變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備結(jié)構(gòu)與原理
變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備結(jié)構(gòu)與原理
一、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備概述
BPGS-2型微機全自動恒壓變量供水設(shè)備,是以可編程序控制器(工業(yè)微機) 為核心,采用最先進(jìn)的交流變頻調(diào)速技術(shù),根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力、流量進(jìn)行最優(yōu)閉環(huán)控制,自動調(diào)整水泵機組的工作狀態(tài),使供水壓力保持穩(wěn)定的機電一體化成套設(shè)備。其技術(shù)水平居國 內(nèi)領(lǐng)先地位。使用這種供水設(shè)備,可為用戶提供優(yōu)良的供水質(zhì)量和最大限度的節(jié)能效果。BPGS-2型變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備是新一代高效節(jié)能供水設(shè)備。
目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的供水設(shè)備電控柜,除采用落后的繼電接觸器控制方式外,大致有以下三類:
1.邏輯電子電路控制方式:這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài),其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切 換時水壓波動較大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動有沖擊、抗干憂能力較弱。但成本較低。
2.單片微機電路控制方式:這類控制電路優(yōu)于邏輯控制電路,但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水 情況時調(diào)試較麻煩,追加功能時往往要對主電路進(jìn)行修改,不靈活也不方便。電路的可靠性和 抗干擾能力都不是很高。
3.可編程序控制器(PC)控制方式:以可編程序控制器為核心的控制電路代表了目前我國供水 設(shè)備控制電路的最先進(jìn)水平。這種控制電路具有跟蹤快、控制精度高、抗干擾能力特強、擴 展功能靈活方便、全部水泵軟啟動、可實現(xiàn)變壓(或恒壓)全流量變頻調(diào)節(jié)、具有系統(tǒng)穩(wěn)定性 好、高效節(jié)能、調(diào)試方便等突出優(yōu)點。雖然目前成本較高,但它是變壓(或恒壓)變流量供水 設(shè)備的發(fā)展方向。
我公司與中國礦業(yè)大學(xué)有關(guān)專家配合,在BPGS-2型微機全自動變壓(或恒壓)變流量供水設(shè)備開發(fā)過程中,對閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行了獨特的設(shè)計,將開關(guān)量、模擬量的控制和調(diào)節(jié)任務(wù)全部由微機完成,實現(xiàn)了測、監(jiān)、控為一體的微機控制模式,進(jìn)一步提高了控制電路的可靠性和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
二、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備特點
1.高效節(jié)能。
變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備時刻監(jiān)測供水系統(tǒng)的瞬時用水量,并對水量信號經(jīng)微機分析處理后,由微機控制各水泵機 組的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速,既保證所需供水量,又使水泵機組時刻處于高效節(jié)能運行狀態(tài),避免了電能的浪費。設(shè)備中的所有水泵均在微機和變頻器控制下軟啟動,起動電流小(起動電流不超 過額定工作電流的110%),能耗少。整套設(shè)備在微機管理下運行經(jīng)濟(jì)合理,節(jié)能效果極其顯著 。與常規(guī)的繼電接觸控制供水設(shè)備或氣壓供水設(shè)備相比,節(jié)電效率最高可達(dá)55%以上。
變頻調(diào)速恒壓變量供水及變壓變量供水的節(jié)能原理
當(dāng)管網(wǎng)流量由QA變至QB時,如果采用恒速泵,其揚程必定升至B′處,供水壓力升高,若采用變頻恒壓變量供水,當(dāng)設(shè)定壓力為HA時,微機檢測出壓力差H′B桯B后,發(fā)出控制指令,降低變頻器的輸出頻率使泵的工況曲線由n0變至n2,保持恒壓為HA,顯然比恒速泵減少B′B這一段動壓損失,因此有明顯的節(jié)能效果。若采用變壓變量供水,微機發(fā)出控制指令使泵的工況曲線由n0變至n4與管道工作特性曲線交于B″點,比恒壓變量供水又減少BB″這一段動壓損失,因此節(jié)能更加顯著。
