工場敷地内の深井戸からの可変周波数給水と非負圧給水の利点と欠点の分析、および定圧可変周波数給水と非負圧給水の原理の紹介。
抽象的な
従来の工場における大量給水は、二次加圧方式を採用し、給水塔を建設したり、高層階に貯水槽を設置したりすることで、工場のあらゆる面の給水圧力要件を満たしてきました。しかし、エネルギーの浪費や水源の二次汚染といった問題がありました。科学技術の発展に伴い、可変周波数給水方式の適用により、ある程度の省エネは可能になりましたが、水源の二次汚染の問題は依然として残っています。非負圧給水方式は、上記の問題を解決し、省エネ、節水、二次汚染ゼロといった機能を備えています。
一般的な給水方法
- 給水塔からの給水 –高層ビル給水方式の中で最も「古い」方式は給水塔給水です。深井戸の水を深水ポンプで給水塔まで運び、最終的に給水塔と建物の間に生じる圧力差を利用して給水する重力給水方式です。欠点は、給水塔の占有面積が大きく、建設コストが高く、二次汚染が深刻であることです。都市の建物がますます高くなるにつれて、給水塔の高さはもはや現在のニーズを満たせなくなり、淘汰される運命にあります。
- 水タンクからの給水 – 貯水槽・貯水池への給水は、深井戸からポンプを介して貯水池または貯水タンクに水を輸送することです。貯水タンクへの給水は2段階に分かれています。第一段階は「井戸＋ポンプ＋貯水池または貯水タンク」という方式を採用しています。水は貯水タンクに加圧され、その後、定速ポンプで加圧されてから使用者に送られます。貯水タンクは、ピーク時の水使用量の高低を調整する役割を果たします。第二段階は「貯水タンク＋可変周波数調速ポンプ」という方式を採用しています。ポンプの給水圧力を設定した後、周波数変換器の制御下で、水量の変化に応じてポンプの回転速度が変化します。回転速度を低下させることで、消費電力を削減できます。電力の低減により、エネルギー消費量をある程度削減できます。
- 非負圧給水 – 非負圧給水は、深水ポンプの残圧を直接利用し、深水ポンプの圧力に基づいて給水量を直接重畳します。深水ポンプから給水ポンプの入水口まで圧送することで、残圧を重畳し、揚程を有効活用できます。給水ポンプは設定水圧と残圧の不足分のみを補うため、省エネ効果は明らかです。
周波数変換定圧給水
- 動作原理 – 給水ポンプには事前に給水圧力値が設定されています。圧力センサーは配管網の圧力を検知し、その信号をコントローラーまたはマイコンコントローラーにフィードバックします。分析・処理後、信号は周波数変換器に送信され、給水ポンプの運転を制御します。水の消費量が増加すると、出力電圧と周波数が増加し、給水ポンプの回転速度が上昇して水出力が増加します。水量が減少すると、給水ポンプの回転速度が低下し、水出力が減少し、配管網の圧力が設定圧力値を維持します。複数の給水ポンプが運転している場合、各給水ポンプは1台ずつソフトスタートし、圧力と流量が満たされるまで可変周波数を商用周波数に変換することで、給水ポンプの周期制御を実現します。ただし、夜間に低流量で運転している場合は、可変周波数給水ポンプを使用して運転を維持し、可変周波数給水ポンプを停止して圧力を維持することができます。
- 可変周波数給水制御システムの構成 –自動監視システムには、貯水池の水量と配管ネットワークの水圧のリアルタイム監視が含まれます。 配管ネットワーク水圧監視：給水システムのメインパイプに圧力センサーを設置します。圧力センサーは収集したデータを電気信号に変換し、周波数変換器に送信します。周波数変換器は対応する論理演算を通じて出力電力を変更し、周波数変換ポンプの速度を調整します。最後に、可変周波数ポンプの水圧をユーザーの水圧とバランスさせます。 貯水池の水量監視：貯水池にフロートレベルセンサーを設置して、貯水池の水量を監視します。プールの水量が少なすぎる場合、検出システムは現在の状況を制御システムにフィードバックし、給水システムは自動保護を実施します。
