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解決方案



細分行業解決方案
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變頻器在恒壓供水中的應用

摘要:本文介紹基于變頻器的恒壓供水系統的構成及工作原理。系統采用變頻調速方式,自動調節水泵電機轉速,保持供水壓力的恒定,系統具有節能、可靠、自動化程度高等優點,提高了供水質量。


關鍵詞:變頻調速,恒壓供水,PID


引言:隨著人們生活質量的提高,在生活用水方面的質量要求也越來越高。同時,由于工廠工藝的要求,對供水質量也提出了更高的要求。變頻恒壓供水以其環保、節能和供水質量高等優點在供水行業中越來越得到認同。在城市小區化的發展中,采用以小區或社區為統一整體的供水方案,會使設備的利用率及節能比例大大提高,并減少初始投資和占地面積。


一、工作原理 

    變頻恒壓供水系統采用設定壓力(可外部設定,也可內部設定)和實際反饋壓力(壓力傳感器反饋為4~20mA或0-10V或遠傳壓力表反饋)相比較反饋信號送入恒壓供水控制器,經與壓力設定值比較、PID運算,送出一個水量增加或減少信號,控制變頻器升降頻率改變電機轉速。如在一定延時時間內,壓力還是不足或過大,則通過恒壓供水控制器作工頻/變頻切換,使實際管網壓力與設定壓力相一致。另外,隨著用水量的減少,管網壓力增加,大于設定壓力時變頻器自動減少輸出頻率,達到了節能的目的。


二、變頻恒壓供水代替傳統供水的優點 

1. 變頻恒壓供水能自動維持恒定壓力,并根據反饋的壓力信號自動啟動或停止水泵,無級調整壓力,供水質量好,與傳統供水比較,不會造成管網破裂及水籠頭開啟時的共振現象。

2. 避免了泵的頻繁啟動及停止,而且電機的啟動方式為軟啟動,減少了電機水泵的啟動沖擊,增加了電機水泵的使用壽命,也避免了傳統供水中的水錘現象。

3. 傳統供水中設計有水箱,不但浪費了資金,占用了較大的空間,而且水壓不穩定,水質有污染,不符合衛生標準,而采用變頻恒壓供水,此類問題也就迎刃而解了。

4. 采用變頻恒壓供水,系統可以根據用戶實際用量自動檢測管網的壓力,控制水泵的轉速以達到節能效果。避免了水塔供水無人值班時,總要開啟一個泵運行的現象,節省了人力及物力。

5. 變頻恒壓供水可以自動實現多泵循環運運行功能,使各泵的使用時間相近,磨損相同,減少了由于主泵長期運行而磨損嚴重、備泵長期停機而銹蝕的問題,延長了電機水泵的使用壽命。

6. 變頻恒壓供水系統保護功能齊全,運行可靠,具有欠壓、過流、過載、過熱、缺相、短路保護等功能。


三、適用范圍 

    采用變頻恒壓供水,具有高效節能,壓力穩定,運行可靠,操作簡單,安裝方便,占地少,噪音低,無污染,投資低,效益高等優點。特別適用于:

1. 賓館、寫字樓、公寓、居民小區等場所的生活給水和熱水采暖系統;

2. 高層建筑、大型民用建筑的消防給水系統;

3. 工礦生產企業;

4. 各類自來水廠;


四、節能原理

    由水泵的工作原理可知:水泵的流量與水泵(電機)轉速成正比,水泵的揚程與水泵(電機)轉速的平方成正比,水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積,故水泵的軸功率與水泵(電機)轉速的立方成正比。電機的轉速為n=60f(1-s)/p;(n:電機轉速,f:電源頻率,s:轉差率,p:電機極對數,電機轉速與電源頻率成正比)即水泵的軸功率與其轉速(電機轉速即電機電源頻率)的三次方成正比。根據上述原理可知改變水泵的轉速就可改變水泵的功率。

基本公式:流量Q∝n ,壓力(揚程)H∝n2,功率P=Q*H∝n3. 

