水泵恒壓供水方案

1、水泵恒壓供水方案一 . 泵房供水電機一般以恒定速度運行 , 用大小泵切換或調節(jié) 進出水閥的方法調節(jié)水壓及流量 , 以滿足各種不同的需求 . 這 種低效率控制流量的方法 , 不能滿足實際工作要求 , 由于工作 中水量變化 , 可能使平均水壓升高 , 一方面造成不必要的能量 消耗還會使管網(wǎng)因較大的壓力沖擊 , 使管網(wǎng)破裂 ; 另一方面使 水壓不穩(wěn) , 影響供水品質 .二 . 采用變頻恒壓供水自動化控制的特點 :1. 節(jié)省電能 , 降低能源消耗 , 能 24小時維持恒定壓力 , 并根據(jù) 壓力信號自動啟動備用泵 , 無級調整壓力 , 供水質量好 , 與 傳統(tǒng)供水相比 , 不會造成管網(wǎng)破裂及水龍頭共振現(xiàn)

2、象 . 2. 啟動平滑 , 減少電機水泵的沖激 , 延長了電機及水泵的使 用壽命 , 降低了維修成本 , 避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象 . 3. 變頻恒壓供水保護功能齊全 , 運行可靠 , 具有欠壓 , 過壓 , 過流 , 過熱等保護功能 . 可根據(jù)用戶需要 , 選擇各種附加功 能 .三 . 供水工況目前通過二臺 45KW, 二臺 15KW 的水泵 (一用一備 , 工藝要求 水壓為 5Mpa 。 主要考慮節(jié)能及自動化的要求 , 內置自動節(jié)能 ,PID, 簡易 PLC 及通訊接口等功能 , 可以方便與 PLC, 現(xiàn)場總線進行通訊 , 方便操作及監(jiān)控 , 同時可以方便地與壓力傳感器連用。四、恒壓供水

3、原理當供水系統(tǒng)阻力一定時 , 水泵轉速的變化 , 將會改變供水系統(tǒng) 的壓力和流量。 如圖 1所示 , 當水泵轉速由 N1提升到 N2時 , 由于 阻力曲線 R 不變 , 水泵工況由 A 點移到 B 點。 則流量由 Q1提升到 Q2, 同時揚程也由 H1提升到 H2。系統(tǒng)阻力不變時 , 只需調節(jié)電動 機的轉速 , 即可改變流量與揚程。H RH2 N2 P=Q H r/102 n (1 H1N1 B P:水泵工況點的軸動功率 (KW H0 A Q:水泵工況點的水壓或流量 (m³/s Q1 Q2 Q H:水泵工況點的揚程 (mr:輸出介質單位體積重量 (Kg/mH0 ( 圖 1 n:水泵工

4、況點的泵 效率 (%根據(jù)離心泵的公式(1和水阻力特性曲線 , 我們可以知道 , 在水阻特性一定時 , 調速 N 與流量 Q 、揚程 H 、軸功率 P 之間的關系式為 :Q2/Q1=N2/N1 (2H2/H1=(N2/N1²P2/P1=(N2/N1³公式 (2中 , 流量 Q 與轉速 N 成正比 , 揚程 H 與轉速 N 的平方成 正比 ; 軸功率 P 與轉速 N 的立方成正比。由此可見當流量 Q 的需求量降低時 , 只需降低轉速 N, 同時功率 P 的消耗量成立方關系下降。這也就是水泵調速節(jié)能的依據(jù)。變頻調速是根據(jù)交流異步電動機的工作原理 , 其轉速公式為 :N=60f(1

5、-s/P (3式中N:水泵電機的轉速 (r/minf:水泵電機的頻率 (H ZS:水泵電機的轉差率P:水泵電機的極對數(shù)由于 (3可知 , 僅改變交流異步電機定子繞組的電磁頻率f , 即可以 改 變 定子繞組旋轉磁場的頻率 , 從而改變交流異步電機的轉速 N 。四、變頻恒壓的系統(tǒng)組成恒壓供水系統(tǒng)圖 :變頻 水泵壓力傳感器考慮到水量隨著不同時間段波動大的特點 , 我們選用變頻器閉環(huán) 控制系統(tǒng)。工作原理 :系統(tǒng)投入運行時 , 通過變頻器控制電機高速運行 , 并同時檢測 壓力傳感器反饋回來的出口 , 當檢測壓力達到設定壓力時 , 變頻 器控制電機以某一速度運行 , 當檢測壓力高于設定壓力時 , 變頻