(1) 周波数変換ポンプユニット– 電動モーターユニットと複数の送水ポンプで構成されています。水使用量に大きな変化がない場合、水量の変化に応じて周波数変換と速度調整機能を備えた送水ポンプで運転します。水使用量が増加すると、配管システム内の圧力が低下します。水量が1台のポンプの出力を超えると、1台目のポンプは商用周波数運転に切り替わり、2台目のポンプは可変周波数速度調整運転を開始します。水使用量が2台のポンプの出力を下回ると、1台または2台のポンプの運転を自動的に停止できます。運転中は常にシステムの圧力が一定に維持されます。
(2) 自動制御システム – 主な機能は、配管網の水圧と工場内の水消費量に応じて周波数変換器の周波数を自動調整し、給水ポンプの運転速度を調整することで、最終的に一定圧力の給水を確保することです。一般的には、周波数変換器、PLC、電子制御装置などが含まれます。
(3) コンピュータ監視システム – すべてのシステムの運転状態を表示・制御するために使用されます。作業員はこのシステムを使用することで、給水システム全体の運転状況を把握できます。水圧設定値や制御方法は、システムに応じて簡単かつ迅速に変更でき、制御システムの起動・停止も柔軟に行うことができます。
非負圧給水
- システム構成 – 非負圧給水は、主に非負圧定流量タンク、圧力タンク（ダイヤフラム式またはエアバッグ式膨張タンク）、非負圧制御盤、送水ポンプ、モーター、負圧除去装置、フィルター、逆流防止装置、センサー、電気接触圧力計、配管部品、ベースなどで構成されています。整流装置は、都市配管網と送水ポンプの間に接続される装置です。その主な機能は、負圧の影響を排除し、水流を安定・調整することです。
- 負圧技術なし – 非負圧給水システムは、マイクロコンピュータ周波数変換技術と効果的な負圧処理技術を採用し、重畳加圧給水を実現します。本装置は、配管網圧力計、真空サプレッサー、定常流量補償器内の監視装置を介して、定常流量補償器内の真空度と水位信号を収集し、リアルタイムフィードバックを提供します。また、マイクロコンピュータを介して真空サプレッサーと定常流量補償器内の特殊パラメータを制御します。本装置は、負圧の発生を抑制し、深層水ポンプへの影響を防ぎます。
このシステムは深水ポンプに負圧を発生させません。深水ポンプの水圧が低下したり停止したりした場合でも、定常流量補償装置の入出水時間の変化が負圧になったり、電気接触圧力計で設定された下限圧力まで水圧が低下したりするまで、水ポンプユニットは作動し続けます。装置は、入水後に自動的に停止し、自動的に起動するように簡単に制御できます。停電時は水ポンプユニットは作動を停止しますが、着信があると自動的に起動し、通常の給水を再開します。
可変周波数定圧給水と非負圧給水の利点と欠点
可変周波数給水の利点と欠点
- 利点 – 従来の給水塔式給水システムと比較して、基本構造はシンプルで、システム構成も小型の貯水室（複数の送水ポンプと制御盤）のみで、設置面積も小さく、設備の信頼性が高く、耐用年数も長く、高層ビルのニーズにも対応できます。貯水タンクを備えており、水道管が断水した場合でも、短期間の連続給水が可能です。
- デメリット – 外部ネットワークの水圧が利用できず、水の消費エネルギーが大きく、設置、清掃、メンテナンスが面倒です。二次給水であるため、水質汚染の問題は依然として存在し、深刻な場合には赤虫が発生します。設備稼働時には、送水ポンプの振動や騒音などの障害が発生します。
負圧のない給水の利点と欠点
- 利点 – 都市水道管網の圧力を最大限に活用することで、大幅な省エネを実現できます。システムは完全密閉式で稼働するため、水の二次汚染を回避できます。貯水池を建設する必要がないため、床面積と投資を節約できます。市場には、入口と出口の配管を接続するだけで済む非負圧設備一式が販売されており、設置が簡単で、管理・メンテナンスも容易です。運転コストを削減し、一定の圧力を維持できます。設備が停電した場合でも、都市水道管網から給水できるため、下層建物への給水は継続されます。
- デメリット – 非負圧給水には、貯水タンクがないため、いくつかの欠点があります。市営水道網が断水すると、利用者はすぐに断水に陥ります。