例如:將供電頻率50Hz降為45Hz,則P45/P50=(45/50)3= 0.729,即P45=0.729 *P50;將供電頻率由50HZ降為40HZ,則P40/P50=(40/50)3= 0.512,即P40=0.512* P50。傳統供水的水泵一般是按供水系統在設計時的最大工況需求來考慮的,而用水系統在實際使用中有很多時間不一定能達到用水的最大量,一般用閥門調節增大系統的阻力來節流,造成電機用電損失,而采用變頻器可使系統工作狀態平緩穩定,通過改變轉速來調節用水供應,并可通過降低轉速節能收回投資。從下圖我們可以形象的看到以變頻器控制、輸入閥門控制和輸出閥門控制三種流量控制方式的比較。

100KW電機三種流量控制方法的耗電實測比較表:


    從上表可以看出在流量較低的時候,采用變頻器控制方式節能效果非常明顯,且實際應用中實際流量也很少達到設計的最大流量。很多電機拖動設備都存在全余量較大、工作效率低、電能耗量大、啟動電流大、工作噪聲大等難題。且不斷的影響企業的經濟效益,而投資變頻器可以從根本上解決這些問題,且能較快的收回投資,一般回收期不超過12個月。


五、ACI變頻器在恒壓供水上的應用 

    珠峰電氣推出的變頻恒壓供水系統是解決現有供水問題的完美方案,具有節能、高效、可靠、高度自動化和高度智能化的特點。

以東莞某洗凈供水采用我公司一拖四的供水方案為例:

系統主要配置如下表:


名稱

規格

數量

單位

備注

智能恒壓控制器

ZFDQ-HYKZ-V01

1


ACI變頻器

7.5KW

1


水泵

7.5KW

4


壓力傳感器

0-10ba,4-20mA

1


系統主回路電路





    其系統主要由恒壓控制器、變頻器、四臺水泵、壓力傳感器構成;變頻器是整個變頻恒壓供水系統的核心部分。水泵電機是輸出環節,轉速由變頻器控制,實現變流量恒壓控制。變頻器接受恒壓控制器的信號對水泵進行速度控制,壓力傳感器檢測管網出水壓力,把信號傳給恒壓控制器,再通過PID運算調節變頻器的頻率來控制水泵的轉速,實現了一個閉環控制系統。當系統啟動后第一臺水泵以變頻從0Hz開始運行,到50Hz后若壓力仍小于設定壓力則切換至工頻運行,同時變頻啟動下一臺水泵從0Hz開始運行;若運行到50Hz后還未達到設定壓力值則又切換到工頻運行,同時啟動下一臺水泵;如壓力超過設定值則系統則會降頻或減泵,以此到達壓力恒定在設定值。無用水時壓力達到設定值后,系統會自動進入休眠狀態,當有人用水時系統會自動蘇醒。

由于ACI變頻器本身具有PID調節功能,在一拖一的情況下也可以不選用外置恒壓控制器,調節更加平穩。

系統在增泵和減泵時會依據“先起先停”原則來交替切換水泵,從而到達每臺水泵輪流運行避免一臺水泵長期運行磨損嚴重,其它水泵則閑置生銹。延長了水泵的使用壽命。

系統還具備故障自診斷功能,水泵發生過載、缺相、傳感器斷線、傳感器短路、高水壓、低水位、變頻器故障等都會有報警,通知人員處理,部分故障如高水壓、低水位系統能自動處理和恢復運行,無需人員處理,高度智能自動化。


六、結束語 

    變頻恒壓供水相比傳統供水方式更低的成本更高的供水質量,逐漸得到了行業的認可,是未來的發展方向。我司的恒壓供水系統已廣泛用于各工礦企業,實現了標準化、系列化,推動了行業的發展。


參考文獻:

【1】張燕賓. 變頻調速應用實踐.北京:機械工業出版社,2000.

【2】智能恒壓控制器說明書.珠峰電氣



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