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⒈变频恒压供水技术概述
变频恒压供水技术是80年代后期发展起来的,主要用于楼宇高层的加压供水,具有水压恒定、水质好、占地小、无高位水箱、噪音小、节能等一系列优点。该技术能实现水泵的软起动,减小水泵起动时的冲击电流,使水泵的使用寿命延长,在调节水泵流量时,可以节约可观的能量。 水泵的输出特性既决定于水泵的种类,也随供水管网系统的阻力特性曲线不同而不同。离心式水泵的特性公式如下: (1) 式中,P为水泵的功耗(kW);Q为使用工况点的水泵流量(m3/s);H为使用工况点的扬程(m);k为输出介质常数(kg/m3);η为使用工况点的泵效率(%)。 图1 离心水泵的H-Q曲线 图1给出了离心式水泵的H-Q曲线,可见,在水泵的工作过程中,在等于原设计工况(点A)时效率,偏离这个工况(点在B、C两点间)效率就会降低。 根据水泵理论的相似定律,当水泵的转速发生变化时,它的扬程H、流量Q及水泵功率P也随之变化,它们之间的关系可以表示为: (2) (3) (4) 流量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;水泵功率P与转速n的立方成正比。 图2 供水管网的H-Q曲线 供水管网的H-Q曲线如图2所示。管网装置特性(H-Q)可根据闸阀全开时测得的各种数据由式 求得。其中Hj为水泵的进出口水位高度差(m),其大小与流量Q无关;α为供水管路的阻力系数。管网特性曲线与泵特性曲线之交点即为泵的正常使用工况点。⒉变频恒压供水系统的设计与实现 变频恒压供水系统的核心在于使用一台或几台变频器对供水系统的水泵进行变频控制,使供水水泵尽量工作在效率状态。 ⑴ 变频恒压供水系统的节能原理 图3 供水流量变化时的H-Q曲线 在图3中,水泵额定运行时的工况点D是泵的特性曲线Nn与管路阻力曲线R1的交点。传统的利用阀门控制的水泵,由于要减小流量,关小阀门,使阀门的摩擦阻力变大,阻力曲线从R1转移到R’1,扬程则从H0升到H1,流量从Qn减小到Q1,运行工况点从D点转移到A点。 而调速控制水泵时,阀门没有开关变化,因此阻力曲线R1不变。为使流量改变,需要改变水泵的转速。如果把速度从Nn降到N1,特性曲线也从Nn转移到N1。此时,运行工况点从D点转移到C点,扬程从H0下降到H3,流量从Qn减小到Q1。 根据公式(1)求出,运行时,在A点水泵的功耗为 ,C点水泵的功耗为 ,两者的差值为: 。也就是说,用阀门控制水泵流量时,有ΔP功率被浪费掉了,并且这个损耗随着阀门的关小而增加。 ⑵系统构成与控制方式选择 针对给定的条件进行系统设计,由于各泵容量相等,可只用一个变频器,额定功率稍大于或等于泵的额定功率。由于变频器的价格较高,因此不建议使用变频器的双余度备份,但可在保护和故障容错中做一定投资,以更好地保证系统安全稳定运行。控制器件与控制方案选择如下: 现阶段使用较多的控制器件为:微处理器(单片机或DSP)、PLC或专用变频器。专用变频器的主要生产厂商有三菱、ABB等公司。不同的控制装置在控制的原理上基本是一样的,主要有PID调节器、变频/工频自动切换、水网压力检测环节等,通过图5所示连接而组成供水系统。 为了保持供水管道的压力恒定,就必须实时检测管道压力并回馈给供水控制器,使其构成压力闭环控制系统。现在最常用的控制器是以PID调节为主要手段,也有的采用了模糊控制等现代控制理论方法。集三垦近二十年来矢量控制研究之成果,运用的磁链与速度估计的运算处理技术,实现了高性能的无速度传感器矢量控制和有PG传感器闭环矢量控制。
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