一种根据实时流量自动匹配合适水泵的供水设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种供水设备及方法，具体涉及一种根据实时流量自动精确匹配合适水栗的供水设备及方法，属于供水设备节能技术领域。
【背景技术】
[0002]由于每个城市的市政管网压力有限，市政管网供水最高也只能到七八楼，甚至有的住宅小区处于管网末端一楼就需要进行加压供水，高层建筑就需要经过加压设备供水。原有的自来水市政管网在用水高峰期时普遍存在着压力不足，这种现象在高层建筑更加普遍，给居民的生活带来了极大的不便。究其原因，主要是受技术落后的供水设备的限制，居民在用水高峰期时经常出现供水压力不足，此时供水量远低于需求量，无法保证供水质量；而在用水低峰期，水的供給量经常高于需求量，此时水压迅速升高，不仅造成巨大的电能浪费，而且长时间持续下去有可能造成供水管道破裂甚至导致供水设备的损坏。
[0003]目前市面上的供水设备存在以下几点问题:
[0004]1、节能效果不理想。供水设备在设计时，是按实际最大用水量取1.5至2.5倍裕量来设计总流量的，而实际用水量在极限情况下都是达不到此设计流量的，在项目入住率低以及非用水高峰期的情况下，偏离设计流量的程度更大。水栗的效率曲线近似抛物线，其顶点为额定流量值，只有在水栗的额定流量±20?30%范围内可近似认为其工作在高效率区间。常规二次供水技术一般均使用二至四台(对应一用一备至三用一备)相同流量及功率的水栗并联供水，此种方式下，只有在用水高峰期时某台水栗工作在工频状态下此栗才会达到最高效率，其余绝大多数工况下均偏离高效率区间较远，效率很低，造成单位送水量能耗过高，远达不到其理论节能效果。
[0005]2、水栗变频/工频切换过程中因水栗转速变化过快，忽启忽停，造成出水水压波动太大，严重影响用户的用水舒适性。
[0006]供水设备的离心栗具有:额定扬程越低，效率越高；额定流量越大，效率也越高的两个特性。如何利用供水设备离心栗的这两个特性解决现有的供水设备存在的这两大问题对于解决城市市政供水难题具有极大的社会意义。
[0007]CN201089954Y公开了一种自动分量供水装置，在供水管上增设分量探头，当供水水源不足，流量减少，压力下降时，分量探头将接收的压力变化通过导线反馈给控制箱内的控制开关，控制开关控制水栗开启栗数量或减少水栗转速，控制其取水量，来大道分量取水。该对比文件中的技术虽然可以解决高楼居民用水难的问题，但是能耗较高而且水栗转速频繁切换，将影响设备的使用寿命。
[0008]CN100523397C公开了一种城市梯级恒压供水设备及方法，该对比文件中的供水设备安装有一组不同流量的变频水栗，可以有效提高能源使用效率，提高节能效果，但是水栗的选择是由出水口的压力来控制的，很不精准，不能实现设备流量的实时监测，以自动精确匹配、切换、组合、启停最合适流量值的水栗，使所有水栗在所有用水时段均可工作于高效区间，最大限度地实现节能的功能。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能耗低、能根据实时流量自动精确匹配合适水栗，使所有水栗在所有用水时段均可工作于高效区间，最大限度地实现节能的供水设备及方法。
[0010]为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案如下:
[0011]—种根据实时流量自动匹配合适水栗的供水设备，包括串联式叠压连接的低区供水设备、中区供水设备和高区供水设备；其中，所述低区供水设备依次包括:流量计、出水压力监测装置、一组不同流量的水栗及相对应功率的变频器、缺水保护装置、稳压装置和可编程逻辑控制器(以下简称“PLC”)；所述不同流量的水栗之间并联连接，所述每台水栗由对应功率的变频器单独驱动；所述变频器、流量计、出水压力监测装置与缺水保护装置分别与PLC相连；所述流量计可安装在进水总管也可安装在出水总管，实时监测设备流量值反馈至PLC，PLC根据实时流量自动匹配合适水栗；所述中区供水设备和高区供水设备的设备组成与低区供水设备相同，仅各水栗流量、扬程数值及对应的驱动用变频器功率不同，其它结构、构成部件、控制过程均与加压低区供水设备一致。
[0012]进一步地，当设备的设计流量小于50m3/h时，所述水栗为两台不同流量的水栗，每台水栗均由一台其对应额定功率的变频器单独驱动。即所述水栗包括大流量水栗和小流量水栗，对应功率的变频器为大功率变频器和小功率变频器。
[0013]进一步地，当设备的设计流量大于50m3/h时，所述水栗为三台不同流量的水栗，每台水栗均由一台其对应额定功率的变频器单独驱动。即所述水栗包括大流量水栗、中流量水栗和小流量水栗，对应功率的变频器为大功率变频器、中功率变频器和小功率变频器。
[0014]优选地，所述流量计为电磁流量计、超声波流量计、祸轮流量计、祸街流量计中的一种。
[0015]优选地，所述出水压力监测装置为远传压力表、压力变送器中的一种。
[0016]优选地，所述缺水保护装置为电接点压力表、压力开关、浮球液位开关中的一种。
[0017]进一步地，所述低区供水设备、中区供水设备和高区供水设备还分别包括与PLC通讯连接的彩色触摸屏。
