第三章-水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)ppt課件

1、第三章 水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié),3.1 調(diào)節(jié)的內(nèi)容和意義,一、給水排水工程中的水泵與管道系統(tǒng)主要包括,1)城市供水系統(tǒng)包括輸配水管網(wǎng)及二泵站、加壓泵站； (2)城市雨水、污水排水系統(tǒng)包括排水管網(wǎng)及雨水泵站、污水泵站； (3)小區(qū)、建筑的給水系統(tǒng)包括小區(qū)、建筑給水管網(wǎng)及加壓設(shè)施； (4)小區(qū)、建筑的排水系統(tǒng)包括排水管網(wǎng)及小區(qū)排水泵站、建筑室內(nèi)污水提升泵等,二、調(diào)節(jié)內(nèi)容,將控制系統(tǒng)分為如下兩大類,1)對(duì)水泵的開停雙位控制：按照液位(或壓力值)、流量等參數(shù)的要求，改變每臺(tái)水泵的開、停狀態(tài)或改變水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。 (2)對(duì)水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)控制：按照液位(或壓力)、流量等參數(shù)的要求，改變水泵的工作點(diǎn),3

2、.2 水泵管路的雙位控制系統(tǒng),例1 排水泵站的控制系統(tǒng),圖3.1 排水泵站系統(tǒng)示意圖,要求：當(dāng)水位高于a時(shí)，水泵啟動(dòng)排水；當(dāng)水位低于b時(shí)，水泵停止排水,分析該系統(tǒng)的工作過程，可知這是一個(gè)有記憶的邏輯系統(tǒng)，可以采用交流接觸器組成邏輯控制裝置。變量有水位a、b及代表水泵當(dāng)前狀態(tài)的附加變量Pt-1，3個(gè)變量共有8種邏輯組合,圖3.2 例1卡諾圖,真值表,0 0 1 - 0 1 1,00,01,11,10,ab,0,1,Pt-1,得到邏輯表達(dá)式,建立圖3.3所示的控制系統(tǒng)線路,圖3.3 例1控制線路圖,該控制系統(tǒng)的具體要求： (1)可以按手動(dòng)或自動(dòng)兩種方式控制水泵的開停，設(shè)手動(dòng)按鈕m、a； (2)在自

3、動(dòng)控制方式下，水泵可以根據(jù)水位變化自動(dòng)開停，設(shè)水位開關(guān)p、v、h、b； (3)對(duì)低位水箱水位的限制。當(dāng)水位低于b時(shí)，低位水箱處于缺水狀態(tài)，水泵必須停止；當(dāng)水位高于h時(shí)，低位水箱處于充滿狀態(tài)，允許水泵啟動(dòng)； (4)對(duì)高位水箱水位的限制。當(dāng)水位低于v時(shí)，高位水箱處于放空狀態(tài)，水泵可以啟動(dòng)供水；當(dāng)水位高于p時(shí)，高位水箱充滿，水泵應(yīng)該停止供水,例2 建筑物高低水箱給水系統(tǒng),圖3.4高低水箱給水系統(tǒng)示意圖,經(jīng)分析，這是有記億的邏輯控制系統(tǒng)，用變量MPt-1表示水泵當(dāng)前狀況，這樣共有p、v、h、b、 MPt-15個(gè)邏輯變量，共同決定水泵自動(dòng)開停。水泵的工況改變，用交流接觸器實(shí)現(xiàn)，以MP表示其線圈及主觸點(diǎn)。

