變頻調速恒壓變量供水設備結構與原理
變頻調速恒壓變量供水設備結構與原理
一、變頻調速恒壓變量供水設備概述
BPGS-2型微機全自動恒壓變量供水設備,是以可編程序控制器(工業微機) 為核心,采用最先進的交流變頻調速技術,根據供水管網的壓力、流量進行最優閉環控制,自動調整水泵機組的工作狀態,使供水壓力保持穩定的機電一體化成套設備。其技術水平居國 內領先地位。使用這種供水設備,可為用戶提供優良的供水質量和最大限度的節能效果。BPGS-2型變頻調速恒壓變量供水設備是新一代高效節能供水設備。
目前國內各廠家生產的供水設備電控柜,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水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節。往往采用一臺泵固定于變頻狀態,其余泵均為工頻狀態的方式。因此控制精度較低、水泵切 換時水壓波動較大、調試較麻煩、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:這類控制電路優于邏輯控制電路,但在應付不同管網、不同供水 情況時調試較麻煩,追加功能時往往要對主電路進行修改,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 設備控制電路的最先進水平。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、可實現變壓(或恒壓)全流量變頻調節、具有系統穩定性 好、高效節能、調試方便等突出優點。雖然目前成本較高,但它是變壓(或恒壓)變流量供水 設備的發展方向。
我公司與中國礦業大學有關專家配合,在BPGS-2型微機全自動變壓(或恒壓)變流量供水設備開發過程中,對閉環控制系統進行了獨特的設計,將開關量、模擬量的控制和調節任務全部由微機完成,實現了測、監、控為一體的微機控制模式,進一步提高了控制電路的可靠性和系統運行的穩定性。
二、變頻調速恒壓變量供水設備特點
1.高效節能。
變頻調速恒壓變量供水設備時刻監測供水系統的瞬時用水量,并對水量信號經微機分析處理后,由微機控制各水泵機 組的工作狀態和轉速,既保證所需供水量,又使水泵機組時刻處于高效節能運行狀態,避免了電能的浪費。設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。整套設備在微機管理下運行經濟合理,節能效果極其顯著 。與常規的繼電接觸控制供水設備或氣壓供水設備相比,節電效率最高可達55%以上。
變頻調速恒壓變量供水及變壓變量供水的節能原理
當管網流量由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,當設定壓力為HA時,微機檢測出壓力差H′B桯B后,發出控制指令,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,因此有明顯的節能效果。若采用變壓變量供水,微機發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,因此節能更加顯著。
變頻調速供水節能原理
2.壓力恒定(恒壓型)控制精度高。
變頻調速恒壓變量供水設備以微機為核心構成閉環控制系統,調整速度快,控制精度高。供水管網用水量的任何變化,均能使微機立即作出反應,迅速調節水泵流量使水壓保持恒定,大大提高了管網的供水品質。設備在設定的供水壓力下工作時壓力誤差小于±0.02MPa,最大調整時間小于20秒。
3.延長了設備的使用壽命。
由于采用微機作控制核心,設備中各水泵機組均為軟啟動,一方面降低了對電網供電容量的要 求,另一方面減少了水泵機組的機械沖擊和磨損。此外,在微機軟件和閉環控制系統上進行了 精心設計,避免了水泵切換時的振蕩現象,提高了供水系統的響應速度和穩定性。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,也提高了設備的可靠性 。
4.管理簡便,運行可靠。
變頻調速恒壓變量供水設備具有變頻自動、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 保證系統不間斷供水,因而適用于各種復雜的供水情況。設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。設備的核心控制部件棗工業微機和變頻器均采用進口 整機,可靠性極高,故障率極低,且保護功能齊全,確保設備運行安全可靠。
5.功能修改靈活方便。
