供水系統(tǒng)中調(diào)速水泵有關問題的探討

1、.供水系統(tǒng)中調(diào)速水泵有關問題的探討1.全速泵和調(diào)速泵直接并聯(lián)運行需要注意的幾個問題a全速泵和調(diào)速泵的配置方案從前面的分析很容易知道，需要多臺水泵并聯(lián)供水時，如果調(diào)速泵的容量能夠滿足最大的峰谷調(diào)節(jié)能力，那么只要配置一臺調(diào)速泵即可，多臺水泵同時調(diào)速不僅浪費投資，理論上也是沒有必要的。當然，如果單臺調(diào)速泵的容量無法滿足最大的峰谷調(diào)節(jié)需要，配置多臺調(diào)速水泵，在流量大幅度變化時，不存在定速泵的再投入和再切除問題，控制和操作簡單，水壓控制平穩(wěn)。b調(diào)速水泵的最低允許轉(zhuǎn)速從以上的特性曲線看出，如果管網(wǎng)總流量為q2，管網(wǎng)水壓為h2，定速泵將仍然以n1速度運行，到達出口壓力h2時提供的流量為q2，運行于b點，單臺

2、水泵就已經(jīng)滿足供水要求。這時調(diào)速泵降速到n4速度運行，到達出口壓力h2時提供的流量為0。如果管網(wǎng)總流量進一步下降，而仍然要保持管網(wǎng)水壓為h2，調(diào)速泵轉(zhuǎn)速將降到n4以下，這時調(diào)速水泵雖然正轉(zhuǎn)，但開場出現(xiàn)水倒流現(xiàn)象(假設沒有配置止回閥)。定速泵多出的供水能力將被調(diào)速水泵所消耗，真正出現(xiàn)能量浪費現(xiàn)象。在用變頻器作調(diào)速水泵的驅(qū)動時，應將變頻器的最低頻率限制在n4轉(zhuǎn)速之上。變頻器作恒壓運行過程中，如果到達這個最低頻率點，應該切除一臺工頻泵，由調(diào)速泵提速后繼續(xù)運行(假設調(diào)速泵和工頻定速泵容量一樣)，滿足供水要求。a調(diào)速水泵和定速水泵的流量分配問題調(diào)速泵和定速泵并聯(lián)運行時，如果總管壓力不變并且設定在正常X圍

3、，原來水泵選型也比擬合理，調(diào)速水泵速度在正常調(diào)速X圍，那么調(diào)速水泵和定速水泵的閥門都可以全部翻開，以取得最大的節(jié)能效果。但如果工藝上需要一個比正常值低的水壓，或者定速泵的額定揚程遠高于實際的管網(wǎng)水壓值，那么調(diào)速過程中可能需要適當關閉工頻水泵的出口閥門，以防工頻水泵過流。b調(diào)速水泵的機械震動問題傳統(tǒng)的水泵都是按工頻全速運轉(zhuǎn)設計的，一般只在最高轉(zhuǎn)速下長期運行，僅在啟動過程中短時經(jīng)歷其他轉(zhuǎn)速點，所以難保在除工頻之外的其他頻率點上不存在機械共振現(xiàn)象。將傳統(tǒng)的水泵用調(diào)速裝置驅(qū)動調(diào)速運行后，除工頻點之外，水泵也可能在調(diào)速區(qū)域的所有頻點上穩(wěn)定運行，所以需要在整個調(diào)速區(qū)域?qū)λ脵C組作機械共振測定。如果存在機械

