試論恒壓供水變頻控制系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)方法

1、    試論恒壓供水變頻控制系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)方法    云寶鋼【摘 要】用水部門(mén)之所以使用并重視恒壓供水變頻控制系統(tǒng)，緣于它的諸多優(yōu)點(diǎn)。恒壓變頻控制供水系統(tǒng)先進(jìn)的工作原理及實(shí)施方法，克服了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)浪費(fèi)較大、穩(wěn)定精度較差的缺點(diǎn)，最重要的是它與時(shí)俱進(jìn)，具備喜人的節(jié)能效果，與人們所追求的“節(jié)能環(huán)?！崩砟畈恢\而合，并且能夠贏得較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此備受青睞、推崇?！娟P(guān)鍵詞】恒壓供水；變頻控制；工作原理；系統(tǒng)組成；實(shí)現(xiàn)方法；節(jié)能效果用水部門(mén)之所以使用并重視恒壓供水變頻控制系統(tǒng)，緣于它的諸多優(yōu)點(diǎn)。恒壓變頻控制供水系統(tǒng)先進(jìn)的工作原理及實(shí)施方法，克服了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)浪費(fèi)

2、較大、穩(wěn)定精度較差的缺點(diǎn)，最重要的是它與時(shí)俱進(jìn)，具備喜人的節(jié)能效果，與人們所追求的“節(jié)能環(huán)?！崩砟畈恢\而合，并且能夠贏得較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此備受青睞、推崇。1.使用恒壓供水變頻控制系統(tǒng)是形勢(shì)所需傳統(tǒng)的供水控制系統(tǒng)中，水泵是連續(xù)恒速運(yùn)行的。流量的控制，是通過(guò)調(diào)節(jié)給水管道中調(diào)節(jié)閥和回流支路實(shí)現(xiàn)的。這兩種調(diào)節(jié)方法都存在明顯的缺陷，采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí)，由于閥門(mén)開(kāi)度的減小，導(dǎo)致水泵出口壓力上升，閥門(mén)兩側(cè)的壓差將增大，當(dāng)增大到較大時(shí)，不但會(huì)造成水泵能量的浪費(fèi)，而且使得水泵的振動(dòng)和磨損加大，進(jìn)而壽命縮短；采用回流支路調(diào)節(jié)時(shí)，大量水的回流也同樣造成能量的消耗，如果用變頻調(diào)速控制，將克服上述缺陷，回饋給企業(yè)的是良

3、好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。基于此，恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)受到各用水部門(mén)的普遍重視。2.恒壓供水變頻控制系統(tǒng)的工作原理對(duì)于一個(gè)供水系統(tǒng)，在調(diào)速時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是對(duì)系統(tǒng)裝置和水泵進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和計(jì)算，估算出系統(tǒng)效率和節(jié)能潛力；二是根據(jù)實(shí)際情況確定調(diào)速方法。2.1 水泵的基本參數(shù)與特性。水泵被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)中，它的輸出特性決定于水泵類(lèi)型，并與供水管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力特性有關(guān)。離心泵的hq曲線(xiàn)如下圖（圖1）所示：其特性曲線(xiàn)公式為：其中，p為泵使用工況點(diǎn)軸功率（kw），q為使用工況點(diǎn)的水壓或流量（m3/s），h為使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程（m），為輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3），為使用工況點(diǎn)的泵效率（

4、%），水泵在運(yùn)行時(shí)，只有在工況a點(diǎn)時(shí)，效率才為最高，偏離這個(gè)工況點(diǎn)（如b、c），都將使效率降低，水泵在高效區(qū)運(yùn)行，其耗能也將最省。根據(jù)供水泵系統(tǒng)的實(shí)際流量：流量q2和楊程h2及與之相應(yīng)的水泵使用效率，可計(jì)算出泵所需的比較經(jīng)濟(jì)合理的軸功率p0。整個(gè)供水系統(tǒng)所具有的節(jié)能潛力為：w =（p-p0）t （3）其中p為整個(gè)系統(tǒng)水泵所消耗的總軸功率（kw），t為水泵的運(yùn)行時(shí)間（小時(shí)），供水管網(wǎng)的h-q曲如圖2所示，管網(wǎng)裝置特性（h-q）可從閥門(mén)全開(kāi)時(shí)測(cè)得，各種數(shù)據(jù)由下式求得：h2=kq22+hj （4）其中hj為泵進(jìn)出口水位的高度差（m），其大小與流量無(wú)關(guān)，k為管路力系數(shù)，q2為流過(guò)管網(wǎng)的流量（m3/s）