設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、水池無水自動停機、市網壓力升高自動停機、定時自動啟停設備、轉入消防供水等功能。也可根據用戶要求設計,增添所需功能。
6.保護功能齊全。
設備具有過壓、欠壓、電機過流、過載、短路及失速等多種保護功能。在異常情況下能以聲、光信號報警。設備有完善的保護、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。
由于變頻調速恒壓變量供水設備的控制核心采用了進口工業專用微機棗可編程序控制器,因而控制系統可靠性很高、抗干擾能力極強。設備運行的穩定性和抗干擾能力遠遠超過邏輯電子電路控制器和單片機控制器。
8.設備體積小,占地面積少。
設備只需與一小型氣壓水罐配合即構成一套完整的供水系統,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備的1/10以下。因此,整套設備結構緊湊,成本較低,體積小,占地面積少。
三、變頻調速恒壓變量供水設備適用范圍
1.工業用水：日供水量(24小時)240-600M3；
2.生活用水：50-10000戶居民用水量；
3.城鎮消防給水系統：6.5-300m3/h；
4.地震區、軍事設施、建筑工地等的生產生活用水；
5.農村噴灌系統和自建自來水供水系統；
6.潛水泵直接供水系統。
五、變頻調速恒壓變量供水設備結構與原理
1.結構
BPGS-2型微機全自動變頻調速恒壓變量供水設備由電氣控制柜、水泵機組、壓力傳感器和管路閥門組成
2.系統原理
BPGS-2型微機全自動變頻調速恒壓變量供水設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,實現管網的恒壓變流量供水要求。設備運行時,壓力傳感器不斷將管網水壓信號變換成電信號送入微機,經微機運算處理后,獲得最佳控制參數,通過變頻器和繼電控制元件自動調整水泵機組高效率地運行,既保證了良好的供水品質,又最大限度地節能。
3.設備運行原理(以三臺泵系統為例)
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＃泵進入變頻運行狀態,轉速逐漸升高。當供水量Q＜1/3Qmax時(Qmax為三臺泵全部工頻運行時的最大流量),微機根據供水量的變化自動調節1＃泵轉速,以保證供水壓力穩定。當1/3Qmax＜Q＜2/3Qmax,1＃泵已不能滿足所需水量,這時微機將1＃泵轉為工頻 運行狀態,軟啟動2＃泵,使2＃泵進入變頻運行狀態,其轉速由所需水量決定。當2/3Qmax＜Q時,微機將1#泵、2#泵置于工頻運行狀態,軟啟動3＃泵投入變頻運行狀態。當供水量減小, 1/3Qmax＜Q＜2/3Qmax時,3＃泵轉速逐漸降至零,停止運行,微機控制2＃泵進入變頻狀態。當供水量繼續減小,0＜Q＜1/3Qmax時,2＃泵停止工作,1＃泵轉為變頻運行。三臺泵系統運行狀態見圖五,系統運行特性見圖六。
六、變頻調速恒壓變量供水設備主要輔助功能
BPGS-2型系列自動變頻調速恒壓變量供水設備除變壓(或恒壓)變流量供水的基本性能以外，按照用戶供水系統的不同要求增加各種輔助功能，以保證供水系統的運行更加合理、完善。常規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)
一些供水系統到了夜間用水流量很小或無用水流量，這時，如果設備保持連續 運行，會造成設備效率降低、能耗大、設備磨損等問題。為改善這種不利工況，可在設備系統中并接小型氣壓罐，小流量時按氣壓罐式間歇運行供水，待系統中的供水流量達到一定時恢復正常運行。
* 水流量時自動切換小水泵功能(S2功能)
有些供水系統在夜間用水流量較小，但又有一定的連續用水流量，這樣的系統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，達不到預期的目的，這時可在系統中并聯小水泵，在夜間或小流量時切換小水泵連續運行(以達節能目的)，待供水流量達到一定時恢復正常運行。
* 水池無水停泵功能(P1功能)
設備投入正常工作后由于各種原因，系統中貯水池內水位下降到警界水位以下，為防止水泵抽空，則要求設備具有立即自動停泵的功能(或設備閉鎖功能)。通過液位傳感裝置控制水泵停機和報警。
* 市政管網壓力控制停啟、泵功能(P2功能)
一些供水系統為了節能及充分利用市政管網的壓力，由市政管網的壓力來控制供水設備的運行。即管網的壓力達到某壓力時(能滿足供水壓力要求)設備停止運行，管網壓力低于該壓力時，設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)