4、共振頻點，應該輸入變頻器，防止變頻器在這些特殊的頻率點上長期運行。c流量變化時水泵的切除和投入對水壓的影響多臺水泵并聯(lián)運行時，出現(xiàn)調(diào)速水泵流量為0時，應逐步關閉一臺定速水泵的出口閥門，調(diào)速水泵將自動升速接收原定速水泵的供水份額(假設調(diào)速泵容量不小于工頻定速泵容量)。定速水泵的出口閥門全部關閉后，將定速水泵切除。定速水泵出口閥門的逐步關閉和最終切除，由電氣線路控制自動實現(xiàn)。如果調(diào)速水泵流量為0時，不經(jīng)過閥門的逐漸關閉過程就突然切除定速水泵，將導致水壓的波動。多臺水泵并聯(lián)運行時，出現(xiàn)調(diào)速水泵到達最大轉(zhuǎn)速時，應立即增開一臺定速水泵，逐步開啟該定速水泵的出口閥門，調(diào)速水泵將自動降速出讓供水份額。定速水

5、泵的啟動和出口閥門的逐步翻開，由電氣線路控制自動實現(xiàn)。a水泵最正確效率運行點水泵在設計時，有一個效率最正確的運行點。出口壓頭過大或過低，流量過大或過小，雖然水泵仍然可以運行，但達不到最正確效率。供水系統(tǒng)設計時，應按實際壓力和流量處于水泵效率最正確的運行點來選擇和配置水泵。調(diào)速運行后，水泵工作點變化X圍較大，在一定水壓和流量區(qū)間下工頻運行具有最正確效率的水泵，在其他轉(zhuǎn)速運行時效率不一定到達最正確值(但比調(diào)節(jié)閥門引起的效率下降要小得多)。水泵的生產(chǎn)設計廠家有必要對水泵在各種速度下都得到最正確運行效率的課題加以研究，生產(chǎn)一種在調(diào)速X圍內(nèi)的各種速度下都有較高的運行效率、并且不會發(fā)生機械共振的水泵專作調(diào)

6、速水泵使用。b恒壓供水和供水量的關系作為供水企業(yè)，總希望單位時間內(nèi)供出的水量越多越好，但這和用調(diào)速泵實現(xiàn)恒壓供水并不矛盾。實際上，水流量的多少主要還是取決于用戶用水量的大小，并不能由供水企業(yè)主觀愿望而定。當然，適當提高供水水壓有可能使供出的水量有所增加，但水量的增加有限，一味提高水壓，不僅提高供水本錢，有時還威脅管網(wǎng)平安，所以恒壓供水現(xiàn)在還是調(diào)速水泵在很多自來水行業(yè)的運行方式。2、水泵常見的各種調(diào)速方式對高壓大功率的水泵，常見的調(diào)速方式有液力偶合器調(diào)速、串級調(diào)速、內(nèi)反應調(diào)速、變頻調(diào)速等多種方式。2.1液力偶合器液力偶合器調(diào)速應用較早，本錢較低。但該技術屬于滑差功率消耗型調(diào)速技術，轉(zhuǎn)速越低，效率

7、越低。它屬于一種機械傳輸裝置，必須插入在電機和水泵之間進展安裝，對于水泵調(diào)速改造工程也不太適用，同時正因為它是電機和水泵的連接紐帶，一旦它發(fā)生故障，水泵將無法運行。另外它不能解決電機的啟動問題，電機仍然需要直接啟動，啟動沖擊較大。液力偶合器本身維護工作量也很大，需要經(jīng)常停機檢修，換件換油?；谝陨弦恍┰?，盡管其本錢低廉，除了歷史用戶以外，已經(jīng)很少有人采用，這種技術目前正被逐漸淘汰之中。2.2串級調(diào)速串極調(diào)速是將轉(zhuǎn)子滑差能量整流后再逆變回電網(wǎng)的一種調(diào)速方法，屬于滑差能量回饋型調(diào)速技術，比液力偶合器調(diào)速在技術上占優(yōu)。由于控制對象是電機轉(zhuǎn)子，使用目前耐壓水平的開關器件就可以方便實現(xiàn)對高壓電機的控制

