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變頻器在小區(qū)高層給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

2013-5-22 18:03:55??????點(diǎn)擊:

變頻器在小區(qū)高層給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、概述

    小區(qū)高層給水設(shè)備恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是:采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成 控制系統(tǒng),進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行,并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù),完成供水壓力的閉環(huán)控制,在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力,小區(qū)高層給水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較,其差值輸入CPU運(yùn)算處理后,發(fā)出控制指令,控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高,電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置,隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用,使得交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技術(shù)革命。目前自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù),而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器,因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制,并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能,可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫(huà)面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功能。自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口,可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制,為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。

 

2、小區(qū)高層給水設(shè)備控制方案

    在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中,由于管網(wǎng)是封閉的,泵站供水的流量是由用戶用水量決定的,泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力較不利點(diǎn)的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關(guān)系:

    ΔP=KQ2;

    式中K一為系數(shù)

    設(shè)PL為壓力較不利點(diǎn)所需的較低壓力,則泵站出口總管壓力P應(yīng)按下式關(guān)系供水,則可滿足用戶用水的要求壓力值,又有較好的節(jié)能效果。

    P=PL+ΔP=PL+KQ2

    因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值,這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供水,即供水系統(tǒng)較不利點(diǎn)的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。

    典型的自動(dòng)小區(qū)高層給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示;系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能,系統(tǒng)通過(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器,實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),輸入至可編程控制器(PLC)的輸入模塊,信號(hào)經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算,得出較好的運(yùn)行工況參數(shù),由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值,控制泵站投運(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況,并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化,自動(dòng)確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)行,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。

 

3、小區(qū)高層給水設(shè)備運(yùn)行特征

    以三臺(tái)水泵的小區(qū)高層給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)為例,系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下,可編程控制器控制變頻器軟啟動(dòng)1#泵,此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài),其轉(zhuǎn)速逐漸升高,當(dāng)供水量Q<1/3Qmax時(shí)(Qmax為三臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的較大流量),可編程控制器CPU根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速,以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1/3Qmax

    當(dāng)外供水量減少至1/3Qmax

 

4、小區(qū)高層給水設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

    4.1經(jīng)濟(jì)效益分析

    變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n1三者的關(guān)系如下式: 

    N1/Q1=(n1/n)3

    Q1/Q= n1/n

    式中Q一額定流量,Q1

    N一額定流量Q時(shí)的軸功率

    n一水泵的額定轉(zhuǎn)速

    因額定流量Q=100%時(shí),n=100%,N=100%,若n1=90%n時(shí)Q1=90%Q,N1=72.9%N,即可節(jié)電27.1%。若n1=80%n時(shí)Q1=80%Q,N1=51.2%N,即可節(jié)電48.8%。

    4.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

    (1)恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率,而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力,比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式,具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

    (2)由于變量泵工作在變頻工況,在其出口流量小于額定流量時(shí),泵轉(zhuǎn)速降低,減少了軸承的磨損和發(fā)熱,延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。

    (3)因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制,不需要操作人員頻繁操作,降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了人力。

    (4)水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式,按設(shè)定的加速時(shí)間加速,避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊,對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響,同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。

    (5)由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài),在其運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的,故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀的電能,其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯,所以系統(tǒng)具有收回投資快,而長(zhǎng)期受益,其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。


 

小區(qū)高層給水設(shè)備原理  

      小區(qū)高層給水設(shè)備充分利用自來(lái)水管網(wǎng)的原有壓力能源,在同樣供水需求的情況下,可以選用功率相對(duì)較小的水泵及控制設(shè)備,同時(shí)在夜間小流量用水的情況下利用自來(lái)水水壓直接供水而無(wú)需起動(dòng)水泵。相比較于傳統(tǒng)的帶水池的供水設(shè)備可節(jié)約大量的電能運(yùn)行成本及投資成本。 