變頻調(diào)速供水節(jié)能原理
2.壓力恒定(恒壓型)控制精度高。
變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備以微機為核心構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),調(diào)整速度快,控制精度高。供水管網(wǎng)用水量的任何變化,均能使微機立即作出反應(yīng),迅速調(diào)節(jié)水泵流量使水壓保持恒定,大大提高了管網(wǎng)的供水品質(zhì)。設(shè)備在設(shè)定的供水壓力下工作時壓力誤差小于±0.02MPa,最大調(diào)整時間小于20秒。
3.延長了設(shè)備的使用壽命。
由于采用微機作控制核心,設(shè)備中各水泵機組均為軟啟動,一方面降低了對電網(wǎng)供電容量的要 求,另一方面減少了水泵機組的機械沖擊和磨損。此外,在微機軟件和閉環(huán)控制系統(tǒng)上進(jìn)行了 精心設(shè)計,避免了水泵切換時的振蕩現(xiàn)象,提高了供水系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。采取了這些 措施,大大延長了水泵、電機、接觸器等機械、電氣裝置的使用壽命,也提高了設(shè)備的可靠性 。
4.管理簡便,運行可靠。
變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備具有變頻自動、工頻自動、手動三種操作方式,三種方式互為備用,可在任何故障情況下 保證系統(tǒng)不間斷供水,因而適用于各種復(fù)雜的供水情況。設(shè)備主要運行于變頻自動方式,自動 化程度很高,操作簡單、管理方便。設(shè)備的核心控制部件棗工業(yè)微機和變頻器均采用進(jìn)口 整機,可靠性極高,故障率極低,且保護(hù)功能齊全,確保設(shè)備運行安全可靠。
5.功能修改靈活方便。
設(shè)備可在主電路不作修改及更換的情況下,方便地附加或修改各種功能,如小流量自動停機、水池?zé)o水自動停機、市網(wǎng)壓力升高自動停機、定時自動啟停設(shè)備、轉(zhuǎn)入消防供水等功能。也可根據(jù)用戶要求設(shè)計,增添所需功能。
6.保護(hù)功能齊全。
設(shè)備具有過壓、欠壓、電機過流、過載、短路及失速等多種保護(hù)功能。在異常情況下能以聲、光信號報警。設(shè)備有完善的保護(hù)、自檢、故障判斷功能,可為操作人員迅速判明并排除故障提供方便。
7.抗干擾能力強。
由于變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備的控制核心采用了進(jìn)口工業(yè)專用微機棗可編程序控制器,因而控制系統(tǒng)可靠性很高、抗干擾能力極強。設(shè)備運行的穩(wěn)定性和抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過邏輯電子電路控制器和單片機控制器。
8.設(shè)備體積小,占地面積少。
設(shè)備只需與一小型氣壓水罐配合即構(gòu)成一套完整的供水系統(tǒng),不需要水塔和高位水箱。配用的小型氣壓水罐其容積僅為一般氣壓供水設(shè)備的1/10以下。因此,整套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,成本較低,體積小,占地面積少。
三、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備適用范圍
1.工業(yè)用水：日供水量(24小時)240-600M3；
2.生活用水：50-10000戶居民用水量；
3.城鎮(zhèn)消防給水系統(tǒng)：6.5-300m3/h；
4.地震區(qū)、軍事設(shè)施、建筑工地等的生產(chǎn)生活用水；
5.農(nóng)村噴灌系統(tǒng)和自建自來水供水系統(tǒng)；
6.潛水泵直接供水系統(tǒng)。
五、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備結(jié)構(gòu)與原理
1.結(jié)構(gòu)
BPGS-2型微機全自動變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備由電氣控制柜、水泵機組、壓力傳感器和管路閥門組成
2.系統(tǒng)原理
BPGS-2型微機全自動變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備以可編程序控制器(PC)為控制核心,通過變頻器和繼電器、接觸器控制水泵機組運行狀態(tài),實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。設(shè)備運行時,壓力傳感器不斷將管網(wǎng)水壓信號變換成電信號送入微機,經(jīng)微機運算處理后,獲得最佳控制參數(shù),通過變頻器和繼電控制元件自動調(diào)整水泵機組高效率地運行,既保證了良好的供水品質(zhì),又最大限度地節(jié)能。
3.設(shè)備運行原理(以三臺泵系統(tǒng)為例)