5、。圖2中曲線(xiàn)（1）為泵在額定工況和給定速度下運(yùn)行時(shí)的全部揚(yáng)程、流量點(diǎn)和泵效率點(diǎn)的軌跡，曲線(xiàn)（2）為管網(wǎng)系統(tǒng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)阻力特性曲線(xiàn)，即泵要克服水頭摩擦，壓力隨流量的平方而變化。曲線(xiàn)（3）是靜壓高度，它相當(dāng)于從葉輪中心高度減去在系統(tǒng)中的自然升高。管網(wǎng)特性曲線(xiàn)與泵特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)為泵的正常使用工況點(diǎn)，從管網(wǎng)特性上求得管網(wǎng)實(shí)際所需的性能和泵與管網(wǎng)性能的匹配情況，以此作為水泵節(jié)能改造的依據(jù)。2.2 水泵調(diào)速運(yùn)行時(shí)的節(jié)能原理。圖3中，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)d是泵的特性曲線(xiàn)nn與管路阻曲線(xiàn)r1的交點(diǎn)。當(dāng)用閥門(mén)控制時(shí)，由于要減小流量，關(guān)小閥門(mén)，使閥門(mén)的摩擦阻力變大，阻力曲線(xiàn)從r1移到r2，揚(yáng)程則從h0上升到h1，流量從

6、qn減小到q1運(yùn)行工況點(diǎn)，從d點(diǎn)移到a點(diǎn)。當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，阻力曲線(xiàn)r1不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果將速度從nn降到n1，結(jié)果運(yùn)行工況點(diǎn)從d點(diǎn)移到c點(diǎn)，揚(yáng)程從h0降到h3，流量從減小到qn減小到q1。根據(jù)公式（1）求出運(yùn)行時(shí)在a點(diǎn)泵的軸功率為：在c點(diǎn)泵的軸功率為：將上兩式相減，則有：p即是用控制時(shí)節(jié)省的功率q、h、p之間的關(guān)系可是寫(xiě)為：流量q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，揚(yáng)程h與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率p與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，那么轉(zhuǎn)速n與頻率f是否成正比呢？請(qǐng)看下列公式：由上列公式不難看出，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，因此可得出，軸功率p與頻率f的立方成正比。3.恒壓供水變頻控制系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)方法下圖（

7、圖4）是一種變頻控制供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：系統(tǒng)前向通路由pid和vvvf及m組成，反饋通路是由壓力傳感器組成。vvvf是日本富士公司生少的frenic5000系列，主電路是由6個(gè)igbt構(gòu)成，是典型的“交直交”電壓型變頻方式，其調(diào)節(jié)輸出電壓的脈沖寬度及其頻率由spwm的方式來(lái)完成。vvvf的內(nèi)部有非常好的保護(hù)功能，在控制電路中，可設(shè)計(jì)對(duì)電壓、電流、流量、壓力、頻率等參數(shù)的監(jiān)控，壓力傳感器的取樣點(diǎn)可盡量靠近泵的出水口，pid參數(shù)設(shè)定時(shí)先將d設(shè)為0，再調(diào)pi兩參數(shù)，以達(dá)到最佳匹配，設(shè)定值的大小決定了供水流量的大小。4.恒壓供水變頻控制系統(tǒng)運(yùn)行使用效果：節(jié)能效果好，故障率低，優(yōu)點(diǎn)頗多通過(guò)對(duì)恒壓供水變頻控制系統(tǒng)多年的運(yùn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)頗多：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，調(diào)速精度高，調(diào)速范