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水泵恒压供水方案

一.             泵房供水电机一般以恒定速度运行,用大小泵切换或调节进出水阀的方法调节水压及流量,以满足各种不同的需求.这种低效率控制流量的方法,不能满足实际工作要求,由于工作中水量变化,可能使平均水压升高,一方面造成不必要的能量消耗还会使管网因较大的压力冲击,使管网破裂;另一方面使水压不稳,影响供水品质.
二.             采用变频恒压供水自动化控制的特点:
1.  节省电能,降低能源消耗,能24小时维持恒定压力,并根据压力信号自动启动备用泵,无级调整压力,供水质量好,与传统供水相比,不会造成管网破裂及水龙头共振现象.
2.  启动平滑,减少电机水泵的冲激,延长了电机及水泵的使用寿命,降低了维修成本,避免了传统供水中的水锤现象.
3.  变频恒压供水保护功能齐全,运行可靠,具有欠压,过压,过流,过热等保护功能.可根据用户需要,选择各种附加功能.
三.             供水工况
目前通过二台45KW,二台15KW的水泵(一用一备),工艺要求水压为5Mpa。主要考虑节能及自动化的要求,内置自动节能,PID,简易PLC及通讯接口等功能,可以方便与PLC,现场总线进行通讯,方便操作及监控,同时可以方便地与压力传感器连用。
四、恒压供水原理
当供水系统阻力一定时,水泵转速的变化,将会改变供水系统的压力和流量。如图1所示,当水泵转速由N1提升到N2时,由于阻力曲线R不变,水泵工况由A点移到B点。则流量由Q1提升到Q2,同时扬程也由H1提升到H2。系统阻力不变时,只需调节电动机的转速,即可改变流量与扬程。
H R
H2 N2 P=QⅹHⅹr/102ⅹn (1)
H1 N1 B P:水泵工况点的轴动功率(KW)
H0 A Q:水泵工况点的水压或流量(m³/s )
Q1 Q2 Q H:水泵工况点的扬程(m)
r:输出介质单位体积重量(Kg/m
H0 ( 图1 ) n:水泵工况点的泵效率(%)
根据离心泵的公式
(1)和水阻力特性曲线,我们可以知道,在水阻特性一定时,调速N与流量Q、扬程H、轴功率P之间的关系式为:
Q2/Q1=N2/N1 (2)
H2/H1=(N2/N1)²
P2/P1=(N2/N1)³
公式(2)中,流量Q与转速N成正比,扬程H与转速N的平方成正比;轴功率P与转速N的立方成正比。由此可见当流量Q的需求量降低时,只需降低转速N,同时功率P的消耗量成立方关系下降。这也就是水泵调速节能的依据。
变频调速是根据交流异步电动机的工作原理,其转速公式为:
N=60f(1-s)/P (3)式中
N:水泵电机的转速(r/min)
f:水泵电机的频率(ＨZ)
S:水泵电机的转差率
P:水泵电机的极对数
由于(3)可知,仅改变交流异步电机定子绕组的电磁频率ｆ,即可以改变
定子绕组旋转磁场的频率,从而改变交流异步电机的转速N。
四、变频恒压的系统组成
恒压供水系统图:

变频 水泵

压力传感器

考虑到水量随着不同时间段波动大的特点,我们选用变频器闭环控制系统。
工作原理:
系统投入运行时,通过变频器控制电机高速运行,并同时检测压力传感器反馈回来的出口,当检测压力达到设定压力时,变频器控制电机以某一速度运行,当检测压力高于设定压力时,变频器控制电机减速运行,当检测压力低于设定压力时,变频器控制电机加速运行,从而达到出口压力和设定相同,达到恒压供水的目的。
五、投资分析
系统主要由以下几部分组成:
(1)控制对象2台45KW,2台15KW的水泵电机(一备一用);
(2)变频智能控制器:为了节省投资,采用一台变频器控制一台电机的方案,水泵及变频主机的智能保护,时间可调的软启,软停等先进功能, 能保护设备处于平稳,高效,安全,低耗运行状态;
(3)工频控制器,即原有电机启动系统;
(4)压力变送器,用于控制水泵水的压力,并将压力信号变换成对4—20MA的标准电信号,供变频器智能控制用;
(5)工频/变频切换器:选用进口名牌低压电器,确保二套系统互不影响,且切换可靠。
一 整个恒压供水系统2套: 45KW变频器2台、30KW变频1台(控制两台15KW的水泵),压力变送器2个,工频/变频切换器、滤波器、节能芯片2个、低压控制柜1套。
二 节能效益测算:每天工作24小时,每月30天,电价0.6元/Knb
原每当月电量(预估)30*24*45*0.6=19440
假设投资4台3万元,每天工作24小时,每月30天,电价0.6元/Knb,功率因数只按提高95%,节能只按最低20%来计算.
月节电19440-(45*95%*24*30*0.6)+19440*20%=4868
月节省电费:14572*0.6=8743.2元
按投资成本,回报期不到一年
六 系统特点
1、 水压稳定
2          、无人值班
３、节电明显
４、对设备磨损小
绍兴阿尔法电控技术有限公司
电话:[phone]
1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(atm)
1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm)
1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/英寸2(psi)=1.0197千克/厘米2(kg/cm2)=0.987大气压(atm)
1大气压(atm)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133巴(bar)