可変周波数定圧給水装置の紹介：
可変周波数定圧給水システムとは、給水管網における水使用量が変化しても出口圧力が変化しない給水方式を指します。給水管網の出口圧力値は、ユーザーのニーズに基づいて決定されます。従来の定圧給水方式は、給水塔、高水タンク、圧力タンクなどの設備を用いて実現されます。
- 動作原理 – 設備の要件に応じて、まず給水圧力値を設定し、電源を入れて運転します。圧力センサーは配管網の圧力を監視し、それを電気信号に変換してプログラマブルコントローラーまたはマイコンコントローラーに送信します。分析処理後、信号は制御のために周波数変換器に送信されます。水ポンプが運転しているとき、水の消費量が増加すると、出力電圧と周波数が増加し、ポンプの回転数が上昇し、水の出力が増加します。水量が減少すると、水ポンプの回転数が低下し、水の出力が減少し、配管網の圧力が設定圧力を維持します。複数のポンプが運転している場合、各マシンはソフトスタートされ、圧力と流量が満たされるまで可変周波数が産業用周波数に変換され、水ポンプの周期制御が実現されます。夜間に小流量で運転している場合、可変周波数水ポンプを使用して作業を維持できます。可変周波数水ポンプは圧力を維持するためにシャットダウンできます。
- 装備構成 – 可変周波数定圧給水設備は、主に送水ポンプユニット、圧力測定・安定化タンク、圧力センサー、可変周波数制御盤などから構成され、圧力計の圧力（ユーザーの配管網の水圧）を常にユーザーの設定値に維持します。一般生活用水や生産用給水に使用できます。
給水システムは
- 周波数変換給水設備は工場の深井戸に接続され、定圧給水を提供します。給水圧力が需要を満たすと、すべての送水ポンプが自動的に停止します。そうでない場合は、定圧給水設備が水需要を満たすために圧力を上げ始めます。
- 小型ポンプまたは圧力タンクを取り付けます。低流量または無流量給水時の電力消費を完全になくすために、補助小型ポンプまたは補助圧力タンクを追加することができます。給水圧力が低い場合、メインポンプは自動的に停止し、小型ポンプまたは圧力タンクが作動します。
特徴
- プログラマブル コントローラを使用することで、プログラムは柔軟かつ変更可能になり、高精度、強力な信頼性、多機能、高速応答速度を実現します。
- いずれも電圧安定ポンプまたは電圧安定タンクを装備しており、水使用量が一定値に達するとメインポンプの運転を停止することで、水ポンプモーターの機械的摩耗を軽減し、電力を節約します。
- すべての水ポンプはソフトスタートされており、機器の寿命を延ばし、始動電流が電力網に与える影響を排除します。
- 給水ポンプは、水の使用量の変化に応じて、まず始動し、次に停止するという周期的な周波数変換運転を行い、バランスの取れた運転を実現します。1つのポンプが6時間または24時間運転すると、自動的にもう1つのポンプに切り替わります。
- 最大の特徴は、デュアル定電圧制御です。家庭用防火設備の共通セットとして使用できるため、ユーザーの投資を節約できます。さらに、1台で2つの用途に対応できるため、使用効率が大幅に向上します。
- コンパクトな構造、省スペース、迅速な設置、低投資、安定した稼働。汚染なし。
アプリケーションスコープ
- 居住者用の生活用水。
- 高層ビル、住宅地、別荘。
- 工業および鉱業企業における生産および家庭用水の使用。
- 防火プロジェクト、庭の灌漑、ホテル、オフィスビル、その他の形態の水供給変革。
非負圧給水装置の原理の紹介
