恒压变频供水设备系统设计以及基本知识

1、恒压变频供水设备系统设计以及基本知识 恒压供水设备流量计算方式报价详情一、变频恒压供水设备概述：变频恒压供水设备可配备恒压供水专用变频器，并运用模糊控制理论使系统运行更加合理。另外本设备装有“自动” “手动”转换开关供用户选择;延长了水泵及电机的使用寿命，无水锤现象，电机变频软启动;延长了管道使用寿命，在不用水时或用水量较小的情况下，减少了管网压力，使得管网不易破裂，极大地节约了管道的维修费用;取消了高位水塔或水箱、气压罐。一方面解决了水的二次污染问题，另一方面节省了建设它们的工程建设费;节电一般可达30%左右。因为居民用水量是随时间变化的，而ZBH变频恒压供水设备可根据用水量的变化，自动改变

2、水泵转速或增减水泵工作台数达到恒压供水，达到节电目的;自动化控制，克服了人工控制可能带来的误操纵，同时大大降低了操纵工人的劳动强度和人数，并可实现远程操纵和远程监控;功能齐全。有多种保护功能：过载、过热、过压、欠压、过流、缺相等。各种工作状态都有指示灯显示。产品适用范围：从自来水公司供水系统中取水的用户。例如：城市高层建筑、住宅小区的用水从地表下或水池取水的用户。例如：用深井泵或潜水泵直接从地下取水的用户供热系统锅炉变频定压补水系统 。因其性能可靠、 结构简单、 运转方便、 投资低廉、 被广泛用于工矿企业、 城镇、 农村等中小区域供水系统，尤其适合于水源为自备水井、 地下水池及水库等场合，我厂

3、生产该设备有十多年历史，现已有数百套设备在运行中，欢迎广大用户继续选用该产品，我们将竭诚为您服务。 气压供水设备是给水管网系统中的一种自动调节装置，既能确保供水系统中压力的需要，又有一定调节容积，它具有与水塔或高位水箱的相似功能，故又称为无塔供水压力罐。 气压供水设备利用空气的可压缩性，在用水泵直接供水的系统中，设置了一个与水泵供水管网相连接的气压罐。当用水量小于水泵出水量时，罐内水位上升，压缩其中的空气使压力上升，当压力达到压力控制器的上限值时，自动切断电源，水泵停止工作。此时气压罐中的空气继续将罐中水压入供水管网。随着罐内水位不断下降，压力下降达到压力控制器下限值时，自动重新接通电源开启水

4、泵，给气压罐及管网供水，如此往复循环到对管网不间断地供水要求。 当水泵停止工作时，补气罐中水位下降，外界空气经吸气阀进入补气罐内，待水泵启动时压入气压罐内，达到自动补气的目的。1 / 13变频恒压供水的基本知识二、ZBH变频恒压供水的特点1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。2. 占地面积小，投入少，效率高。3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4. 运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应， 而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用， 并且水泵的寿命大大提高。5. 由于ZBH变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染， 防止

5、了很多传染疾病的传染源头。6. 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。三、节能原理由水泵的工作原理可知：水泵的流量与水泵(电机)的转速成正比，水泵的扬程与水泵(电机)的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的转速的三次方成正比(既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比)。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。流量基本公式： QN HN2 KW=Q*HN3以上Q代表流量，N代表转速，H代表扬程，KW代表轴功率。例如：将供电频率由50HZ降为45HZ，则P45/P50=(45/50)3= 0.729，即P45=0.729 P50;将供电频率由5

6、0HZ降为40HZ，则P40/P50=(40/50)3= 0.512，即P40=0.512 P50。水泵一般是按供水系统在设计时的最大工况需求来考虑的，而用水系统在实际使用中有很多时间不一定能达到用水的最大量，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，造成电机用电损失，而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定，通过改变转速来调节用水供应，并可通过降低转速节能收回投资。四、变频调速恒压供水设备的主要应用场合1、高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水;2、各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等;3、中央空调系统;4、自来水厂增压系统;5、农田灌溉，污水处理，人造喷泉;6、各种流体