4.5mpa=45.9公斤/厘米

地球的周围被厚厚的空气包围着，这些空气被称为大气层。空气可以向水那样自由的流动，同时它也受重力作用。因此空气的内部向各个方向都有压强，这个压强被称为大气压。1654年格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验，这让人们对大气压有了深刻的认识，但大气压到底有多大人们还不清楚。11年后意大利科学家托里拆利在一根80厘米长的细玻璃管中注满水银倒置在盛有水银的水槽中，发现玻璃管中的水银大约下降了4厘米后就不再下降了。这4厘米的空间无空气进入，是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱的长度。根据压强公式科学家们准确地算出了大气压在标准状态下为1.01×105Pa。

大气压的变化跟高度有关。大气压是由大气层受到重力作用而产生的，离地面越高的地方，大气层就越薄，那里的大气压就应该越小。不过，由于跟大气层受到的重力有关的空气密度随高度变化不均匀，因此大气压随高度减小也是不均匀的。

大气压的变化还跟天气有关。在不同时间，同一地方的大气压并不完全相同。我们知道，水蒸气的密度比空气密度小，当空气中含有较多水蒸气时，空气密度要变小，大气压也随着降低。一般说来，阴雨天的大气压比晴天小，晴天发现大气压突然降低是将下雨的先兆；而连续下了几天雨发现大气压变大，可以预计即将转晴。另外，大气压的变化跟温度也有关系。因气温高时空气密度变小，所以气温高时大气压比气温低时要小些

大气压不是固定不变的。为了比较大气压的大小，在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45°的海平面上，当温度为0℃时，760毫米高水银柱产生的压强叫做标准大气压。既然是“标准”，在根据液体压强公式计算时就要注意各物理量取值的准确性。从有关资料上查得：0℃时水银的密度为13.595×103千克／米3，纬度45°的海平面上的g值为9.80672牛／千克。于是可得760毫米高水银柱产生的压强为

p水银=ρ水银gh

=13.595×103千克／米3×9.80672牛／千克×0.76米

=1.01325×105帕。

这就是1标准大气压的值

压力等级划分
　　压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：
　　(1)低压(代号L) 0.1MPa≤p＜1.6MPa；
　　(2)中压(代号M) 1.6MPa≤p＜10.0MPa；
　　(3)高压(代号H) 10.0MPa≤p＜100.0MPa；
　　(4)超高压(代号U) p≥100.0MPa。

系统简介
为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。
鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。
系统方案
系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。
抽水泵系统
整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线图如下：

系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在
变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也
在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。
当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。控制系统图见图3。

◆半自动运行
当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。
◆手动
当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。
实施效果
实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的最经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。
采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。
◆采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。
◆用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。
◆拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。
◆在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。
 过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。
系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。
系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。
不同压力供水需求的解决
为稳定可靠地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管网水压力（0.8~0.9Mpa）的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。
加压泵系统
由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；
（2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；
（3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。
像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期可靠地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。
为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，最终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。
系统实现功能
◆自动平稳切换，恒压控制
主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在
◆电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。
◆由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485接口，可与公司总调度室计算机网络。实现如图所示的人机控制系统：

◆由于系统采用闭环恒压控制，电机在满足主水很容易网的压力的前提下，节能效果显著，年节电61万度，折合为人民币36万元。
◆通过采用变频器控制，可在不同季节、节假日、日夜及上下班等全面调控水量，按日节水100吨计，则年可节水36500吨。

恒压供水控制柜