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變頻水泵在供水設(shè)備中的應(yīng)用

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變頻水泵可以采用水位、壓力、變頻調(diào)速等多種控制方式,滿足不同用戶的需求,防止蓄水池二次污染、運(yùn)行時(shí)不對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓、充分利用市政管網(wǎng)壓力等諸多優(yōu)點(diǎn),使得無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備成為新一代具代表性的環(huán)保節(jié)能供水設(shè)備,深受廣大用的好評(píng)。
變頻給水泵停泵控制最 好方法是:
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當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí),用一臺(tái)泵恒壓供水。按離心泵理論,在相似工況下,水泵的水力功率與三次方轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)用水流量接近為零(但恒壓)時(shí),泵轉(zhuǎn)速最 低,其功率也最小。對(duì)于常用的離心泵而言,變頻水泵在零流量下消耗的功率約為相同大小恒速泵額定功率的1/4或更小(與水泵的Q、H外特性、恒壓值等有關(guān)),但變頻泵長(zhǎng)期在零流量下運(yùn)轉(zhuǎn)并白白消耗能量終究是一個(gè)缺點(diǎn),當(dāng)泵的功率較大時(shí),此缺點(diǎn)更為突出。
為了使變頻水泵在不用水時(shí)能夠停泵,以便節(jié)能,減少泵的磨損,現(xiàn)在國(guó)外變頻器(具有多泵并聯(lián)恒壓供水控制功能)采用這樣的一種控制方案:當(dāng)變頻泵轉(zhuǎn)速(頻率)降低至接近零流量閾值時(shí),變頻器發(fā)出一個(gè)指令,使變頻泵停泵休息。管網(wǎng)系統(tǒng)中接有一個(gè)小氣壓罐,當(dāng)變頻泵停泵后,由氣壓罐維持供水;當(dāng)供水壓力降低至某一設(shè)定值時(shí),變頻器接受此壓力信息,使變頻水泵啟動(dòng)并恢復(fù)恒壓供水。在實(shí)際供水中,并不希望當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速降低至零流量閾值就立即停泵,而是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,經(jīng)判斷并確認(rèn)沒(méi)有用水后才停水泵。為此,可在電腦控制程序中設(shè)置判斷程序,以達(dá)到此目的。具體方法:當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速(頻率)降低至零流量閾值并持續(xù)T時(shí)間(T為判斷時(shí)間,可按需設(shè)定)電腦才發(fā)出停變頻水泵的指令,使變頻水泵自停,此功能稱為變頻水泵自動(dòng)睡眠功能。在停泵期間,如有人用水并引起管網(wǎng)壓力下降,當(dāng)下降至開(kāi)泵壓力(壓力值可按需設(shè)定)時(shí),電腦接受此壓力信息,下達(dá)指令使變頻泵自動(dòng)啟動(dòng)并恢復(fù)恒壓供水,此功能稱為變頻泵自動(dòng)喚醒功能。
據(jù)了解,國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)變頻給水設(shè)備的廠家為了使變頻給水機(jī)在小流量供水時(shí)能更好地節(jié)約電能和不用水時(shí)停泵,在給水系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)小氣壓罐和一個(gè)小工頻泵。
筆者認(rèn)為,采用小工頻泵和小氣壓罐的方案存在問(wèn)題較多,不如采用變頻泵自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒方案。我公司研制生產(chǎn)的智能型變頻給水設(shè)備已成功應(yīng)用了變頻泵自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒方案,經(jīng)試驗(yàn)和交付用戶使用證明十分成功。
當(dāng)變頻水泵的功率很大,例如一臺(tái)水泵的功率為120kW,在接近零流量供水時(shí),變頻水泵實(shí)際的耗能約1/4×120=30kW。此時(shí),當(dāng)小流量用水時(shí),變頻大泵會(huì)消耗相當(dāng)多的電能。從節(jié)能考慮,在小流量用水時(shí)宜由小泵供水。為了節(jié)能可就用一臺(tái)變頻小泵。其控制系統(tǒng)就這樣設(shè)計(jì):
(1)小流量用水時(shí),求出大泵在恒壓小流量供水時(shí)的頻率,設(shè)為(Hz)Qmin。
(2)大泵在恒壓小流量供水時(shí),當(dāng)Hz≤(Hz)Qmin,則變頻器的一個(gè)輸出繼電器(可編程的)工作,向?qū)S肞LC發(fā)出一個(gè)信息。
(3)PLC接受上述信息后:
(a)控制變頻器停止工作;
(b)變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行切換操作:首先使變頻大泵交流接觸器脫開(kāi),然后使小功率(如30kW)小泵接入;
(c)在變頻器輸出側(cè)切換好后,重新啟動(dòng)變頻器,恢復(fù)恒壓變量供水。
(4)由變頻器帶動(dòng)小泵(如30kW)進(jìn)行小流量恒壓供水,此時(shí)小泵具有自動(dòng)睡眠與自動(dòng)喚醒功能,具有小流量供水的最 佳節(jié)能效果。
(5)當(dāng)用水流量增加,變頻器的輸出頻率上升,當(dāng)Hz=(Hz)Qmin,變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器工作。整個(gè)供水系統(tǒng)的工作(2)、(3)所述,水機(jī)仍由小泵變頻恒壓供水不變。
(6)當(dāng)用水流量繼續(xù)增大,變頻器的輸出頻率繼續(xù)上升,當(dāng)Hz=(Hz)Qmin+ΔQ變頻器的另一個(gè)可編程輸出繼電器工作,并向?qū)S肞LC發(fā)出一個(gè)信息。
(7)PLC接受上述信息后
(a)控制變頻器停止工作;
(b)變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行以下切換操作:先使小泵的變頻交流接觸器脫開(kāi),然后使120kW大泵接入變頻;
(c)在變頻器輸出側(cè)切換好后,重新啟動(dòng)變頻器,恢復(fù)恒壓變量供水。
(8)由變頻器帶動(dòng)120kW大泵進(jìn)行小流量恒壓供水,例如由3臺(tái)大泵并聯(lián),則最 大供水功率可達(dá)120×3=360kW。
3.ABB智能型無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的應(yīng)用
變頻水泵的自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏(泵和風(fēng)機(jī)控制)的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動(dòng)睡眠時(shí),水泵自停,完全不消耗電能,具有最 佳的節(jié)能效果。在停泵期間,為了維持供水,系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)小氣壓罐,在變頻泵自動(dòng)睡眠期間,由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時(shí),變頻水泵自動(dòng)喚醒,恢復(fù)恒壓供水。
利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備:
(1)智能型生活變頻給水設(shè)備。
當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí),由變頻泵B1變頻恒壓變量供水;當(dāng)用水流量大于一臺(tái)泵在工頻情況下的額定流量時(shí),工頻泵B21自動(dòng)投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水(當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時(shí),則每投入一臺(tái)工頻泵,恒壓值上升一個(gè)臺(tái)階P,P可按需設(shè)定)。