7、恒压控制系统。五、变频恒压供水系统的设计水泵的输出特性既决定于水泵的种类，也随供水管网系统的阻力特性曲线不同而不同。离心式水泵的特性公式如下：(1) 式中，P为水泵的功耗(kW);Q为使用工况点的水泵流量(m3/s);H为使用工况点的扬程(m);k为输出介质常数(kg/m3);为使用工况点的泵效率(%)。图1 离心水泵的H-Q曲线图1给出了离心式水泵的H-Q曲线，可见，在水泵的工作过程中，在等于原设计工况(点A)时效率最高，偏离这个工况(点在B、C两点间)效率就会降低。根据水泵理论的相似定律，当水泵的转速发生变化时，它的扬程H、流量Q及水泵功率P也随之变化，它们之间的关系可以表示为：(2) (

8、3)(4) 流量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;水泵功率P与转速n的立方成正比。图2 供水管网的H-Q曲线供水管网的H-Q曲线如图2所示。管网装置特性(H-Q)可根据闸阀全开时测得的各种数据由式求得。其中Hj为水泵的进出口水位高度差(m)，其大小与流量Q无关; 为供水管路的阻力系数。管网特性曲线与泵特性曲线之交点即为泵的正常使用工况点。变频恒压供水系统的设计与实现 变频恒压供水系统的核心在于使用一台或几台变频器对供水系统的水泵进行变频控制，使供水水泵尽量工作在最佳效率状态。 变频恒压供水系统的节能原理 图3供水流量变化时的H-Q曲线在图3中，水泵额定运行时的工况点D是泵的

9、特性曲线Nn与管路阻力曲线R1的交点。传统的利用阀门控制的水泵，由于要减小流量，关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从R1转移到R1，扬程则从H0升到H1，流量从Qn减小到Q1，运行工况点从D点转移到A点。而调速控制水泵时，阀门没有开关变化，因此阻力曲线R1不变。为使流量改变，需要改变水泵的转速。如果把速度从Nn降到N1，特性曲线也从Nn转移到N1。此时，运行工况点从D点转移到C点，扬程从H0下降到H3，流量从Qn减小到Q1。根据公式(1)求出，运行时，在A点水泵的功耗为，C点水泵的功耗为 ，两者的差值为： 。也就是说，用阀门控制水泵流量时，有P功率被浪费掉了，并且这个损耗随着阀门的关小而

10、增加。 系统构成与控制方式选择针对给定的条件进行系统设计，由于各泵容量相等，可只用一个变频器，额定功率稍大于或等于泵的额定功率。由于变频器的价格较高，因此不建议使用变频器的双余度备份，但可在保护和故障容错中做一定投资，以更好地保证系统安全稳定运行。控制器件与控制方案选择如下：现阶段使用较多的控制器件为：微处理器(单片机或DSP)、PLC或专用变频器。专用变频器的主要生产厂商有三菱、ABB等公司。不同的控制装置在控制的原理上基本是一样的，主要有PID调节器、变频/工频自动切换、水网压力检测环节等，通过图5所示连接而组成供水系统。为了保持供水管道的压力恒定，就必须实时检测管道压力并回馈给供水控制器

11、，使其构成压力闭环控制系统。现在最常用的控制器是以PID调节为主要手段，也有的采用了模糊控制等现代控制理论方法。变频调速供水的恒压值一般选用最不利点(管端)恒压控制比较准确，但该压力信号传输距离太长，一方面容易受到干扰，另一方面也容易出现故障，因此在用户对供水精度要求不很高时，常以出水母管出口处压力作为恒压值进行控制。对于专用变频器，由压力传感器检测到的管网压力直接送入变频器中的PID调节器输入口;对微处理器(包括PLC)控制的系统，压力设定值以及用户管网压力检测值则送入微处理器中，经内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号，当变频器频率达到最大时，若仍没有达到压力设定值，就进行变