在“變頻自動”運行方式下給電控柜通電,此時微機通過變頻器軟啟動1＃水泵,1＃泵進(jìn)入變頻運行狀態(tài),轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)供水量Q＜1/3Qmax時(Qmax為三臺泵全部工頻運行時的最大流量),微機根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1＃泵轉(zhuǎn)速,以保證供水壓力穩(wěn)定。當(dāng)1/3Qmax＜Q＜2/3Qmax,1＃泵已不能滿足所需水量,這時微機將1＃泵轉(zhuǎn)為工頻 運行狀態(tài),軟啟動2＃泵,使2＃泵進(jìn)入變頻運行狀態(tài),其轉(zhuǎn)速由所需水量決定。當(dāng)2/3Qmax＜Q時,微機將1#泵、2#泵置于工頻運行狀態(tài),軟啟動3＃泵投入變頻運行狀態(tài)。當(dāng)供水量減小, 1/3Qmax＜Q＜2/3Qmax時,3＃泵轉(zhuǎn)速逐漸降至零,停止運行,微機控制2＃泵進(jìn)入變頻狀態(tài)。當(dāng)供水量繼續(xù)減小,0＜Q＜1/3Qmax時,2＃泵停止工作,1＃泵轉(zhuǎn)為變頻運行。三臺泵系統(tǒng)運行狀態(tài)見圖五,系統(tǒng)運行特性見圖六。
六、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備主要輔助功能
BPGS-2型系列自動變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備除變壓(或恒壓)變流量供水的基本性能以外，按照用戶供水系統(tǒng)的不同要求增加各種輔助功能，以保證供水系統(tǒng)的運行更加合理、完善。常規(guī)的輔助功能有如下幾種：
* 小流量時自動切換氣壓罐運行功能(S1功能)
一些供水系統(tǒng)到了夜間用水流量很小或無用水流量，這時，如果設(shè)備保持連續(xù) 運行，會造成設(shè)備效率降低、能耗大、設(shè)備磨損等問題。為改善這種不利工況，可在設(shè)備系統(tǒng)中并接小型氣壓罐，小流量時按氣壓罐式間歇運行供水，待系統(tǒng)中的供水流量達(dá)到一定時恢復(fù)正常運行。
* 水流量時自動切換小水泵功能(S2功能)
有些供水系統(tǒng)在夜間用水流量較小，但又有一定的連續(xù)用水流量，這樣的系統(tǒng)如果采用上述的小流量時自動切換氣壓罐運行功能(S1功能)，可能水泵啟動頻繁，達(dá)不到預(yù)期的目的，這時可在系統(tǒng)中并聯(lián)小水泵，在夜間或小流量時切換小水泵連續(xù)運行(以達(dá)節(jié)能目的)，待供水流量達(dá)到一定時恢復(fù)正常運行。
* 水池?zé)o水停泵功能(P1功能)
設(shè)備投入正常工作后由于各種原因，系統(tǒng)中貯水池內(nèi)水位下降到警界水位以下，為防止水泵抽空，則要求設(shè)備具有立即自動停泵的功能(或設(shè)備閉鎖功能)。通過液位傳感裝置控制水泵停機和報警。
* 市政管網(wǎng)壓力控制停啟、泵功能(P2功能)
一些供水系統(tǒng)為了節(jié)能及充分利用市政管網(wǎng)的壓力，由市政管網(wǎng)的壓力來控制供水設(shè)備的運行。即管網(wǎng)的壓力達(dá)到某壓力時(能滿足供水壓力要求)設(shè)備停止運行，管網(wǎng)壓力低于該壓力時，設(shè)備即自動投入運行加壓供水。與此同時供水管路自動切換(管旁電動閥自動開閉)。
* 自動定時停、啟泵功能(D1功能)
一些供水系統(tǒng)工況不是連續(xù)運行，屬間歇運行情況(定時供水)，這就要求系統(tǒng)具有定時停泵和定時啟動水泵的功能。
* 定時切換水泵運行功能(D2功能)
供水系統(tǒng)的備用泵和消防、生活(生產(chǎn))供水系統(tǒng)的消防泵要求能定時投入運行以防銹蝕，這就要求系統(tǒng)有定時切換水泵運行功能。
* 恒壓變頻消防供水功能(X1功能)
如果供水系統(tǒng)中消防流量和生活(生產(chǎn))流量及壓力相差不大，本設(shè)備可以在一套變頻調(diào)節(jié)裝置中兼容兩個系統(tǒng)的變頻調(diào)速，平時按生活(生產(chǎn))供水系統(tǒng)的壓力和流量要求變壓(或恒壓)變流量供水，消防時切換成消防壓力和消防流量加生活(生產(chǎn))流量恒壓(或變壓)變流量供水。這種供水系統(tǒng)還能避免消防時的超壓問題。
* 自動啟動工頻消防供水功能(X2功能)
如果在供水系統(tǒng)中消防流量和生活(生產(chǎn))流量相差較大，為了不致增大變頻調(diào)速裝置的容量，可以利用本設(shè)備內(nèi)的微機控制消防泵的自動啟動。(這時消防泵由工頻電源直接或降壓方式啟動)。
本設(shè)備除上述的常規(guī)輔助功能以外，還可根據(jù)用戶要求追加其它輔助功能。
七、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備安裝