6、器控制電機減速運行 , 當檢測壓力低于設定壓力時 , 變頻器控制 電機加速運行 , 從而達到出口壓力和設定相同 , 達到恒壓供水的 目的。五、投資分析系統(tǒng)主要由以下幾部分組成 :(1控制對象 2臺 45KW,2臺 15KW 的水泵電機 (一備一用 ;(2變頻智能控制器 :為了節(jié)省投資 , 采用一臺變頻器控制一臺電 機的方案 , 水泵及變頻主機的智能保護 , 時間可調的軟啟 , 軟停等 先進功能 , 能保護設備處于平穩(wěn) , 高效 , 安全 , 低耗運行狀態(tài) ;(3工頻控制器 , 即原有電機啟動系統(tǒng) ;(4壓力變送器 , 用于控制水泵水的壓力 , 并將壓力信號變換成對 4 20MA 的標準電信號

7、, 供變頻器智能控制用 ;(5工頻 /變頻切換器 :選用進口名牌低壓電器 , 確保二套系統(tǒng)互 不影響 , 且切換可靠。一 整個恒壓供水系統(tǒng) 2套 : 45KW 變頻器 2臺、 30KW 變頻 1臺 (控制兩臺 15KW 的水泵 , 壓力變送器 2個 , 工頻 /變頻切換器、 濾 波器、節(jié)能芯片 2個、低壓控制柜 1套。二 節(jié)能效益測算 :每天工作 24小時 , 每月 30天 , 電價 0.6元 /Knb原每當月電量 (預估 30*24*45*0.6=19440假設投資 4臺 3萬元 , 每天工作 24小時 , 每月 30天 , 電價 0.6元 /Knb,功率因數(shù)只按提高 95%,節(jié)能只按最低

8、20%來計算 .月節(jié)電 19440-(45*95%*24*30*0.6+19440*20%=4868月節(jié)省電費 :14572*0.6=8743.2元按投資成本 , 回報期不到一年六 系統(tǒng)特點1、 水壓穩(wěn)定2、無人值班3、節(jié)電明顯4、對設備磨損小紹興阿爾法電控技術有限公司 電話 :0575-851169211兆帕 (MPa=145磅 /英寸 2(psi=10.2千克 /厘米 2(kg/cm2=10巴 (bar=9.8大氣 壓 (atm1磅 /英寸 2(psi=0.006895兆帕 (MPa=0.0703千克 /厘米 2(kg/cm2=0.0689巴 (bar=0.068大氣壓 (atm1巴 (b

9、ar=0.1兆帕 (MPa=14.503磅 /英寸 2(psi=1.0197千克 /厘米2(kg/cm2=0.987大氣壓 (atm1大氣壓 (atm=0.101325兆帕 (MPa=14.696磅 /英寸 2(psi=1.0333千克 /厘米 2(kg/cm2=1.0133巴 (bar4.5mpa=45.9公斤 /厘米地球的周圍被厚厚的空氣包圍著, 這些空氣被稱為大氣層。 空氣可以向水那樣自 由的流動, 同時它也受重力作用。 因此空氣的內部向各個方向都有壓強, 這個壓 強被稱為大氣壓。 1654年格里克在德國馬德堡作了著名的馬德堡半球實驗,這 讓人們對大氣壓有了深刻的認識,但大氣壓到底有多大

