屈文斌

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

0 引言

供水系統(tǒng)是國(guó)民生產(chǎn)生活中必不可少的重要環(huán)節(jié)，工廠為了穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求在一些生產(chǎn)過(guò)程中，堅(jiān)決避免缺水或供水壓力不足事件的發(fā)生，由于供水壓力不足，可能會(huì)影響產(chǎn)品的產(chǎn)量或質(zhì)量，且會(huì)導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞；居民的生活用水同樣受到供水壓力的影響，如在早上或晚上用水的高峰期，住在高層的居民由于水壓不足，在用水高峰期沒(méi)水，嚴(yán)重影響人們的生活，在高峰期過(guò)后住在低層的居民又由于壓力過(guò)大，容易產(chǎn)生爆管現(xiàn)象。以上這些情況對(duì)供水系統(tǒng)提出了新的要求，供水系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)不同時(shí)段對(duì)水量的不同需求，給水壓力相應(yīng)的發(fā)生變化，用水高峰期提高水壓，用水少時(shí)水壓降低，合理調(diào)節(jié)供水壓力，提高供水質(zhì)量。

1 恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)

1.1 提高供水質(zhì)量

考慮到用水量是經(jīng)常變化的，導(dǎo)致供水過(guò)剩或供水不足的情況時(shí)常發(fā)生，通過(guò)變頻器控制供水壓力的大小，精確有效的控制用水流量，保證供水和用水之間的平衡，即用水量大時(shí)供水量大，用水量小時(shí)供水量也少，從而提高供水質(zhì)量。

1.2 節(jié)約能源

通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水與用閥門調(diào)節(jié)控制水泵出口壓力的方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，降低了管道的阻力及截流損失的能效；另一方面由于通過(guò)用水量的大小決定供水壓力，供水壓力大小又決定了變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能夠節(jié)約可觀的電能，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 起動(dòng)平穩(wěn)

水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，起動(dòng)電流可以限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊及電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)設(shè)定了加速時(shí)的加速時(shí)間，避免了由于電動(dòng)機(jī)突然加速而引起水泵系統(tǒng)的喘振，對(duì)于較大的電動(dòng)機(jī)還可省去降壓起動(dòng)裝置。

1.4 消除水錘效應(yīng)

所謂水錘效應(yīng)是由于電動(dòng)機(jī)在全壓下起動(dòng)時(shí)，在短時(shí)內(nèi)管道里的流量迅速?gòu)牧阍龃蟮筋~定值，液體流量急劇變化在管道內(nèi)產(chǎn)生沖擊力，沖擊管壁產(chǎn)生巨大噪聲，如同錘子敲擊管子。引入變頻調(diào)速后，可以依照要求，設(shè)定升、降速時(shí)間，將管道系統(tǒng)內(nèi)的流量變化率減小到允許范圍，從而達(dá)到徹底消除水錘效應(yīng)的目的。

2 變頻調(diào)速在恒壓供水中的應(yīng)用

2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成

恒壓供水的目的是保證無(wú)論用戶用水量大小，在管網(wǎng)中總保持水壓基本恒定，這樣既能滿足用戶對(duì)水的需求，又不會(huì)使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而浪費(fèi)電能。將變頻器引入恒壓供水系統(tǒng)，水泵轉(zhuǎn)速由變頻器依據(jù)給定壓力信號(hào)和反饋壓力信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)，最終使管網(wǎng)中水壓恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由智能調(diào)節(jié)器、變頻器、水泵機(jī)組及壓力傳感器構(gòu)成，變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖1所示。[1]

2.2 變頻調(diào)速原理

由電動(dòng)機(jī)學(xué)可知，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為

f——定子頻率（即電源頻率ZH ）

p——磁極對(duì)數(shù)

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為

式中 s——轉(zhuǎn)差率

從式（2）可知，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)從s、p、f三個(gè)分量入手，改變這三個(gè)量中的任何一個(gè)量，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，但是s和p在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍較小，而通過(guò)改變 f的大小，來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n具有高效率、寬范圍、高精度的性能，可以認(rèn)為，變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)的一種非常合理和理想的調(diào)速方法[2]。

3 變頻恒壓供水設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)恒壓供水，通過(guò)在供水系統(tǒng)中引入變頻調(diào)速，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速及加減泵，在供水系統(tǒng)將管網(wǎng)中的壓力保持到給定值，以達(dá)到最大限度的節(jié)水、節(jié)能，而且整個(gè)系統(tǒng)安全可靠。本設(shè)計(jì)采用在用水量逐漸減少時(shí)，先關(guān)閉變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。

3.1 恒壓供水主電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)用水量大時(shí)，兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，一臺(tái)工作在工頻，一臺(tái)工作在變頻，當(dāng)用水量小時(shí)，只需一臺(tái)電機(jī)工作，這樣既節(jié)省了設(shè)備投資又達(dá)到了恒壓供水的目的。具體控制過(guò)程為：用水不多時(shí)，恒壓供水控制是通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)M1，隨著用水高峰期的到來(lái)用水量的增加，M1的工作頻率也跟著增大，如果在M1已經(jīng)升到最大頻率50Hz時(shí)，供水壓力還沒(méi)有滿足要求，將M1切換到工頻電源供電，與此同時(shí)將變頻器用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)M2，通過(guò)M2補(bǔ)充供水。當(dāng)用水高峰期過(guò)后，用水量逐漸降低，盡管已將電動(dòng)機(jī)M2的頻率降到0Hz，但供水壓力還是偏大時(shí)，則采取關(guān)掉工頻電源供電的M1，同時(shí)快速升高電動(dòng)機(jī)M2的頻率，進(jìn)行恒壓控制，恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖2所示。

3.2 壓力控制切換區(qū)設(shè)置

為了避免用水量恰巧在一臺(tái)泵在工頻50Hz上下波動(dòng)時(shí)運(yùn)行，出現(xiàn)供水系統(tǒng)頻繁切換的狀態(tài)，容易將變頻器控制元件及電動(dòng)機(jī)損壞，降低設(shè)備使用壽命事件的發(fā)生，需要設(shè)置壓力控制的“切換死區(qū)”。如所需壓力為0.2MPa，就可以將切換死區(qū)設(shè)制為0.2～0.25MPa?？刂七^(guò)程為：當(dāng)M1的工作頻率在工頻時(shí)，如果壓力小于0.2MPa，就進(jìn)行切換，使M1全速運(yùn)行，M2進(jìn)行補(bǔ)充。如果用水量減小，M2已完全停止，但壓力還是超過(guò)0.2MPa時(shí)，暫不切換，直到壓力超過(guò)0.25MPa時(shí)再切換[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，將變頻調(diào)速技術(shù)引入恒壓供水系統(tǒng)，能夠擴(kuò)大水泵高效運(yùn)行范圍，使供水系統(tǒng)可靠運(yùn)行，而且資金投入少，控制操作方便，節(jié)能顯著，最重要的是能夠滿足不同時(shí)期工業(yè)用水和生活用水的要求，避免了浪費(fèi)，提高了供水服務(wù)質(zhì)量。

[1] 宋秀英.變頻器在恒壓供水中的應(yīng)用[J].實(shí)用技術(shù)，2010，19（6）：69

[2] 羅果，唐軍.變頻調(diào)速在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2010，7（1）：210

[3] 白巖，金文海，張宏偉.S7-200PLC在廠區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 吉 林 化 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)，2009，26（1）：84

[4]肖朋生，張文，王建輝.變頻器及其控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，140