當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時(shí),變頻泵B1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零(接近的程度由調(diào)試者確定)時(shí),變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時(shí)間(T值可設(shè)定,改變)時(shí),變頻供水泵自停(睡眠),由氣壓罐維持供水;當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時(shí),變頻水泵自動(dòng)啟動(dòng)(喚醒)以維持恒壓供水。
具有恒壓(準(zhǔn)恒壓)供水控制功能的ABB變頻器(具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器)具有以上控制功能。該變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器可帶動(dòng)一臺(tái)工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時(shí),可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
(2)智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
B0為變頻穩(wěn)壓泵,由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
B1、B2、B3為工頻消防泵,由PLC控制
平時(shí)由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時(shí),穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時(shí)間T(T可設(shè)定),變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)停泵(睡眠)休息,由氣壓罐維持穩(wěn)壓;當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時(shí),變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓(自動(dòng)喚醒)。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的,停歇的時(shí)間很長(zhǎng),沒(méi)必要設(shè)置備用泵,以降低造價(jià)。
當(dāng)接到消防信號(hào)后,由PLC控制主消防泵(第 一臺(tái))工頻啟動(dòng),投入消防。其他各臺(tái)消防泵(含消防備用泵)由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動(dòng)投入或自動(dòng)退出。具體控制方式如下:在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下,如管網(wǎng)壓力不足(低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的最 低消防壓力),則由PLC控制,下一臺(tái)消防泵(包括備用泵)自動(dòng)投入以提供充足的消防流量。
消防結(jié)束,PLC可以接受人工指令,停止消防(所有消防泵停泵)。
3.ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
變頻水泵的自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏(泵和風(fēng)機(jī)控制)的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動(dòng)睡眠時(shí),水泵自停,完全不消耗電能,具有最 佳的節(jié)能效果。在停泵期間,為了維持供水,系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)小氣壓罐,在變頻泵自動(dòng)睡眠期間,由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時(shí),變頻泵自動(dòng)喚醒,恢復(fù)恒壓供水。
利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備:
(1)智能型生活變頻給水設(shè)備。
當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí),由變頻水泵B1變頻恒壓變量供水;當(dāng)用水流量大于一臺(tái)泵在工頻情況下的額定流量時(shí),工頻泵B21自動(dòng)投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水(當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時(shí),則每投入一臺(tái)工頻泵,恒壓值上升一個(gè)臺(tái)階ΔP,ΔP可按需設(shè)定)。
當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時(shí),變頻水泵B1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零(接近的程度由調(diào)試者確定)時(shí),變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時(shí)間(T值可設(shè)定,改變)時(shí),變頻泵自停(睡眠),由氣壓罐維持供水;當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時(shí),變頻泵自動(dòng)啟動(dòng)(喚醒)以維持恒壓供水。
具有恒壓(準(zhǔn)恒壓)供水控制功能的ABB變頻器(具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器)具有以上控制功能。該變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器可帶動(dòng)一臺(tái)工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時(shí),可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
(2)智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
B0為變頻穩(wěn)壓泵,由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
B1、B2、B3為工頻消防泵,由PLC控制
平時(shí)由變頻恒壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時(shí),穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時(shí)間T(T可設(shè)定),變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)停泵(睡眠)休息,由氣壓罐維持穩(wěn)壓;當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時(shí),變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓(自動(dòng)喚醒)。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的,停歇的時(shí)間很長(zhǎng),沒(méi)必要設(shè)置備用泵,以降低造價(jià)。
當(dāng)接到消防信號(hào)后,由PLC控制主消防泵(第 一臺(tái))工頻啟動(dòng),投入消防。其他各臺(tái)消防泵(含消防備用泵)由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動(dòng)投入或自動(dòng)退出。具體控制方式如下:在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下,如管網(wǎng)壓力不足(低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的最 低消防壓力),則由PLC控制,下一臺(tái)消防泵(包括備用泵)自動(dòng)投入以提供充足的消防流量。
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