水利工程論文-變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù).doc

水利工程論文-變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)摘要：水資源及能源緊缺是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，節(jié)水節(jié)能是我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國策.關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)水節(jié)能城鄉(xiāng)供水農(nóng)業(yè)灌溉自動控制裝置1立項背景及技術(shù)創(chuàng)新點水資源及能源緊缺是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，節(jié)水節(jié)能是我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國策.美國從20世紀(jì)90年代將變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于平移式、軸轉(zhuǎn)動式噴灌機(jī)及管道灌溉等系統(tǒng)，經(jīng)測試其節(jié)能率為3956，節(jié)水率為1530，既穩(wěn)定了管網(wǎng)壓力，提高了灌溉質(zhì)量，又節(jié)水節(jié)能，便于自動化管理，但其價格昂貴.當(dāng)時，在我國城鄉(xiāng)供水及水泵抽灌系統(tǒng)中，水泵一旦開始工作，電機(jī)便以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，并以額定出水量供水，當(dāng)用水量減少或在用水低谷時，管網(wǎng)壓力過高，水龍頭（或噴頭）和輸水管道往往被損壞，使水白白流掉，電能白白耗掉；有些系統(tǒng)通過閥門控制出水量，來減少供水管網(wǎng)壓力升高，這樣也造成電能與水資源的浪費(fèi).“九五”期間，我國在工業(yè)上將交流變頻調(diào)速技術(shù)列為新技術(shù)推廣項目，但當(dāng)時水利行業(yè)在灌溉方面未應(yīng)用.為改善上述資源浪費(fèi)狀況，生產(chǎn)出價格低廉，農(nóng)業(yè)能夠接受的變頻節(jié)水節(jié)能控制裝置，水利部西北水利科學(xué)研究所承擔(dān)了水利部“948”計劃項目“變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)”，本項目的關(guān)鍵技術(shù)為交流變頻調(diào)速技術(shù).1998年12月，我們引進(jìn)了德國的8210和8220系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)指標(biāo)、性能參數(shù)檢測方法和部分樣機(jī).交流變頻技術(shù)大致可分為直交變頻與交交變頻兩種，我們引進(jìn)的為直交變頻技術(shù)，即通常所見的變頻器大多采用的變頻技術(shù).我們的技術(shù)路線是引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，并對其消化吸收，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)外圍技術(shù)，研制并生產(chǎn)變頻節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品，并重點進(jìn)行推廣應(yīng)用.該項技術(shù)引進(jìn)后，我們對進(jìn)口樣機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行了全面測量和記錄，在消化吸收的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出了四個系列的變頻調(diào)速節(jié)水節(jié)能裝置，這些變頻節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品除了變頻調(diào)速器和PLC外，其他已全部國產(chǎn)化.本文介紹CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置和CX-D系列變頻恒壓節(jié)水灌溉自動控制裝置.本項目的技術(shù)創(chuàng)新點：（1）把交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于城鄉(xiāng)供水及農(nóng)業(yè)灌溉中，達(dá)到節(jié)水節(jié)能效果；（2）根據(jù)項目需要，自己研制出水位顯示控制器，提高自動化程度；（3）根據(jù)實際需要，研制出多段壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換電路，適應(yīng)農(nóng)業(yè)多種灌溉方式；（4）將變頻調(diào)速技術(shù)、可編程序控制技術(shù)、水位顯示控制技術(shù)、壓力傳感技術(shù)等進(jìn)行了集成.2變頻調(diào)速的基本原理交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可以用下式表示式中f定子供電電源的頻率；p電動機(jī)的極對數(shù)；s異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率.由式（1）可見，當(dāng)平滑地改變異步電動機(jī)的供電頻率f時，即可改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n.根據(jù)水泵的相似原理式中的Q、H、P、n分別為水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和轉(zhuǎn)速.由式（2）、式（3）、式（4）可知，基于轉(zhuǎn)速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功率.3CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置3.1基本構(gòu)成整個恒壓供水系統(tǒng)由CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置與水泵電機(jī)組合而成（見圖1）.該裝置由變頻器（內(nèi)含PID調(diào)節(jié)器）、可編程時控開關(guān)、可編程控制器（PLC）、水位顯示控制器、遠(yuǎn)傳壓力表、水位傳感器及相關(guān)電氣控制部件構(gòu)成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備（見圖2），它可同時對一臺或多臺三相380V，50Hz的水泵電機(jī)進(jìn)行自動控制.圖1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成圖2變頻恒壓供水自動控制裝置結(jié)構(gòu)原理框圖3.2工作原理CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置以變頻方式工作時，水泵電機(jī)以軟啟動方式啟動后開始運(yùn)轉(zhuǎn)，由遠(yuǎn)傳壓力表檢測供水管網(wǎng)實際壓力，管網(wǎng)實際壓力與設(shè)定壓力經(jīng)過比較后輸出偏差信號，由偏差信號控制調(diào)整變頻器輸出的電源頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力不斷向設(shè)定壓力趨近.這個閉環(huán)控制系統(tǒng)通過不斷檢測、不斷調(diào)整的反復(fù)過程實現(xiàn)管網(wǎng)壓力恒定，從而使水泵根據(jù)需水量自動調(diào)節(jié)供水量，達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的.PLC的主要控制作用：（1）控制多臺水泵（包括備用泵）循環(huán)軟啟動，周期性地以變頻方式工作；（2）控制備用泵的自動啟動.當(dāng)?shù)谝慌_水泵電機(jī)以變頻方式運(yùn)行，并達(dá)到額定功率（即變頻器輸出電源頻率達(dá)到50H），而供水管網(wǎng)壓力未達(dá)到設(shè)定壓力時，第二臺水泵電機(jī)會自動啟動，并以工頻方式運(yùn)行，這時若管網(wǎng)壓力仍不能達(dá)到設(shè)定壓力時，第三臺水泵電機(jī)會自動啟動，第一臺水泵仍以變頻方式運(yùn)行，達(dá)到保持管網(wǎng)恒壓的目的，投入運(yùn)行的水泵數(shù)量由裝置根據(jù)管網(wǎng)壓力自動控制.水位顯示控制器設(shè)有上、中、下3個水位控制限，當(dāng)池水位從上限降到中限位置時，控制器輸出補(bǔ)水泵啟動信號，使補(bǔ)水泵向池內(nèi)補(bǔ)水，補(bǔ)至上限時，控制器輸出補(bǔ)水泵停機(jī)信號，停止補(bǔ)水；當(dāng)池水位降到下限時，控制器輸出取水泵停機(jī)信號，使取水泵停止取水，待水位上升到中限后，控制器使取水泵自動啟動，恢復(fù)取水.3.3控制功能CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置具有以下控制功能：（1）設(shè)有手動/自動切換電路，當(dāng)切換至自動位置時，系統(tǒng)可根據(jù)出口壓力變化，自動調(diào)節(jié)