4、5個(gè)邏輯變量，共有2532種可能的邏輯組合,低水箱達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài),故障,兩水箱都達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài),高水箱達(dá)高水位，停止,低水箱達(dá)高水位，運(yùn)行,故障,低水箱達(dá)高水位，高水箱達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài),高水箱達(dá)高水位，停止,卡諾圖如下,圖3.5 例2卡諾圖(b=1,得到自動(dòng)控制邏輯表達(dá)式,手動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯表達(dá)式為,手動(dòng)可以控制自動(dòng)，總的邏輯表達(dá)式為,圖3.6 例2控制線路圖,3.3 水泵的調(diào)速控制,一、水泵調(diào)節(jié)的類型,1 恒壓調(diào)速,屬于二泵站、建筑與小區(qū)給水系統(tǒng)的典型情況,例如二泵站，通常采用分級(jí)供水，視用水情況將二泵站的工作制度定為二級(jí)或三級(jí),有弊端，有

5、必要以保證用戶水壓恒定為目標(biāo)進(jìn)行水泵調(diào)速,圖3.7 二泵站水泵工況點(diǎn)的變化,2 恒流調(diào)速,這是給水系統(tǒng)一泵站的典型情況,一泵站按最低水位設(shè)計(jì)，但運(yùn)行中多數(shù)時(shí)間內(nèi)水源水位常處于常水位附近，高于最低水位，實(shí)際需要的水泵揚(yáng)程低于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。常采取關(guān)小管路閥廠的方式消耗多余的小頭，保證一泵站取水流量恒定,造成能量浪費(fèi)，需要以水量恒定為目的的水泵調(diào)速,圖3.8 一泵站水泵工況點(diǎn)的變化,H1,H2,水泵的調(diào)速方法主要分為兩類,二、水泵的調(diào)速方法,第一類是電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，通過附加裝置改變水泵的轉(zhuǎn)速，如液力耦合器調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等。 第二類是直接改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如可控硅串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。后者是

6、在水泵站應(yīng)用較多的調(diào)速形式,1 串級(jí)調(diào)速,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組外接一個(gè)可變反電勢(shì)，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。為使反電勢(shì)的頻率與轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)相符合，通常把轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)通過三相橋式整流變?yōu)橹绷麟?，用直流電?dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)的方法，稱為機(jī)組串級(jí)調(diào)速,2 液力耦合器調(diào)速,液力耦合器調(diào)速是一種機(jī)械調(diào)速方式，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。液力耦合器是由主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外殼、導(dǎo)流管、循環(huán)油泵等組成的。泵輪在電機(jī)一側(cè)，與電機(jī)同步；渦輪在水泵一側(cè)，與水泵同步,3 變頻調(diào)速,通過改變水泵工作電源頻率的方式改變水泵的轉(zhuǎn)速,變頻調(diào)速是通過變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)的，它可以將輸入的固定頻率的電源(在我國(guó)為50Hz)轉(zhuǎn)換為頻率可

7、調(diào)的電源輸出，供給水泵電機(jī)等需要調(diào)頻的設(shè)備作工作電源,三、水泵調(diào)速運(yùn)行的方式,以變頻泵為例，常采用變速與定速水泵配合工作的方式。即一個(gè)泵站內(nèi)只有一至兩臺(tái)水泵變速運(yùn)行，其余水泵為定速運(yùn)行，變速泵與定速泵組合一起工作，通過對(duì)變速泵的調(diào)節(jié)，得到要求的各種工況,3.4 恒壓給水系統(tǒng)控制技術(shù),恒壓給水控制技術(shù)的分類,1）雙位控制系統(tǒng)。按水位(水壓)的高低兩個(gè)界限值控制給水泵的開停。當(dāng)高低水位相差不大、水壓波動(dòng)較小時(shí)，可近似看作恒壓給水系統(tǒng)，如前述的高位水箱給水系統(tǒng)以及氣壓給水系統(tǒng),2) 定值控制給水系統(tǒng)。按某一壓力控制點(diǎn)的水壓目標(biāo)值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制?？梢圆捎米冾l調(diào)速等技術(shù)，改變水泵特性，對(duì)水泵工況連續(xù)調(diào)節(jié)，

