变频恒压供水系统的选型及设计要点
2018-12-25 10:54:53

常用供水工艺:
水箱/水塔供水:重力供水。
特色:供水压力份额稳定,有储水;
缺陷:要建水塔或水箱,面积大,不美观等。

气压供水:管道加压。
特色:灵活,建造快,无污染,改动压力罐,压力来改动供水压力;
缺陷:需求压力罐,出资大,压力改动大,运转功率低,能耗大。

压力水罐供水:
潜水泵打水到水罐,加压,进行供水。

变频恒压供水:
恒压要求:随供用水量等参数改动,保持供水压力不变;恒压供水操控体系构成:变频器,PLC,电控器件。
首要运用场合:高层建筑,居民小区,企事业等用水,工业需求恒压供水,冷却水循环,热力水循环,锅炉补水等。
中央空调体系,自来水厂增压体系,农田灌溉,污水处理,人造喷泉,各种流体恒压操控体系。

水泵机械特性:
水泵供水根本模型及参数:
流量,m3/S;扬程,M;全扬程,M;实践扬程,M;丢失扬程,M;管阻;压力。


供水体系特性:
管阻特性:流量越大,扬程越大,曲线1;
扬程特性:流量越大,体系扬程越小,曲线2;

体系作业点:
扬程曲线和管阻曲线的交点,供水作业点,A;
阀门开度100%,转速100%,额外作业点,自然作业点;
供水功率:PG=CPHTQ
Cp为份额常数;
供水体系的额外功率与面积ODAG成正比。

节能原理:
调理流量:
阀门操控法:泵供水才能不变,改动管阻力来改动供水量;管阻特性随阀门开度改动而改动,扬程特性不变。流量从QAQB,管阻曲线从23,供水功率与面积OEBF正比。

转速操控法:改动泵的扬程来习惯用户对流量的要求;
泵转速改动,扬程特性改动,管阻特性不变。
流量从QAQB,管阻曲线从14,供水功率与面积OECH正比。

节能理解:供水功率的比较;
节约的功率与HCBF成正比。
泵的作业功率的比较:Y=C1(Q/N)-C2(Q/N)
C1、C2为常数。
电动机功率的比较:裕量大,功率和功率低;低频低压,进步功率。

依据水泵流量Q,扬程H,功率P和转速N之间的联系:
Q1/Q2=n1/n2;
H1/H2=(n1/n2)2;
P1/P2=(n1/n2)3
可知:流量Q与转速N的一次方成正比;扬程H与与转速N成平方比;而功率P与转速N成立方比。
若转速下降20%,则轴功率对应下降49%,由此可见,选用变频调速能够大幅降低电机的电耗。

变频调速恒压供水体系:
恒压供水的意图:满意用户对流量的需求。流量为供水体系的根本操控方针;管道供水压力,作为操控流量巨细的参变量;运用变频器内部PID调理压力。

多台水泵变频调速时的切换操控:

多台水泵一起供水,多用多开,少用少开:1控1;2控3;2控4;3控5;1控X。

1控X切换进程分析:
电磁过渡进程:发电状况。
定子绕组电动势在不一起刻的核算数据,如下表:

拖动体系制动进程:
自由制动转速,Nt=NMNe^(-T/tM),tM机械时刻常数
不同机械tM不同很大,水泵tM≥0.7~1s。

切换注意事项:
一般,电机切换时的转速不低于额外转速的80%;
避免切换冲击电流;
切换接触器触点电流加大,1.5~2.5倍。

水箱水位操控:
水箱水位操控:水面(或液面)的方位限制在必定范围内的操控。
运用场合:水塔供水;锅炉或其他水位或液面操控;
水塔供水:水面(或液面)的方位限制在必定范围内的操控。
当水位低于下限时LL时,发动水泵;当水位高于LH时,停水泵,每次发动都是供给必定容积的水。

水箱水位操控节能分析:
分析依据:
不同转速下,供给相同容积的水作为比较的基础;
转速N1,流量Q1,供给容积V所需时刻t1;
转速N2,流量Q2,供给容积V所需时刻t2;
那么,V=Q1*t1=Q2*t2

节能举例:
额外转速n1=nN下,以额外流量供容积V所需时刻t1=1h,那么耗费电功率为额外功率,耗费的电能为W1=P1*1;
转速下降为n2=0.8nN下,那么供水流量Q2=0.8Q1,供容积V所需时刻t2=t1/0.8=1.25h,那么耗费电功率P2=0.8^3*P1=0.512P1,供容积V的水耗费的电能为W2=P2*1.25=0.512P1*1.25=0.64W1
那么,两者比较节能为36%。

中央空调体系构成:
冷冻水循环体系;冷却水循环体系;
水泵的转速只改动流量,与扬程无关。
流量与转速成正比,水泵功率与转速的二次方成正比。

冷冻水循环体系:
压差操控:以压差作为操控依据,确保最高楼层的冷冻水满意的压力。
温度或温差操控:确保房间的温度。

归纳操控:
压差为主,温度为辅;
温度为主,压差为辅。
典型体系结构:

