学校供水系统水泵变频节能技术研究

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  摘要:针对先阶段我国校园供水的实际现状。随着高校的扩招,学生人数显著增多,造成了经常性的供水不足,现有的城市管网供水系统己远远不能满足高校校园的供水需要。为此,将变频调速技术在高校供水系统中进行了应用,收到了明显的效果,为高校校园供水系统的改革提供了理论依据。将变频调速技术在高校供水系统中进行了应用,论述了系统的组成,节能原理和循环控制原理。
  关键词:学校供水;变频节能
  1变频调速恒压供水系统的组成及工作原理
  变频调速恒压供水系统主要包括:控制器(PID,PLC)、变频器、微机控制、电气控制和水泵机组等部分组成(见图1)。由此构成一个压力负反馈闭环控制系统(见图2)。该系统通过安装在水泵出水管上的压力传感器,把出口压力变成0- 5v的模拟信号,经前置放大、多路切换、A/ D变换成数字信号,送入单片机,经单片机运算与给定参量进行比较,得出一调节参量,经由D/ A变换把这一调节参量送给变频器,控制其输出频率变化[1-2]。用户需水量与频率的变化有关:用水多时,频率提高,水泵电机转速加快。
  2变频调速恒压供水系统的节能原理
  2.1调速原理
  水泵电机绝大部分是二相交流异步电动机,根据交流电机的转速特性,电动机的转速n的大小与电压、、电源频率f、电机的极对数P及转差率、的大小有关,由下式表示:
  n= 60f(1-s)/p
  式中 n一电机转速,r/ min;
  f一电流频率,Hz;
  s一转差率,一般取0.2;
  P一电机极对数。
  当水泵电机选定后,p、s都为定值,也就是说电机转速的大小与电源的频率高低成正比,频率越高,转速越高,频率越低,转速也就越低。变频调速就是根据这一原理应用微机和压力传感器,将供水管网所需压力选定,管网内流量的变化引起压力变化,由传感器将变化的压力信号传给微机,经微机处理后,变频器改变水泵电机供电频率,从而改变电机的转
  速,达到管网测压点的压力恒定。以满足管网最不利点的用水要求。
  2.2变频调速泵节能原理
  供水系统的水泵在变速运行时通过改变水泵的转速,从而调节输出流量以适应用水量的变化,并可保证管网压力的恒定,水泵始终在高效率的工作状况下运行。用水量减少时,水泵转速降低。由于水泵的轴功率与转速的二次方成正比,转速下降时,轴功率急剧下降。故变速调节流量在提高机械效率和减少能源损耗方而,是最为经济合理。
  轴功率与转速的关系式:
  式中 N一额定轴功率,kW;
  N1一变速运行时轴功率,kW;
  n1一变速后的转速,r/ min;
  n一额定转速,r/ min。
  当水泵转速降低10%时,轴功率降低27%。当水泵转速降低20%时,轴功率降低49%。恒速泵与变速泵(变频调速)的轴功率相比,当水泵运行的平均流量为额定流量的80%以下时,恒压变频调速供水系统节能近50%,节能效果特别显著。
  3变频调速恒压供水系统的循环变频控制原理
  变频调速恒压供水系统可控制多台(2~6)性能相同的水泵,其中总有一台(任意一台)水泵处于变频调速状态,其他为恒速或停机等待状态。
  以3台水泵为例,采用可编程控制器(PLC)及变频器(带PID),循环变频控制原理[3-4]。如下:首先规定各参数的代表符号:P0(压力设定值),P1(压力检测信号值),f(变频器输出频率),f0(变频设定最高频率),f1(变频器设定最小频率)。加上启动信号后,变频启动1号泵,比较P0与P1的值,如果P0>P1,则f上升;反之,则下降。
  当f f0时,将1号泵切换为工频运行,2号泵变频启动。此时若f仍大于f0,将2号泵切换为工频运行,3号泵变频启动,1号泵继续工频运行。当f f1时,则停止1号泵,2号泵工频运行,3号泵继续变频运行;若f仍小于f1,则停止2号泵,3号泵继续变频运行。当f再次大于f0时,将3号泵切换为工频运行,1号泵变频启动,2号泵停止;此时若f仍大于f0,将1号泵切换为工频运行,2号泵变频启动,3号泵继续工频运行。
  当f f1时,2号泵继续变频运行,1号泵继续工频运行,停止3号泵;若f仍小于f1,则停止1号泵,2号泵继续变频运行。当f f0时,将2号泵切换为工频运行,3号泵变频启动;此时若f仍大于f0,将3号泵切换为工频运行,1号泵变频启动,2号泵继续工频运行。当f f1时,则停止2号泵,3号泵继续工频运行,1号泵继续变频运行;若f仍小于f'1,则停止3号泵,1号泵继续变频运行。
  这样,使每台水泵在工频和变频之间切换,水泵之间做到先开先停,后开后停,即所谓循环调频,合理利用资源。
  4变频调速恒压供水系统的特点
  4.1系统安全可靠
  采用变频调速技术实现交流电机平滑调速,启动电流小,减小了启动时对电网的冲击和对管路、阀门的机械冲击,延长了管路和阀门的使用寿命,使交流调速系统的性能指标能与直流调速系统媲美。
  4.2控制精确
  自动环节采用了PLC与变频器控制,多台电机均能可靠地实现软启动,避免了启动电流过大对电网的影响,大大延长了设备的使用寿命。
  4.3高效节能
  节能效果显著,控制器依据测量压力自动调节管网压力,实现恒压变量或变压变量控制,在高用水期内多台泵工作,在低用水期内自动减少工作水泵的台数,使水泵一直在高效率下运行,既满足了供水需要,又节约了电能。
  5结语
  高校校园供水系统采用变频调速恒压供水装置可节约电能,压力传感器最好装于最不利用水点。变频范围在40- 50Hz,电动机及水泵木身的效率均工作于高效区,节能效果明显。
  参考文献:
  [1]许振茂.变频调速装置及调试、运行与维修.北京:兵器工业出版社
  [2]郭立君.泵与机.北京:水利电力出版
  [3]潘新民.微型计算机与传感器技术.北京:人民邮电出版
  [4]田立秋.高校供水系统中水泵变频节能技术的应用探讨[J].给水排
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