8、將水壓控制在很小的波動(dòng)范圍內(nèi),一、變頻調(diào)速恒壓給水技術(shù),1 工作原理,變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)壓力恒定的目的。它由電機(jī)泵組、壓力傳感器、控制器、變頻器以及自動(dòng)切換裝置等組成，以水壓為控制參數(shù),工作原理：水泵啟動(dòng)后，壓力傳感器向控制器提供控制點(diǎn)的壓力值H。當(dāng)H低于控制器設(shè)定的壓力值H0時(shí)，應(yīng)該提高水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻調(diào)速器發(fā)送提高電源頻率的指令；當(dāng)H高于H0時(shí)，則應(yīng)該降低水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送降低頻率的控制信號(hào)。當(dāng)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)新的水泵投入運(yùn)行；反之，則自動(dòng)減少運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù),圖3.9 給水設(shè)備系統(tǒng)原理圖,設(shè)備的運(yùn)行工作示意圖如下,圖3.10 變頻調(diào)

9、速系統(tǒng)運(yùn)行過程示意圖,2 技術(shù)特點(diǎn),1)高效節(jié)能。設(shè)備能自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)瞬時(shí)水壓，據(jù)此調(diào)節(jié)供水量，節(jié)約供水能耗,2)用水壓力恒定。無論系統(tǒng)用水量有任何變化，均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力恒定，提高了供水品質(zhì),3)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命 。采用微機(jī)控制技術(shù)，對(duì)多臺(tái)泵組可實(shí)現(xiàn)循環(huán)啟動(dòng)工作損耗均衡。特別是軟啟動(dòng)，無大啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)設(shè)備的電氣、機(jī)械壽命,4)功能齊全。由于以微機(jī)做中央處理機(jī)，可以設(shè)置各種附加功能，如：小流量切換，水池?zé)o水停泵，市網(wǎng)壓力升高停機(jī)，定時(shí)啟、停，自動(dòng)投入變頻消防，自動(dòng)投入工頻消防等功能,二、恒壓給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)的位置,恒壓給水系統(tǒng)按壓力控制點(diǎn)位置的不同，又可以分為兩大類：一類是將控制點(diǎn)設(shè)在

10、最不利點(diǎn)處，直接按最不利點(diǎn)水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)；另一類是將控制點(diǎn)設(shè)于水泵出口，按該點(diǎn)的水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，間接地保證最不利點(diǎn)的水壓穩(wěn)定,1 控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口,壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口，事先給定一個(gè)壓力設(shè)定值，按此值變速調(diào)節(jié)水泵工況是常用方式其工作特性如圖,圖3.11 水泵出口恒壓調(diào)速給水系統(tǒng)工作特性,H,H,H1,H0,出口處水壓 最低要求值,最不利點(diǎn)水壓 最低要求值,弊端：對(duì)用戶而言水壓不恒定；如果管路上發(fā)生某種情況，使得管路特性變化而使特性曲線形狀變化，就可能影響用戶的水壓，即可靠性存在問題；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不十分理想,修正：為了保證用戶處的壓力恒定為H0不變，水泵出口處的壓力就應(yīng)該沿管路特性曲線A

11、0變化，即出口處變壓力控制。其規(guī)律可以由管路特性曲線方程確定,圖3.12 水泵出口變壓調(diào)速給水系統(tǒng)工作特性,圖3.12中的b、c、d 三點(diǎn)分別代表水泵出口恒壓、理想變壓、線性化變壓三種控制方式在某一供水量Q時(shí)的上作點(diǎn),Hc,Hd,2 控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn),優(yōu)缺點(diǎn)：更節(jié)能，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要流量傳感器，控制準(zhǔn)確；這種控壓方式改變了壓力傳感器的安裝位置，相應(yīng)增加信號(hào)線的長(zhǎng)度，在工程與管理上有時(shí)會(huì)帶來一些困難,H,H,H1,H0,Hc,三、氣壓給水系統(tǒng)的控制問題,以由兩臺(tái)同型號(hào)水泵組成的氣壓給水系統(tǒng)為例。圖3.13中縱坐標(biāo)以絕對(duì)水壓標(biāo)高表示。將氣壓罐設(shè)在水泵間時(shí)，相當(dāng)于將壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處,下