变频恒压供水机组原理:
变频恒压供水机组的原理来自于水泵份额律,而水泵份额律是由水泵的类似律推导而来的。

水泵的类似律:

图中显示全速作业n1与变速转速n2时,水泵的功用曲线。假定咱们将Qb与Hb作为水泵额外参数,在体系需水量为Qa时,从上图n2曲线咱们能够看出,转速下降为n2时,仍然能够确保体系压力Hb,但从功率曲线能够看出此刻与n1转速时的功率差ΔP=Pa-P,即节约的电能,ΔH可看作是节约的无用扬程,由此可知,运用变频操控可完成稳压和省电的功用。

变频恒压供水通常有两种作业形式:
1.变频泵固定作业形式:
投入:当用水量小于一台泵在工频恒压条件下的流量,由一台变频泵调速恒压供水;当用水量增大时,变频泵的转速上升,当变频泵转速上升到工频转速,而用水量进一步增大,由变频供水操控器主动发动一台工频泵投入,该工频泵供给的流量是稳定的(工频转速恒压下的流量),其余各并联工频泵按相同的原理投入。
退出:当用水量下降,变频调速泵的转速下降,当频率下降 到零流量的时分,变频供水操控器发出一个指令,主动封闭一台工频泵使之超出并联供水。为了减少工频泵主动投入或超出时的冲击(水力的或电流的冲击)。在投入时,变频泵的转速 主动下降,然后渐渐上升以满意恒压供水的要求。

2.变频循环软发动作业形式
投入:在这种供水形式中,当供水流量小于变频泵在恒压工频下的流量时,由变频泵主动调速供水,当用水流量增大,变频泵的转速升高,当变频泵的转速升高到工频转速,由变频供水操控器操控把该台水泵切换到由工频电网直接供电(不经过变频器供电)变频器则另外发动一台并联泵投入作业。跟着用水流量持续增大,其余各并联泵均按上述相同的方法软发动投入。
退出:当用水流量减小,各并联工频泵按次第关泵退出,并且泵退出的顺序按先投入先关泵退出的原则由变频操控器单板核算机操控。
PID操控的根本原理与在恒压供水中的运用:
PID操控算法能够经过核算机软件编制,因为软件体系的灵活性,还能够进行修正和完善,从而使数字PID具有很大的灵活性和习惯性。
PID调理是:Proportional(份额),Integral(积分),Differential(微分)。
PID算法:在连续操控体系中选用的PID操控规则为:

P(t)—操控量;Kp—份额增益;e(t)—体系的操控误差;Ti—积分时刻常数;Td—微分时刻常数。

恒压供水体系的构成:

由图可知,变频器有两个操控信号:方针信号和反应信号。
(1)方针信号XT。即给定VRF上得到的信号,该信号是一个与压力的操控方针相对应的值,通常用百分数表示。方针信号也能够由键盘直接给定,而不用经过外接电路来给定。
(2)反应信号XF。是压力变送器SP反应回来的信号,该信号是一个反映实践压力的信号。

PID调理原理方框图:
下图所示为变频恒压供水体系的操控框图。
其操控原理是由压力传感器测得供水管网的实践压力,信号比较结果经D/A转化后操控变频器的输出频率,进而操控水泵电动机的转速以到达恒压的意图。

单泵恒压供水体系组成:

变频器有两个操控信号:
1)给定信号XT:
给定信号的巨细除了和所要求的压力的操控方针有关外,还和压力传感器SP的量程有关。假定用户要求的供水压力为0.3MPa,压力传感器SP的量程为0~1MPa,则给定值应设定为30%。

2)反应信号XF是压力传感器SP反应回来的信号,该信号是一个反映实践压力的信号。

操控计划的断定:
依据规划要求可断定操控计划为:通用变频器+PLC(包括PID)+压力传感器。

变频恒压操控原理图:

恒压供水体系流程
恒压供水体系组成:
(1)执行组织:三台大功率主水泵、一台小功率辅佐水泵;
(2)信息检测组织:压力传感器、液位传感器;
(3)操控组织:PLC(含PID)、变频器;
(4)报警装置。

操控电路:SA为手动/主动转化开关。
SA打在1的方位为手动操控状况;打在2的状况为主动操控状况。
手动运转时,可用按钮SB1~SB 8操控三台泵的启/停和电磁阀YV2的通/断;
主动运转时,体系在PLC程序操控下运转。
HL10为主动运转状况电源指示灯。
对变频器频率进行复位时只供给一个触点信号,因为PLC为4个输出占为一组共用一个COM端,而本体系又没有剩下单独的COM端输出组,所以经过一个中心继电器KA的触点对变频器进行复频操控。
图中的Y000~Y005及Y010~Y015为PLC的输出继电器的触点。
恒压供水操控体系程序中所运用的PLC元件及其功用:

PLC体系选型:
如上可知,体系共有开关量输入点6个、开关量输出点12个;模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。
选用三菱FX2N-32MR一台、加上一台模拟量扩展模块FX2N-4AD、一台模拟量扩展模块FX2N-2DA构成体系。
整个PLC体系的装备如下图所示。

恒压供水操控体系
体系的电气操控总框图:

