、 正确施工, 正确使用仪表、 仪器。
8.3 焊接、 起重运输、 电工操作、 仪表校验和单机、 联动试车后立即切断相关工作或调试电源, 防止触电。
8.4 发现系统、 盘柜、 元件和机械故障, 应先切断工作电源, 才能进行检查、 检修; 严禁带电、 带负荷、 带压力和在运行中进行电气、 控制系统、 设备、 管道的检修作业。
9、 环境措施
9.1 合理安排施工现场平面布置, 材料、 设备有序堆放和安装; 保证仪表检查、 校验场所干燥、 清洁。
9.2 现场动火施工必须实行申报、 批准、 监护制度, 防止污染环境。
9.3 各工种相互配合, 交叉施工、 保护建筑、 设备、 电气、 管道工程的成品和半成品。
9.4 施工边、 角、 废料和垃圾必须集中处理。管道系统试压废水应集中沉淀, 有序排放或回收。注意施工场地通风, 防止中毒、 疾病( 职业病) 发生。
10、 效益分析
水泵系统变频控制系统的节能效果是毫无疑问的, 比较传统控制方式可节约电能30～340%左右。
贵阳医学院药学楼生活水泵: 电机额定功率15KW, 使用高峰满负荷运行时间:上午8:00～12:00(4小时); 下午2:00～18:00(4小时); 为8小时; 其余使用负荷30%。经计算: 每天耗电为: 174度。
比较传统的给水泵控制方式, 每天节约用电: 114度
采用本工法, 在保证系统安全使用功能情况下, 能够自行选择控制方式、 仪表系统的相关重要元件, 为企业拓展利润和业务空间。
本公司已经在上世纪80、 90年代成功安装和调试了贵州有机化工厂自备电站WG35/3.82锅炉和WG75/3.82锅炉给煤机可控硅调速控制系统、 煤气气源厂双向皮带机的可控硅调速系统、 原料皮带机的除铁器可控硅整流系统。
近年来, 随着大功率可控硅变频技术的发展, 本公司有关技术人员将可控硅变频技术运用于”白云东方广场”、 ”贵阳富中创业大厦”、 ”贵阳医学院药学楼”等项目的供水、 消防系统, 经济效益非常可观。
本公司”白云东方广场”建筑工程, 被评为 建设部新技术示范工程; ”贵阳富中创业大厦”被评为 贵州省优质工程。

11、 应用实例 ( 近3年)
表11
序
项目名称
运用部位
变频控制器
造价( 万元)
经 济 效 益
1
贵阳医学院药学楼
给水系统
2.2
每日预计节电19%
2
贵阳医学院药学楼
自动喷水灭火系统
4.5
( 额定功率KW) 每次运行预计节电22%
3
贵阳医学院药学楼
消火栓系统
6.2
( 额定功率KW) 每次运行预计节电22%
4
东方广场A栋商住楼
给水系统
3.2
每日预计节电30%
5
东方广场A栋商住楼
自动喷水灭火系统
6.5
( 额定功率KW) 每次运行预计节电32%
6
东方广场A栋商住楼
消火栓系统
4.2
( 额定功率KW) 每次运行节电32%
6
贵阳富中创业大厦
给水系统
3.6
每日节电22%
7
贵阳富中创业大厦
自动喷水灭火系统
4.7
( 额定功率KW) 每次运行节电20%
8
贵阳富中创业大厦
消火栓系统
6.8
( 额定功率KW) 每次运行节电19%
注: 1、 ”贵阳医学院药学楼建筑工程”获得 全国安全文明工地称号
2、 ”贵阳白云东方广场建筑工程”获得全国第五批新技术示范工程的称号
3、 ”贵阳富中创业大厦建筑工程”被评为 贵州省优质工程