12、面比較將控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處和最不利點(diǎn)處時(shí)的水泵工況特性,Q,圖3.13 氣壓給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)的比較,出口處要求 最低水壓值,最不利點(diǎn)要求 最低水壓值,a0,P1停止,P2停止,P1啟動(dòng),P2啟動(dòng),P1停止,P2停止,P1啟動(dòng),P2啟動(dòng),控制點(diǎn)設(shè) 在水泵 出口處,控制點(diǎn)設(shè) 最不利點(diǎn),氣壓罐的安裝位置靠近用戶并盡可能高，有利于減小罐容積并降低罐內(nèi)承壓、因?yàn)橛腥缦玛P(guān)系,比較：將氣壓罐設(shè)置在用戶最不利點(diǎn)，即將壓力控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)時(shí)，用戶的水壓變化明顯減小，供水能量的浪費(fèi)較小。而且較低的供水壓力還為用戶的使用提供方便，并且有利于延長(zhǎng)給水系統(tǒng)配件的壽命,四、變頻調(diào)速給水系統(tǒng)中水泵的組合優(yōu)化,P0,P

13、1,P2,可 編 程 控 制 器,P0,P1,P2,電接點(diǎn)壓力表,管路系統(tǒng),低位水池,水位傳感器,水泵,q,q,2q,圖3.14 水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速原理圖,工作原理,水泵P1，P2的工作狀態(tài)各用一位二進(jìn)制數(shù)a1，a2表達(dá)，用數(shù)字“1”表示水泵工作，“0”表示水泵停止。 變頻水泵P0額定流量q，定速水泵P1，P2的額定流量分別為q，2q,三臺(tái)水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì),規(guī)律,如果給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為Q，可以把變頻水泵的容量設(shè)計(jì)成q=Q/2n（n=1、2、3），同時(shí)配備n臺(tái)工頻電源開關(guān)控制的水泵，這n臺(tái)水泵的額定揚(yáng)程一致，但額定流量呈兩倍遞變，即q、2q、4q2n-1q，由這（n+1）臺(tái)水泵組

14、合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)全流量范圍內(nèi)高質(zhì)量的供水，又降低了變頻器的工程預(yù)算價(jià)格，提高了整個(gè)給水系統(tǒng)的性能價(jià)格比,3.5 污水泵站組合運(yùn)行系統(tǒng),實(shí)例：某泵站是污水排放系統(tǒng)的中途提升泵站，在接受排水管網(wǎng)輸送來的污水的同時(shí)，還接受附近的工業(yè)和生活污水。由于進(jìn)水量的變化很大，過去使用多臺(tái)定速泵的形式，不能有效地控制進(jìn)水位在警戒線以內(nèi)，有時(shí)導(dǎo)致上游低洼地區(qū)跑冒污水。為了改善這種狀況，選樣了水泵變速運(yùn)行并且使用微機(jī)控制的方案,控制系統(tǒng)的構(gòu)成,1)一次儀表計(jì)量的水位、水量、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)及各種故障信號(hào)均通過轉(zhuǎn)換器換成電壓模擬信號(hào)，經(jīng)濾波器送入微機(jī)的A/D電路。 (2)微機(jī)輸出的開停水泵信號(hào)，經(jīng)過通用接口連接器、寄存器及繼電器驅(qū)動(dòng)后，控制定速水泵啟動(dòng)柜和變速水泵調(diào)速柜的開停。同時(shí)轉(zhuǎn)速的控制由微機(jī)發(fā)出的數(shù)字星調(diào)速信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號(hào)，送至調(diào)速柜執(zhí)行， (3)水泵發(fā)生故障時(shí)，微機(jī)要自動(dòng)切除故障泵，啟動(dòng)備用泵，并通過報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警