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应用研究?关金华变频调速在水厂恒压供水中的应用
变频调速在水厂恒压供水中的应用
关金华
(抚顺职业技术学院机电系,辽宁抚顺113006
摘要:结合抚顺市东公园水厂现状,设计了一套变烦调速恒压供水系统,该系统解决了原系统单
纯手动控制带来的压力控制不准确和对供水管网压力变化反应迟钝的问题,能够最大限度地降
低能源消耗和减少资源浪费,提高设备的可维护性和运行的可靠性,达到了降低自来水生产成本
和提高生产管理水平的目的。
关键词:变频调速;恒压;管网
中图分类号:TH17
文献标识码:A
文章编号:1672-1616(2012)19-0081-2
近年来,中国中小城市发展迅速,城市家庭人
A2(关小阀]n时)
均日生活用水量每年都有较大的提高,集中用水量
扬程
A、(狐出以定时)
Ao(管网末端傾定时)
急剧增加。在用水量高峰期时供水量不足,在用水
量低峰期时供水压力又过高,造成城市公用管网水
压浮动较大的现象。由于每天不同时段用水对供
H痕出压力定时
水压力的要求変化较大,仅仅靠供水厂值班人员依
a(泉全速时)
据经验进行人工于动调节很难及时有效地达到目
、(泵速下调到n时)
的。这种情况不仅十分浪费能源,而且存在事故隐
患(例如压力过高容易造成爆管事故)。
n(泵下调到n时)
变频调速的节能原理及应用
流量Q
水泵机组应用变频调速技术,即通过改变电动
图1节能分析曲线图
机定子电源频率来改变电动机转速,可以相应地改
当用水量达到Q、时,水泵全速运转,出口阀
变水泵转速及工况,使其流量与扬程适应管网用水门全开,达到了满负荷运行,水泵的特性曲线n和
量的变化,保持管网在工作点上压力恒定,达到节用水管路特性曲线A2汇交于b点,此时水泵出口压
能效果。
力为凪,末端服务压力刚好为B。在用水量从Qm
根据水泵的相似原理:
减少到Q1的过程中,采用不同的控制方案,其水泵
Q1/Q2=n1/n2
的能耗也不同。
H1/H2=(n1/n
第一种方案:水泵全速运转,靠关小泵出口阀
れ1ノn、)3
门来控制。此时,管路阻力特性曲线变陡(A2),水
式中:Q为水泵流量,m/h;H为水泵压力,MPa;P泵的工况点由b点上滑到c点,而管路所需的扬程
为水泵的轴功率,kW;ル为水泵的转速,r/mino。即将由b点滑到d点,这样,c点和d点扬程的差值即
通过控制转速可以按相应比例同时减少流量、扬为全速水泵的能量浪费。
程、轴功率,所以采用变频调速能够调节工况,降低
第二种方案:水泵变速运转,靠泵的出口压力
轴功率,进而达到节能的目的。
恒定来控制。此时,当用水量由Q。下降时,控制
如图1所示,n为水泵特性曲线,A为管路特性系统通过降低水泵转速来改变其特性。但由于采用
曲线,B0为管网末端的服务压力,为泵出口压泵出口压力恒量方式工作,所以其工况点始终在
力
H上平移。在水量到达Q1时,相应的水泵特性曲线
收稿日期:2012-03-06
作者简介:关金华(1981-),女(蒙古族),辽宁阜新人,抚顺职业技术学院讲师,硕士,主要研究方向为机械工程。
2012年10月中国制造业信息化第41卷第19期
为n,而管路的特性曲线将向上平移到A,两线交网渗漏,浪费了电能,另一方面对管网末端安全运
点e即为此时的工况点。这样,在水量减少到Q1时,行带来了威胁。
将导致管网不利点水压升高到H1>H0,则ん1即为
10kV线
水泵的能量浪贵。不利点就是供水管网的末端
最不利于供水的点。
第三种方案:水泵变速运转,靠取管网不利点
KM4-6
RHVC-A 10/ 600F
压力恒定来控制。此时,当用水量由Qm、下降到
Q1时,水泵降低转速,水泵的特性曲线变为n1,其
变頻器
工况点为d点,正好落在管网特性曲线A。上,这样
0S2
可以使水泵的工作点始终沿A滑动。管网的服务
力
反惯
压力B恒定不变,此方案与泵出口恒压相比,其能
耗下降了h1
以上分析表明,选择供水管网不利点允许的最
?40kw
1SKW 0220
低压力为控制参数,通过压力传感器获得压力信
广段
号,组成闭环压力自控调速系统,能使水泵的转速
保持与调速裝置所设定的控制压力相匹配,即将调
图2方案示意图
速技术和自控技术相结合,可以达到最佳节能效
为了较好地解决上述问题,方案采用不利点恒
果。此外,不利点的控制压力还保证了用户水压的压供水。当不利点供水得到满足,就意味着整个管
稳定,无论管路特性等因素发生什么变化,不利点网供水得到满足,没有压力多余而导致的液费。由
的水压都是恒定的,保证了居民用水压力的可靠
于实际供水不利点距泵站往往很远,少则几干米
采用变频恒床供水系统除可节能外,还能实现多则几十千米,采用传统的信号有线传输显然是不
水泵机组软启动,降低了启动电流,避免了对供电行的。一方画长距离有线传输,信号衰减大,需要
系统产生冲击负荷,提高了供水供电的安全可靠传输信号源的功率大;另一方面长距离有线传输,
性。另外,变频器本身具有过电流、过电压、失压等施工难度大,工程造价高。解决方案是:将供水不
多种保护功能,提高了系统的安全可靠性
利点的压力信号转换成数字信号,通过GPRS通信
将数字信号无线传输到供水泵站,供水泵站将接收
2方案设计
到的数字信号转换为模拟信号,送给变频器,形成
抚顺市东公园水厂原系统采用3kV供电,设闭环控制,从而实现不利点的恒压供水。
备投运时间较长(40余年),已经严重老化,系统能
选取不利点恒压供水后,系统可自动完成峰、
耗高。殖着用水量的不断增加,设备容量已不能满谷、半供水,满足用户需求,又可减少富余扬程的产
足现在的供水要求,对设备进行改造十分必要,原生,最大限度地节能降耗,减轻工人劳动强度,保证
系统普遍采用网门控制和启闭旁通等方法,能量损设备、管网安全平稳运行。
失很大。为适应新的供水需求,需要对供水设备进3结東语
行改造。
综上所述,以变频器为主体、以不利点为控制
改造后,供电系统升压至10kV,水泵机组采用对象的恒压供水监控系统,不仅能够最大程度满足
水。示意图如图2所示。
需要,提高整个系统的效率,延长系统寿命,节约能
目前多数水司恒压供水是采用泵站出口压カ限,而且能够构成复杂的功能强大的供水系统,是
作为反馈信号,实现闭环调速,保证恒压供水。
叮持续发展的必然趋势
非恒压供水相比,无论是节能降耗或减轻工人操作参考文献:
强度,恒压供水都具有明显优勢。但是通常恒压供
汤跃,尚亚波,吴徐,等.变频调速的研究与分析「J].中
水也有不足之处:当用水高峰时,管网千米压损增
国电机工程学报,2003,23(3):146-160.
加,也就是压损与流量的平方成正比,导致管网的2]那红,徐颖,徐兆军,等、变频调速恒压与変床供水的能
耗分析[J,排灌机械,2007,25(1):45-49.
末端水压很低,往往满足不了管网末端用水的需「3陈虹,史旺旺,唐鸿儒,等中小型水厂自动化技术的实与
求