12、频/工频切换，同时重新给变频器输出一个转速控制信号。压力检测值与压力给定值差距越大，该输出信号变化就越大。一旦管网压力达到了设定值，该输出控制信号就恒定下来，系统稳定运行。 在专用变频器中，压力给定值可以通过变频器输入设定，也可以通过电位器送入;而微处理器控制系统的压力给定值也可通过相应的装置输入。允许用户在现场设置PID参数，通过调试选出最佳参数，达到系统稳定。一般情况下，PID方式的调节器就能够满足供水管压力的稳定调节。然而，这种类型的闭环系统也存在着一些难以解决的问题，比如在系统的动态运行过程中，水泵电机会出现速度超调甚至不稳定的现象，对整个的供水设备具有很大的破坏性，还会减小整个系统的

13、效率。这些问题只能通过选定最优的PID参数或修改PID算法来解决。在此不作详细的分析。各条件下供水具体控制方式恒压供水的起动与停机：在水泵出口母管处装设压力变送器和流量变送器，将压力和流量信号送入控制器，控制器将接收到的信号进行比较、运算，并发出指令，对变频器进行控制。如果检测得管网压力大于设定值，则系统不起动，当管网压力小于设定值时，系统起动。变频器带1#泵软起动,此时1#泵处于变频调速运行状态，变频器根据收到的信号随时调整水泵的转速。当1#泵达到额定转速仍不能满足水压值要求时，则该水泵自动切换到工频状态下运行，变频器则控制2#水泵，使之软起动并运行。依此类推，直到管网压力满足压力设定要求。

14、在用水高峰过后，由于投入多台泵而使管网压力超过设定值，系统依据先投先停的原则，依次停止1#泵，2#泵，。先投先停可以实现对多台泵的平均使用，有利于延长泵的使用寿命。对于所有泵的起停控制，完全由管网压力决定。休眠控制：在夜间用水量非常少的情况下，为了节能，可以设置可以使水泵暂停工作的休眠状态。在管网压力允许的条件下，当变频器输出频率低于某下限频率时，变频器停止输出。当管网压力小于下限设定时，再唤醒变频器使之重新开始工作。实际系统的设计实际系统中应考虑的其他因素对于实际系统来说，四台等容量的供水泵并不是特别合理。在选取水泵时，应考虑在几乎所有工况下都能使工作中的水泵处于高效率工作区间，因此，在夜间

15、或需水量非常少的工况下工作的水泵可选一个比其他容量都小的。同时，如果该系统是针对实际供水而设计的话，则应该同时考虑楼宇泵房中所需要的另两种泵：深井泵与污水泵，显然那样的话系统会比现在的复杂一些。主要由于绝大多数城市都不允许直接从市政管网吸水，因此采用变频调速恒压供水方式时仍然需要设置调节水池。在调节池中应安装液深传感器以检测液面高度。当水池液面下降到一定高度时，为了保证消防用水，就需停止水泵运行，这个高度就是消防水位。只有当水池液面达到设定水位时才能恢复正常供水。污水泵控制：一般泵房都漏水，因此有集污池。在集污池中安装液位控制器，当污水池液面达到排污高度时，自动起动排污泵，排完污水后自动停止排

16、污泵。管网水压控制点的选择在本文设计的系统中，为了减少成本及增加可靠性而采用了泵口恒压方式，只能对由水量变化而引起的水泵剩余扬程进行监控，它不包含管网阻力下降而产生的剩余扬程;若采用最不利点恒压控制方法，则水泵的调速幅度同时决定于上述两个变化因素，使水泵调速后的扬程与管网阻力特性曲线更好地符合，以获得最佳的节能效果。在实际工程中，较现实的做法是在条件允许的情况下，尽可能将压力控制点靠近最不利点。 抗干扰问题为保证系统可靠运行，在电气连接上应注意采取抗干扰措施：交流电源侧可采用RC低通滤波，以防止来自电网的干扰。器件的直流电源输入端跨接电容滤波。处理好一点/多点接地，数字地和模拟地分开等问题。信