BPGS-2型系列變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備主要由BPGS-2型變頻調(diào)速電氣控制柜、水泵機組、傳感器及管路、管路器材所組成。因此設(shè)備的安裝主要是電氣控制柜的安 裝和水泵機組及管路系統(tǒng)的安裝。
1.電氣控制柜的布置與安裝
BPGS-2型電氣控制柜主要由變頻調(diào)速器(VVVF)、微機(PC)、調(diào)節(jié)器各類開關(guān)、繼電器、接觸器等電氣、電子元器件組成，為確保其安全可靠運行，布置時應(yīng)保證下列幾點：
* 滿足控制柜的正常工作條件；
* 易觀察、易接近操作及易檢修；
* 柜前后有足夠的檢查維修的空間。
電氣控制柜安裝時要注意下面幾點：
* 按電氣設(shè)備的安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)線規(guī)程規(guī)定配線；
* 控制柜內(nèi)底部與接地端子E一定要做重復(fù)接，接地點嚴(yán)禁接在煤氣管道上。其接地電阻不大于10Ω，并接地線的線徑應(yīng)符合下表規(guī)定：
電機功率(KW) 接地線最小尺寸(mm2) 電機功率(KW) 接地線最小尺寸(mm2)
＜2.2 2 22 15
3.7 4 45 25
7.5 6 100 35
15 16 150以上 50
* 進(jìn)戶電源到控制柜的電源端子間一定要單獨設(shè)置一只容量足夠大的空氣開關(guān)；
* 所有的配線應(yīng)符合BPGS-2控制柜的有關(guān)要求(詳見BPGS-2控制柜說明書)；
* 要確保電源容量(電源容量根據(jù)電源功率和高次諧波的影響決定)；
電氣控制柜的安裝一定按BPGS-2電氣控制柜說明書有關(guān)要求和步驟進(jìn)行。
2.變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備水泵的布置與安裝
水泵在泵房內(nèi)的布置要考慮下面幾點：
* 水泵在水泵房中的位置，應(yīng)保證其吸水管和壓水管路布置使其阻力損失盡量??；
* 水泵基礎(chǔ)應(yīng)比泵房地平適當(dāng)高出，或在水泵底座外圍設(shè)置排水溝，隨時排除從水泵密封處 泄漏的水，以防止水泵底座浸于水中，水泵基礎(chǔ)自身重量為水泵電動機組重量的3倍以上， 且有足夠的強度；
* 為維修方便，水泵及泵內(nèi)管路、管路附件與相鄰的水泵、管路、附件及墻壁和其它設(shè)備之間留有足夠的距離，使維修人員便于接近和操作；
* 對于較大型設(shè)備，其管路及附件應(yīng)采取措施支撐，以防水泵殼體受較大的應(yīng)力而損壞。
水泵安裝布置請參看圖七、圖八。
水泵安裝接有關(guān)水泵說明書進(jìn)行。
3.管路的布置與安裝
變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備相連的各管路及管路附件在安裝布置時要注意以下幾點：
* 水泵與管路及管路附件間的安裝連接盡量采用可撓性橡膠接頭(避震喉)。
* 水泵出水管路上須安裝如下附件，從水泵出水口開始順流向的次序為錐管(有的型號水尖不需裝)、可撓性橡膠接頭、止回閥、閘閥(如圖九)。
* 在水平出水管路的閘閥后面與系統(tǒng)貫通部安裝壓力傳感器或壓力控制器。
* 吸水管嚴(yán)禁漏氣，要設(shè)法使吸水管向水池方向有1/50～1/100的坡度。
八、變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備調(diào)試與使用維護(hù)
1.調(diào)試
設(shè)備的調(diào)試須在設(shè)備正確安裝完畢，經(jīng)過通電試驗，空載試驗(變頻、工頻)，調(diào)整每臺電機的旋轉(zhuǎn)方向(工頻、變頻)以后，確認(rèn)一切正常后方能進(jìn)行，試驗按下列步驟進(jìn)行：
* 檢查水泵的轉(zhuǎn)動是否靈活；
* 關(guān)閉吐水管路上的閘閥；
* 向泵內(nèi)灌水或用真空泵引水。
上述工作進(jìn)行后，接通電源，按BPGS-2型變頻調(diào)速電氣控制柜調(diào)試方法和步驟進(jìn)行調(diào)試。
2.使用與維護(hù)
BPGS-2型自動變頻調(diào)速恒壓變量供水設(shè)備使用和維護(hù)時要注意如下幾點：
* 運行使用時注意觀察水泵系統(tǒng)的儀表讀數(shù)、軸承發(fā)熱、填料漏水和水泵發(fā)熱及振動和雜音 是否正常，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)即時處理。
* 軸承的溫度最高不大于80℃(軸承溫升不大于40℃)；
* 填料正常、漏水應(yīng)是少量均勻的；
* 軸承油位應(yīng)保持在正常位置上，不能過高或過低，過低時應(yīng)及時補充；
* 如密封環(huán)與葉輪配合部位的間隙磨損過大，應(yīng)更換新的密封環(huán)；
* 如環(huán)境溫度低于0℃，結(jié)凍時泵內(nèi)水放出，以免凍裂；
* 如長期停止使用設(shè)備，應(yīng)將泵折卸清洗上油，包裝保管；
* 電控柜的使用與維護(hù)按BPGS-2控制柜使用說明書中的要求和步驟進(jìn)行。
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