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自动恒压供水技术及其在中小型水厂的应用

信息时间:2008-03-31 信息来源:

        中小型水厂是指日供水能力在一万吨到十万吨的范围,水泵电机由380V低压供电,单功率在315KW以下的水厂。这种规格的水厂在我国的中小城市、大中型工矿企业及经济发达地区的乡镇中都极为普遍。
        这类水厂水泵配置一般有(大、小)两档或(大、中、小)三档功率。水泵的数量和容量由备用要求和供水能力决定,不同档功率的水泵用来调节供水压力。水泵电机同(自耦)变压器降压启动装置来启动,启动电流较大。一般采用以下两种供水方式:
    1.通过开、停不同组合的机组来调节供水压力,直接给管网用户供水。这种供水方式机组开、停频繁,供水压力只能作有级调节,受操作人员的限制较多。若机组开、停调整不及时或机组功率大小配置不合理,随着用水量的变化,会出现供水压力的大幅度波动。供水压力过低、不能满足用户要求。压力过高时,使管网泄漏和每吨水耗电量增加,造成浪费,容易造成爆管事故。
    2.在第一种供水方式的基础上,在管网中增设高位水池。这种方式可以缓解供水压力的波动,也有一定的节能效果。但高位水池占地面积大、造价高。需要增加值班人员、对水质也有二次污染。由于水池高度和其在管网中的位置受地理环境的限制,在很多水厂起到的节能效果并不明显,只是在泵站短时停电时保证用户用水的要求。因此采用这种供水方式不是佳的解决办法。
    目前,在水泵调速基础上发展起来的恒压供水技术已广泛应用于中小型水厂的泵站运行控制,在提高供水质量和降耗节能入自动化生产方面都有十分明显的经济效益和社会效益。
    水泵调速及节能分析
    1.水泵调速节能分析
        众所周知,在水厂的网系统中,对于水泵,其扬程(H)、流量(Q)、转速(n)和轴功率(P)之间存在如下的关系:
        Q=K1n                 H=K2n2           
        P=K3HQ=K1K2K3n3=Kn3
        其中K1、K2、K3、K为常数。可以看出,水泵出口流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,消耗的轴功率与转速的三次方成正比。对水泵进行调速运行,不仅对供水流量与压力进行调节,而且有着非常明显的节能效果。
    2.调速方式分析
        水泵调速的途径有两种。一种是电机转速不变,通过电机与水泵间的耦合器来达到调速的目的,常见有液力耦合器。这种方式效率低,节能效
    果较差。另一种是调节电机的转速。交流异步电机转速如下:
     
        式中f为电源频率,p为电机的极对数。S为转差率。可见调速方式有多种,如调压调速、变级调速、串级调速和变频调速等。其中变频调速由于其调速范围宽、电机效率高、适用面广、可改善电机功率因数、性能价格比高、节能效果最好等诸多优点而越来越多地就用于需要调速的场合。目前变频调速器(以下简称变频器)已广泛应用于水泵调速。
    恒压供水技术
        恒压供水的基本思路是:采用电机调速装置控制水泵组调速运行,并自动调整水泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时达到稳定供水压力和节能的目的。系统任意设定供水压力值,其与反馈总管的实际压力值通过PID调节后控制调速装置,以调节水泵机组的运行速度,从而调节系统的供水压力。
        恒压供水技术采用的调速装置基本上都是变频调速器。而系统控制器的选用经过了单板机,单片机、温控器、可编程序控制器(PLC)的发展过程。PLC控制的变频恒压供水系统目前是恒压供水控制的主流,它以可靠性高、编程简便、灵活性强、系统自动化程度高等诸多优点而受到普遍欢迎。PLC不仅可以实现数字PID调节功能,并可完成水泵组的监控、自动抽真空、自动抽剩余水等一系列控制功能,并可实现系统的优化控制,以达到最佳的节电效果。
    在中小型水厂的管网系统中,由于管网是封闭的,泵站供水的流量由用户的用水量决定。泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的用户的用水要求为前提。而管网从泵站到压力最不利点的压力损失(△H)和流量(Q)之间存在着如下关系:
    △H=k  Q2
        设HST为压力最不利点所需要的最低压力,则泵站出口总管压力H按下式的关系供水,则可满足用户的要求,又有最佳的节电效果:
    H= HST + △H= HST + K Q2
        因此,供水系统的设定压力应该根据流量的变化而改变
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