17、号线选用带屏蔽的双绞线、电源线与信号线不平行布设，弱电强电分开。模拟信号采样后，采用中值数字滤波，增加抗干扰能力。在硬件设计中，增加看门狗电路;软件设计中采取了指令冗余，软件陷阱等保护措施。当系统出现故障时，能自动声光报警，可转手动操作。故障时的问题对整个系统来说，不仅需要实现自动调节水泵转速和软起动的功能，电机应有过载、短路、过压、缺相、欠压、过热等保护功能，对于供水管路出现的问题也应该有所识别，在故障不严重的情况下应能继续运行，并对故障作出报警。对于调节池缺水的情况，可通过液深传感器检测，立刻停止水泵运行。当水池水位达到运行水位时，自动恢复水泵运行。在管网出现漏水问题及管道阀门损坏、不出水

18、、少出水问题时，水泵运行会出现不出水或水压达不到设定值的情况。在这种情况持续某个设定的时间之后，认定为管网缺水，系统发出故障报警信号，并提示及时进行系统检修。在运行过程中，若变频器出现突然故障时，当前运行的变频泵应自动切换至工频状态继续运行，同时发出故障报警信号;若水泵电机出现故障，应及时切除有故障的水泵并发出报警信号，同时将闲置的水泵投入系统中运行。综上所述，采用自动化程度较高的变频恒压供水系统，不仅能够最大程度地提高整个系统效率、延长系统寿命、节约能源，而且灵活性较好，能构成复杂的、功能强大的供水1变频调速器在供水系统中的应用变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统

19、可根据管网瞬间压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。长沙中崛供水设备有限公司节能技术服务中心应用微机控制变频调速恒压供水控制系统，为很多家企事业单位安装了变频恒压供水控制装置。收到了较好的节能效果。2水泵变频调速节电原理异步电动机采用变频器调速的原理是：通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变桥变换为频率可调的交流，作为交流异步电动机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。水泵供水系统具有管网特性曲线，即通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系曲线，它同时表明水泵的能

20、量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。为使水泵适应外界负载变化的要求。我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的QH特性曲线。从而改变它的工作点，达到即改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。如图1。图1水泵变速运行图根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间关系为：式中P1、H1、Q1为转速n1时的功率、扬程、流量;P2、H2、Q2为转速n2时的功率、扬程、流量。由此可见，当水泵在变负荷工作情况下，采用变频器调节水泵电机转速时，轴功率

21、随转速比的三次方关系进行变化，节电效果明显。3湖南省工商联供水泵组工作的现状与问题湖南省工商联水泵房现有供水水泵三台，型号为65DL-4，额定扬程64m，流量30m3/h，转速1450r/min，电机功率11kW，长沙金龙水泵厂生产。由于用水水量极不稳定，早、晚用水高峰常常是平时用量的二倍，而后半夜用水水量仅为平时用量的三分之一，而且用水流量变化快，稳压时间短。目前，采期电接点压力表控制各泵的启停，但当用水负荷变化较大的，水泵电机启停频繁，造成电动机及控制开关故障频繁，而且供水压力不稳定。根据以上情况，我们给三台水泵采用一套变频调速恒压供水控制装置。在保证供水管网压力恒定的情况下，根据水流量的

22、大小实现三台水泵的循环软启动，圆满地解决了湖南省工商联供水系统不稳定的大问题。4变频恒压供水系统的设计针对湖南省工商联供水泵组存在的问题和用水负荷的实际情况，我们设计采用11kW三垦变频器，压力传感器，微电脑控制器(包括PID调节)等组成闭环调节垣压控制系统， 使水泵恒压供水，其供水压力可调。4.1供水控制系统组成方框图图2系统框图4.2工作原理 如图2所示，控制器给定水泵管网一供水压力值，变频器根据此值输出一定频率的交流电源至水泵电机，拖动水泵稳定运行，并输出与压力对应的供水流量，保证水泵管网的压力与控制器的给定压力平衡。压力传感器时刻检测管网压力，并反馈至控制器，控制器根据反馈压力与给定压力的差值，控制变频器的输出频率，实现电机的速度调节，改变水泵流量，保证供水管网压力始终稳定在给定值附近，实现了变频调速恒压供水系统的闭环调节。3台泵在控制器控制下，均由变频器实现软起动。5变频