非負圧給水設備は、工場内の深井戸ポンプに直結する加圧給水ユニットです。深井戸ポンプの残圧に基づいて、給水を直列に重ね合わせ、工場の配管網の圧力が設定保護圧力（圧力に対して0圧になる場合もある）以上になるようにします。圧力が0圧未満の場合は、負圧と呼ばれる）二次加圧給水設備です。配管網重ね（非負圧）給水設備の中核は、二次加圧給水システムの運転中に負圧が発生するのを防ぎ、ユニット運転による深井戸ポンプへの影響を排除し、他の水用途に影響を与えずに安全性、信頼性、安定性、持続的な給水を実現することです。非負圧給水設備は、配管網重ね給水設備とも呼ばれます。現在、市場には主にタンク式非負圧給水設備とボックス型非負圧給水設備があります。負圧給水設備の入水管は水道管網に直接接続されています。深水ポンプの残圧によって水が設備入水管に圧送されます。設備の加圧水ポンプは入水の残圧に基づいて加圧を続け、ユーザーへの給水圧力を高めます。必要な圧力に達した後、水は出口管網に供給されます。設備の水消費量が深水ポンプの給水量を上回ると、入水管網の圧力が低下します。設備の入水口の圧力が絶対圧 0 未満（または設定された管網保護圧力）に低下すると、設備内の負圧防止制御装置が自動的に作動し、設備がシャットダウンしてスタンバイ状態になるまで、設備の運転状態を調整して、入水管網の圧力が低下して深水ポンプに悪影響を与えないようにします。深水ポンプの給水能力が回復すると、入水管網の圧力が保護圧力以上に戻ると、機器は自動的に起動して通常の給水を再開します。深水ポンプの残圧が機器の給水要件を満たすと、機器は自動的に休止状態になり、深水ポンプが直接ユーザーに給水します。給水量が不足すると、機器は自動的に運転を再開します。ユーザーが水を使用しない場合、または水の消費量が非常に少ない場合、機器は自動的にシャットダウンして休止状態になります。機器の出水側にある小流量圧力安定保持タンクは、機器が使用する少量の水と配管網の漏れを維持します。機器の水圧安定保持タンク給水ネットワークの必要圧力を維持できない場合、機器は自動的に起動して通常の運転を再開します。装置の運転中は、深水ポンプの残圧が最大限に活用され、深水ポンプに悪影響を与えることなく、装置のニーズを常に最大限に満たし、給水エネルギーの消費を削減し、給水システムの最適な運転を実現します。
動作原理:
- 負圧フローコントローラなし – 非負圧コントローラは、深水ポンプと補償タンク内の圧力を常時監視・制御するために使用されます。深水ポンプの圧力が不足すると、非負圧コントローラが作動し、深水井戸の水圧に影響を与えないようにします。水道公司文書第135号では、市町村の圧力は2kg未満にしてはならないと規定されています。非負圧流量コントローラは、機器で使用する水の安全性と安定性を確保するだけでなく、深水ポンプの圧力の安定性も確保します。
- 双方向補償装置 – エネルギー貯蔵・放出調整装置は双方向補償に使用され、深水ポンプの連続水量を自動的に補償します。また、機器の配管網を安定化・補償し、深水ポンプに負圧が発生しないようにする役割も果たします。低ピーク給水双方向補償装置作動中、給水ポンプの出口端にある高圧水は低圧室に導かれ、低圧室に水を補給します。低圧室が満たされた後、閉じられ、その後高圧室への水の補給が継続されます。液面が徐々に上昇すると、加圧された不活性ガスがエネルギー貯蔵装置に押し戻されます。このようにして、低ピーク時にタンク内の水を補給するプロセスが完了します。ピーク時に給水または深水ポンプの圧力が低下すると、双方向補償装置が低圧室から定圧室に水を補給します。同時に、エネルギー貯蔵装置はエネルギーを放出し、水を蓄積します。高圧室の水は低圧室に補給され、さらに定圧室の深層水ポンプによって補給されます。これにより、ピーク時の給水が完了することになります。
- エネルギー貯蔵 – 加圧され水に浮かない不活性ガスを内蔵した蓄電装置を採用し、ピーク時の給水時にエネルギーを放出して高圧室の水を圧迫し、低圧で水を補給します。エネルギー保存則の原理をフル活用し、ピーク時に機器に水を補給し、タンクシステム内の水を最大限に機器配管網に補償することで、負圧の発生を抑え、都市の深層水ポンプに影響を与えないようにします。
結論
本稿では、可変周波数給水と非負圧給水の原理、長所と短所について簡潔に分析する。一般的に、非負圧給水は可変周波数給水の継続と発展であり、投資額が少なく、自動化度が高く、省エネなどのメリットがある。亜汚染などの特性は推進と適用に値する。しかし、プラントの実際の状況を考慮すると、貯水タンクを設置する必要がある（深水ポンプの頻繁な起動を避けるため）。