10、人們還不清楚。 11年后 意大利科學家托里拆利在一根 80厘米長的細玻璃管中注滿水銀倒置在盛有水銀 的水槽中,發(fā)現(xiàn)玻璃管中的水銀大約下降了 4厘米后就不再下降了。這 4厘米 的空間無空氣進入, 是真空。 托里拆利據(jù)此推斷大氣的壓強就等于水銀柱的長度。 根據(jù)壓強公式科學家們準確地算出了大氣壓在標準狀態(tài)下為 1.01×105Pa 。大氣壓的變化跟高度有關。 大氣壓是由大氣層受到重力作用而產生的, 離地面越 高的地方,大氣層就越薄,那里的大氣壓就應該越小。不過,由于跟大氣層受到 的重力有關的空氣密度隨高度變化不均勻,因此大氣壓隨高度減小也是不均勻 的。大氣壓的變化還跟天氣有關。 在不同時間

11、, 同一地方的大氣壓并不完全相同。 我 們知道, 水蒸氣的密度比空氣密度小, 當空氣中含有較多水蒸氣時, 空氣密度要 變小,大氣壓也隨著降低。一般說來,陰雨天的大氣壓比晴天小,晴天發(fā)現(xiàn)大氣 壓突然降低是將下雨的先兆; 而連續(xù)下了幾天雨發(fā)現(xiàn)大氣壓變大, 可以預計即將 轉晴。另外,大氣壓的變化跟溫度也有關系。因氣溫高時空氣密度變小,所以氣 溫高時大氣壓比氣溫低時要小些大氣壓不是固定不變的。為了比較大氣壓的大小,在 1954年第十屆國際計量大 會上, 科學家對大氣壓規(guī)定了一個 “ 標準 ” :在緯度 45°的海平面上, 當溫度為 0 時, 760毫米高水銀柱產生的壓強叫做標準大氣壓。既然是

12、 “ 標準 ” ,在根據(jù)液體 壓強公式計算時就要注意各物理量取值的準確性。從有關資料上查得:0時水 銀的密度為 13.595×103千克/米 3,緯度 45°的海平面上的 g 值為 9.80672牛 /千克。于是可得 760毫米高水銀柱產生的壓強為p 水銀 =水銀 gh=13.595×103千克/米 3×9.80672牛/千克 ×0.76米=1.01325×105帕。這就是 1標準大氣壓的值壓力等級劃分壓力容器的設計壓力(p 劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力 等級:(1低壓 (代號 L 0.1MPap<1.6MPa ;(2

13、中壓 (代號 M 1.6MPap<10.0MPa ;(3高壓 (代號 H 10.0MPap<100.0MPa ;(4超高壓 (代號 U p100.0MPa。系統(tǒng)簡介為改善生產環(huán)境,某公司投資清潔水技改工程并建成一座日產水 2.5萬頓的供水系統(tǒng), 分別建設了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點,從抽水泵系 統(tǒng)過來的水一部分直接供給生產用水部門,一部分則需通過加壓泵輸送到高位水池,而 供給生產用水部門的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。 同時高位水池距抽水泵房較 遠達十多公里, 高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設計以及如何與抽水泵系統(tǒng) “ 聯(lián)動 ” 也是較難解決的。鑒

14、于以上特點,從技術可靠和經濟實用角度綜合考慮,我們設計了用 PLC 控制與變頻 器控制相結合的自動恒壓控制供水系統(tǒng), 同時通過主水管線壓力傳遞較經濟地實現(xiàn)了加 壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng) “ 遠程聯(lián)動 ” 的控制目的。系統(tǒng)方案系統(tǒng)主要由三菱公司的 PLC 控制器、 ABB 公司的變頻器、施耐德公司的軟啟動器、電 機保護器、數(shù)據(jù)采集及其輔助設備組成(見圖 1。抽水泵系統(tǒng)整個抽水泵系統(tǒng)有 150KW 深井泵電機四臺, 90KW 深井泵電機兩臺,采用變頻器循環(huán) 工作方式,六臺電機均可設置在變頻方式下工作。采用一臺 150KW 和一臺 90KW 的軟 起動 150KW 和 90KW 的電機。當變頻器工作在