[0018]进一步地，在所述低区供水设备前还设有稳流罐。
[0019]进一步地，所述PLC可使用单片机替代。
[0020]本发明将同一个项目的高、中、低三个供水分区串联起来，水源从低区供水设备进水总管输入，加压后的出水分成两路，一路直接输出供应低区用户，另一路作为中区供水设备水源，加压中区供水设备的出水再次分为两路，一路直接输出供应中区用户，另一路作为高区供水设备的水源，这路水源加压后从高区供水设备的出水总管输出供应高区用户；
[0021]所述低区供水设备、中区供水设备、高区供水设备分别包括一组不同流量的水栗及相对应功率的变频器以及安装在进水总管或出水总管的流量计，所述不同流量的水栗之间并联连接，所述每台水栗由对应功率的变频器单独驱动；所述流量计能实时监测设备的流量值，并反馈至PLC，由PLC控制变频器驱动对应的合适水栗启停，使所有水栗在所有用水时段均工作于高效区间。
[0022]工作原理:
[0023]供水设备使用的离心水栗有两个特性:额定扬程越低，其效率越高；额定流量越大，其效率也越高。根据离心栗的这两个特性，本发明做了如下改进:
[0024]1、本发明使用串联式叠压技术:即将同一个项目的高、中、低三个供水分区(低区供水设备、中区供水设备和高区供水设备)串联起来，低区设计流量为项目总流量，流量计算时按项目总用水户数计算，扬程为低区设计扬程，低区供水设备加压后的出水分成两路，一路直接供应低区用户，另一路做为中区供水设备的水源；中区供水设备在低区供水设备出水的压力基础上叠加一个很小的压力即可达到中区供水设备所需的扬程，中区供水设备设计流量时按中区和高区两区用水户数总和计算，加压后的出水同样分成两路，一路直接供应中区用户，另一路做为高区供水设备的水源；高区供水设备在中区供水设备出水的压力基础上叠加一个很小的压力即可达到高区供水设备所需的扬程，设计流量时只按高区用水户数计算即可。由于每个分区设备所需的扬程都很低，大约在二十米至三十五米之间，而低区和中区的流量大幅增加，所选用的水栗效率要较传统方式要高得多，因此，整套设备所需的总功率会大幅下降，实现节能的目的。
[0025]2、同时为使所有水栗的效率在所有用水时段均工作于高效率运行区间，本发明使用自适量单栗变频技术。
[0026](I)当设备的设计流量小于50m3/h时，可使用两台不同流量的水栗，即大流量水栗和小流量水栗，每台水栗均由一台其对应额定功率的变频器单独驱动(分别为大功率变频器和小功率变频器)。选择水栗时，尽量使两台栗的水栗效率曲线的高效区间平滑对接，且两台水栗的各栗流量总和为该套设备的总流量值，以保证无论用水流量数值多少，此数值均处于其中一台或两台水栗并联运行的高效区间。
[0027](2)当设计流量大于50m3/h时，则使用三台不同流量的水栗，即大流量水栗、中流量水栗和小流量水栗，每台水栗均由一台其对应额定功率的变频器单独驱动(分别大功率变频器、中频率变频器和小功率变频器)ο选择水栗时同样应尽量使三台栗的水栗效率曲线的高效区间平滑对接，且三台水栗的各栗流量总和为该套设备的总流量值，以保证无论用水流量数值多少，此数值均处于其中一台或多台水栗并联运行的高效区间。
[0028]为实现自动匹配、切换、组合、启停合适流量值的水栗，在进水或出水总管安装一台高精度高稳定性的流量计，所述流量计可优选为电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计。流量计实时监测设备总流量，根据流量范围由PLC (可编程逻辑控制器)13内置程序自动精确匹配、切换、组合、启停最合适流量值的水栗，使所有水栗在所有用水时段均可工作于高效区间，最大限度地实现节能。
[0029]出于成本考虑，设计流量值大于50m3/h的项目每个分区的成套设备也可只使用两台水栗。为提高系统的稳定性，可考虑增设一台备用栗，备用栗应选择流量最小那台水栗，因为此台水栗运行时间最长，启动最频繁，且整体成本增加最少。备用栗与其它几台水栗一样，也单独使用一台变频器独立驱动，与相同流量那台水栗自动切换轮流备用。
[0030]为了消除水压突变以稳定出水压力，本发明在出水总管上连接稳压罐，微小流量时由稳压罐供水，以免设备频繁启停造成能源浪费及设备提前损坏。
[0031]当来水不足或停水时，由安装在进水总管上的缺水保护装置将信号送至PLC(可编程逻辑控制器)控制系统自动停机保护，来水正常时自动启动设备正常供水。
[0032]为方便显示、监控系统运行状态及设定参数，本发明采用彩色触摸屏，通过数据线与PLC(可编程逻辑控制器)通讯连接，可显示、监控系统运行状态、设定参数及查询故障记录等。
[0033]若水源为市政自来水等带压水源，则设备需要增加稳流罐(无负压罐)，需要在所述低区供水设备前设稳流罐。
[0034]本发明具有如下有益效果:
[0035]1、本发明自适量单栗变频技术，通过安装在进水总管或出水总管的流量计实时监测设备总流量，将此数据送至PLC进行运算匹配，自动精确匹配选择高效区间最接近此流量数值的一台或多台并联运行的水栗，由其对应的变频器单独驱动，使所有水栗在所有用水时段均工作于高效区间，以最大