      小區(qū)高層給水設(shè)備采用水泵與自來(lái)水管網(wǎng)直接相連,用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲(chǔ)水裝置,采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓,在充分利用自來(lái)水管網(wǎng)直接相連,用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲(chǔ)水裝置,采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓,在充分利用自來(lái)水管網(wǎng)的原有壓力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了供水的二次增壓,該設(shè)備既實(shí)現(xiàn)了增加的目的(且絲毫不會(huì)影響管網(wǎng)其它用戶水),又節(jié)省建水池,水箱的投次,在保證管網(wǎng)水質(zhì)的同時(shí)(無(wú)二次污染),又可充分利用管網(wǎng)的原有水壓,其節(jié)能效果極其顯著,可達(dá)50%以上。小區(qū)高層給水設(shè)備全自動(dòng)智能控制,具有多種保護(hù)和控制功能,可實(shí)現(xiàn)真正無(wú)人值守。 


小區(qū)高層給水設(shè)備產(chǎn)品特點(diǎn)  
 1、節(jié)省投資:該設(shè)備無(wú)須水池、水箱等儲(chǔ)水設(shè)施,也可無(wú)須專用泵房,節(jié)省占地面積,減少建筑費(fèi)用。   
 2、超靜音優(yōu)勢(shì):該設(shè)備具有先進(jìn)的防振和消音功能,超靜音平穩(wěn)運(yùn)行,無(wú)水錘、電機(jī)運(yùn)行等噪音污染,聲音控制在30分貝以內(nèi)。   
 3、高效節(jié)能:該設(shè)備能與自來(lái)水管網(wǎng)直接串接,充分利用市政給水管網(wǎng)壓力,在其基礎(chǔ)上差多少補(bǔ)多少,即設(shè)備只對(duì)自來(lái)水的進(jìn)水壓力和所需壓力的差進(jìn)行補(bǔ)壓,當(dāng)自來(lái)水壓力滿足要求時(shí)設(shè)備停止工作,全部由市政壓力直供。與普通供水設(shè)備相比,可節(jié)電30%——90%。  
   4、停電不斷水:供電線路停電時(shí),能自動(dòng)切換為市政自來(lái)水壓力供水,維持自來(lái)水管網(wǎng)原有壓力。   
 5、環(huán)保衛(wèi)生:電機(jī)采用全不銹鋼屏蔽式充水式電機(jī),采用 較先進(jìn)的水潤(rùn)滑軸承,無(wú)需油脂,水潤(rùn)滑、水循環(huán)、水冷卻,避免了水的二次污染。真正做到全食品級(jí)不銹鋼配置。
   6、無(wú)負(fù)壓供水:該設(shè)備具有市政管網(wǎng)保護(hù)功能,在與市政管網(wǎng)直聯(lián)取水加壓運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)對(duì)市政自來(lái)水管網(wǎng)造成負(fù)壓。由于市政管網(wǎng)隨著用戶的增減,壓力隨之波動(dòng),當(dāng)市政管網(wǎng)壓力下降至警戒壓力時(shí),小區(qū)高層給水設(shè)備的保壓系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)偵得信號(hào)并將之傳輸?shù)诫姎饪刂葡到y(tǒng),使泵組從市政管網(wǎng)減少吸水或停止吸水,從而保證市政管網(wǎng)的壓力不受干擾。   
 7、智能化程度高:該設(shè)備采用先進(jìn)的電腦系統(tǒng)來(lái)感測(cè),傳導(dǎo)壓力信號(hào),確保準(zhǔn)確無(wú)誤;并能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能控制,具有手動(dòng)/自動(dòng)切換、主副泵定時(shí)輪換、壓力調(diào)整、恒壓、高低電壓保護(hù)、欠相保護(hù)、漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、缺水失壓保護(hù)、漏水偵測(cè)補(bǔ)償、不用水停車、瞬間跳閘保護(hù)等功能,配備RS485總線接口可實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程調(diào)整、監(jiān)測(cè)和維護(hù)。   
 8、造型美觀, 設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。 


小區(qū)高層給水設(shè)備適用范圍   

1、有水池的高層建筑、賓館、學(xué)校、城鎮(zhèn)居民小區(qū)、企事業(yè)單位、新農(nóng)村建設(shè)農(nóng)村的生活用水。 

2、工廠、工礦企業(yè)的生活或者生產(chǎn)用水。 

3、各類水廠、供水站、污水廢水廠、農(nóng)業(yè)排灌站等供排水。   

4、高樓、小區(qū)、企事業(yè)單位熱水集中供水。   

5、生產(chǎn)、生活中的冷卻水、循環(huán)水的加壓。   

6、油田輸油管道、油庫(kù)、油站等的恒壓輸油。 

 


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