15、50HZ ,管網(wǎng)壓力仍然低于系統(tǒng)設定的 下限時,軟起動器便自動起動一臺電機投入到工頻運行,當壓力達到高限時,自動停掉 工頻運行電機。一次主電路接線圖如下:系統(tǒng)為每臺電機配備電機保護器,是因為電機功率較大,在變頻器的控制下穩(wěn)定運行;當用水量大到變頻器全速運行也在變頻器的控制下穩(wěn)定運行; 當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定 時,控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC 檢測到, PLC 自動將原工 作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運行,以保持壓力的連續(xù)性,同時將一臺備用的泵用變頻 器起動后投入運行,以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運轉仍,則依次將變 頻工作狀態(tài)下的泵投

16、入到工頻運行,而將另一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時, 首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效, 這時壓力上限信號如仍 出現(xiàn), PLC 首先將工頻運行的泵停掉,以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時, PLC 再停掉一臺工頻運行的電機,直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外,控制系統(tǒng)設計 六臺泵為兩組, 每臺泵的電機累計運行時間可顯示, 24小時輪換一次, 既保證供水系統(tǒng) 有備用泵,又保證系統(tǒng)的泵有相同的運行時間,確保了泵的可靠壽命?？刂葡到y(tǒng)圖見圖 3。半自動運行當 PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,自動控制系統(tǒng)失靈,這時候系統(tǒng)工作處于半自動狀態(tài),即一 臺泵具有變頻自動恒壓控制功能,當用水量不夠時,可

17、手動投入另外一臺或幾臺工頻泵 運行。手動當壓力傳感器故障或變頻器故障時,為確保用水,六臺泵可分別以手動工頻方式運行。 實施效果實際運行證明本控制系統(tǒng)構成了多臺深井泵的自動控制的最經濟結構, 在軟件設計中充 分考虎變頻與工頻在切換時的瞬間壓力與電流沖擊, 每臺泵均采用軟起動是解決該問題 關鍵。 變頻器工作的上下限頻率及數(shù)字 PID 控制的上下限控制點的設定對系統(tǒng)的誤差范 圍也有不可忽視的作用。采用變頻恒壓供水,消除了主管網(wǎng)壓力波動,保證了供水質量,而且節(jié)能效果明顯,并 延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。采用變頻恒壓供水,消除了主管網(wǎng)壓力波動,保證了供水質量,而且節(jié)能效果明顯, 并延長了主管網(wǎng)及其閥

18、門的使用壽命。用穩(wěn)壓減壓閥經濟地解決了不同用水壓力的問題。拓寬運用變頻恒壓控制原理, 較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠程通訊總是并達 到異地連鎖控制的目的。在抽水泵房設置連續(xù)液位顯示, 并將信號傳與 PLC ,防止泵缺水燒壞電機,設定的取 水位置,確保水的質量。過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機空轉等情況下為確保電機的良好使 用條件,達到延長電機的使用壽命的目的。系統(tǒng)配備水位顯示儀表,可進行高低位報警,同時通過 PLC 可確保取水在合理水位的 水質監(jiān)控,同時也保護電機制正常運轉工況。系統(tǒng)配備流量計,既能顯示一段時間的累積流量,又能顯示瞬時流量,可進行出水量的 統(tǒng)計和每臺泵的出水流

19、量監(jiān)控。系統(tǒng)配備流量計,既能顯示一段時間的累積流量,又能 顯示瞬時流量,可進行出水量的統(tǒng)計和每臺泵的出水流量監(jiān)控。不同壓力供水需求的解決為穩(wěn)定可靠地滿足公司內部分區(qū)域供水太力(0.40.45Mpa低于主管網(wǎng)水壓力(0.80.9Mpa的要求,配備穩(wěn)壓減壓閥來調節(jié),可調范圍為 0.10.8Mpa。加壓泵系統(tǒng)由于抽水泵房距離高位水池較遠,直接供水到高位水池抽水泵的揚程不足, 為此在距離 高位水池落差為 36米處設計有一加壓泵房,配備立式離心泵兩臺(一用一備電機功 率為 75KW ,揚程 36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件:(1若高位水池水位低和主管有水,則打開進水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供 水;(2若高位水池水位滿且主管有水,則給