一些供水系統工況不是連續運行，屬間歇運行情況(定時供水)，這就要求系統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)
供水系統的備用泵和消防、生活(生產)供水系統的消防泵要求能定時投入運行以防銹蝕，這就要求系統有定時切換水泵運行功能。
* 恒壓變頻消防供水功能(X1功能)
如果供水系統中消防流量和生活(生產)流量及壓力相差不大，本設備可以在一套變頻調節裝置中兼容兩個系統的變頻調速，平時按生活(生產)供水系統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)流量恒壓(或變壓)變流量供水。這種供水系統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)
如果在供水系統中消防流量和生活(生產)流量相差較大，為了不致增大變頻調速裝置的容量，可以利用本設備內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)。
本設備除上述的常規輔助功能以外，還可根據用戶要求追加其它輔助功能。
七、變頻調速恒壓變量供水設備安裝
BPGS-2型系列變頻調速恒壓變量供水設備主要由BPGS-2型變頻調速電氣控制柜、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速器(VVVF)、微機(PC)、調節器各類開關、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：
* 按電氣設備的安裝技術標準及內線規程規定配線；
* 控制柜內底部與接地端子E一定要做重復接，接地點嚴禁接在煤氣管道上。其接地電阻不大于10Ω，并接地線的線徑應符合下表規定：
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
* 進戶電源到控制柜的電源端子間一定要單獨設置一只容量足夠大的空氣開關；
* 所有的配線應符合BPGS-2控制柜的有關要求(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要求和步驟進行。
2.變頻調速恒壓變量供水設備水泵的布置與安裝
水泵在泵房內的布置要考慮下面幾點：
* 水泵在水泵房中的位置，應保證其吸水管和壓水管路布置使其阻力損失盡量小；
* 水泵基礎應比泵房地平適當高出，或在水泵底座外圍設置排水溝，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，水泵及泵內管路、管路附件與相鄰的水泵、管路、附件及墻壁和其它設備之間留有足夠的距離，使維修人員便于接近和操作；
* 對于較大型設備，其管路及附件應采取措施支撐，以防水泵殼體受較大的應力而損壞。
水泵安裝布置請參看圖七、圖八。
水泵安裝接有關水泵說明書進行。
3.管路的布置與安裝
變頻調速恒壓變量供水設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貫通部安裝壓力傳感器或壓力控制器。
* 吸水管嚴禁漏氣，要設法使吸水管向水池方向有1/50～1/100的坡度。
八、變頻調速恒壓變量供水設備調試與使用維護
1.調試
設備的調試須在設備正確安裝完畢，經過通電試驗，空載試驗(變頻、工頻)，調整每臺電機的旋轉方向(工頻、變頻)以后，確認一切正常后方能進行，試驗按下列步驟進行：
* 檢查水泵的轉動是否靈活；
* 關閉吐水管路上的閘閥；
* 向泵內灌水或用真空泵引水。
上述工作進行后，接通電源，按BPGS-2型變頻調速電氣控制柜調試方法和步驟進行調試。
2.使用與維護
BPGS-2型自動變頻調速恒壓變量供水設備使用和維護時要注意如下幾點：
* 運行使用時注意觀察水泵系統的儀表讀數、軸承發熱、填料漏水和水泵發熱及振動和雜音 是否正常，如發現異常現象，應即時處理。
* 軸承的溫度最高不大于80℃(軸承溫升不大于40℃)；
* 填料正常、漏水應是少量均勻的；
* 軸承油位應保持在正常位置上，不能過高或過低，過低時應及時補充；
* 如密封環與葉輪配合部位的間隙磨損過大，應更換新的密封環；
* 如環境溫度低于0℃，結凍時泵內水放出，以免凍裂；
* 如長期停止使用設備，應將泵折卸清洗上油，包裝保管；
* 電控柜的使用與維護按BPGS-2控制柜使用說明書中的要求和步驟進行。
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