其他首要元器件的选型:
水泵机组的选型:
水泵机组的选型一是要确保平稳运转;二是要经常处于高效区运转,以求取得较好的节能作用。
 
离心泵作业原理:

PLC的选型:PLC是整个变频恒压供水操控体系的核心,它要完成对体系中所有输入号的收集、所有输出单元的操控、恒压的完成以及对外的数据交换。
变频器是依据其操控的电机的功率挑选的,这儿依据要求及便与PLC通讯挑选如下变频器:
如,三菱FR-A540-55K型变频器,功率为55Kw。

压力传感器的选型:压力传感器是用来收集水压而构成闭环操控体系必不可少的一环,依据要求选:YTZ-150电阻远传压力表和XMT-1270数显仪完成压力的检测、显示和变送。压力表丈量范围0~1Mpa,精度1.0;数显仪输出一路4~20mA电流信号给PLC的扩展模块。

液位传感器的挑选:液位传感器是操控水池水位,防止电机空转。据要求可选:浮球式液位计。

恒压供水操控体系PLC及扩展模块外围接线图:

火灾时,火灾信号SA1被触动,X000为1。

水位上下限信号别离对应为X001、X002,它们被水淹没时为0,露出时为1。
PLC程序规划:程序包括三部分:主程序、子程序和中止程序。
体系初始化的一些作业放在初始化子程序中完成;

守时中止程序用来完成PID操控的守时采样及输出操控;主程序包括泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑操控信号的归纳及报警处理等;

生活及消防双恒压的两个恒压值是选用数字方法直接在程序中设定的。生活供水时体系设定值为满量程的70%,消防供水时体系设定值为满量程的90%;
本体系中PID操控中仅用了份额和积分操控,其回路增益和时刻常数可经过工程核算开始断定,还需进一步调整以到达最优操控作用。

变频恒压供水体系流程图:

经过压力传感器检测罐体压力,压力电信号经过主动操控电路识别、扩大,操控接触器动作,从而使水泵依据罐体内压力改动,主动运转和停止,到达主动供水的意图。

作业进程:水泵发动,将水经过止回阀注入罐体,从而使罐体内压力增大,当压力到达所设定压力上限时,压力主动操控器主动封闭水泵,使水泵停止运转。因为供水罐体内压力高于供水管网压力,所以能主动降压供水,当压力减小到设定压力下限时,主动操控水泵发动,主意向供水罐内注水,如此往复,使设备不断供水,全主动运转。

变频恒压供水机组结构示意图:

变频恒压供水机组标准装备:水泵(依据供水体系所需扬程流量挑选水泵类型与台数);电控柜(依据水泵类型、台数、变频运转方法挑选);变频器(包括于电控柜中);远传压力表(考虑到外表的匹配性,该项与电控柜一起采购);普通压力表;压力罐;阀门(止回阀/闸阀/弹性减振接头等);管路(出水总管一套);底座(选用碳钢焊接整体底座);其他管路附件。

隔阂压力罐的选型:
断定最巨细时用水量Q:

Q—最巨细时用水量(m3/h);
m —用水人数;
qr—用水量标准(升/人·日);
T—用水时刻(小时)一般取24小时;
K—小时改动系数,一般取1.8-2.5。

2.断定气压给水设备最低作业压力P1和最高作业压力P2:

P1—罐内气体最低作业压力(MPa)
h1—水池最低水位至建筑物最高点的笔直差(m)
h2—管网沿程丢失(m)
h3—管网部分丢失(m)
h4—最不运用水点的流出水头(m)
h5—消防需加水头(m)(如需求消防功用时)
102—换算系数,1 Mpa≈102mH2O

P2—最高作业压力(MPa)
α—最低作业压力与最高作业压力之比,即P1/P2,一般取0.65~0.85。

3.依据Q和(P1+P2)/2挑选配套水泵
选定水泵的扬程为H,流量为qb,当H=(P1+P2)/2时,qb≥1.2Q。

4.依据水泵的流量,断定气压水罐调理水容积Vs:

Vs—给水体系所需气压罐调理容积(m3);
C—安全系数,一般取1.0~1.3;
qb—作业水泵核算流量(m3/h);
即作业泵组中最大一台水泵在H=(P1+P2)/2时的流量,且该流量应在水泵功用曲线的高效区内。

5.断定气压水罐类型:

V总—气压水罐容积(m3);
β—气压水罐容积系数取1.05;
α—气压水作业压力之比,取值,与核算P2时应一致。

依据气压水罐的总容积V总及最高作业压力P2,对照气压罐样本,断定气压水罐的规格,使V0≥V总,如一台罐不能满意要求,可用多台罐组合,使∑V0 ≥V总,再依据P2选定气压水罐的作业压力等级。
浮球开关:供水体系中可增设浮球开关,当进水池水位上升或下降到必定值时(该水位值可设定),浮球开关向操控器发出信号,操控水泵的启停。

选用变频调速恒压供水方法与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方法比较,不论是设备的出资量,运转的经济性,还是体系的稳定性、可靠性、主动化程度等方面都具有无法比拟的优势,并且具有明显的节能作用。


 


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