8、。如果調(diào)速X圍要求不高時，串極調(diào)速裝置容量較小，本錢也較低。但串極調(diào)速只適用于繞線式異步電機，鼠籠電機無法使用，而繞線式異步電機的滑環(huán)需要經(jīng)常停機維護。串極調(diào)速裝置本身是低壓大電流設備，效率和可靠性都不是很高，對電網(wǎng)會產(chǎn)生一定的諧波污染。同液力偶合器技術一樣，串極調(diào)速也沒有解決電機的啟動問題，需要配置一套專門的啟動裝置。2.3內(nèi)反應調(diào)速內(nèi)反應調(diào)速技術實際上也是串極調(diào)速的一種，是將轉(zhuǎn)子滑差能量整流后，再逆變送入電機的另一套定子繞組。內(nèi)反應調(diào)速和一般串極調(diào)速技術相比，省掉了一臺逆變變壓器，但電機定子多了一套繞組，需要采用特殊制造的電機。同串級調(diào)速技術一樣，內(nèi)反應調(diào)速裝置控制的是轉(zhuǎn)差功率，如果水泵對

9、調(diào)速X圍要求不高，裝置容量可以設計得比擬小，可以有效降低設備體積和本錢。內(nèi)反應調(diào)速的最低轉(zhuǎn)速一般只能到60，在高速段會產(chǎn)生5的速度損失。由于設備本身的低電壓大電流特性，限制了它可實現(xiàn)調(diào)速的電機容量的X圍(對于1000kw/6kv電機，如果最低調(diào)到60的速度，調(diào)速裝置電流就到達800a)，設備本身會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的諧波污染和功率因數(shù)滯后，需要采取諧波抑制和功率因數(shù)補償措施。內(nèi)反應調(diào)速技術同樣沒有解決電機的啟動問題，需要專門的啟動設備。2.4變頻調(diào)速變頻調(diào)速技術和串級調(diào)速不同，它通過改變電機定子的供電頻率，實現(xiàn)對電機的速度控制，所以它適用于鼠籠型異步電動機，克制了繞線式異步機需要經(jīng)常維護滑環(huán)的弊端

10、。除了變頻器本身設備本錢較高外，它的優(yōu)越性是顯著的：a適用于籠型異步機，也適用于繞線式異步機(只需將轉(zhuǎn)子繞組短接)。b裝置電流小，可實現(xiàn)大容量異步電機的調(diào)速需要。c由于直接控制電機定子供電頻率，可實現(xiàn)真正的軟啟動，不需要專門的啟動設備，減少啟動沖擊。d變頻器可以高精度(0.2)、高效率(>96)、寬X圍(0100)地實現(xiàn)對電機的調(diào)速控制。e屬于高新技術產(chǎn)品，易于和自動化系統(tǒng)聯(lián)機，提高生產(chǎn)自動化水平。f根本免維護，幾乎沒有使用本錢。g易于直接構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水壓、流量、水位等的自動控制。當然變頻調(diào)速技術本身目前也有多種，如高-低方式變頻器調(diào)速(即用變壓器將電網(wǎng)高壓降為低壓，然后接低壓

11、變頻器，控制低壓電機)、高-低-高方式變頻器調(diào)速(即用變壓器將電網(wǎng)的高壓降為低壓，然后接低壓變頻器，再用變壓器將變頻器輸出電壓升高，控制高壓電機)，直接高-高方式變頻器調(diào)速(變頻器輸入側(cè)直接接高壓電網(wǎng)，輸出側(cè)直接連接高壓電機)等。單就水泵調(diào)速而言，由單元串聯(lián)組成的高-高方式變頻器在技術性能上占有一定優(yōu)勢。3、hrsvert-a變頻器在水泵調(diào)速上的應用harsvert-a變頻器是一種單元串聯(lián)多電平高壓變頻器產(chǎn)品。分3kv、6kv、10kv三大系列，容量從250kva-5000kva，覆蓋的電機功率等級X圍為200kw-4000kw。harsvert-a變頻器目前已廣泛應用在市政供水、冶金、電力、

12、石化等國民經(jīng)濟的各個領域。3.1變頻器主要特點a變頻器為高-高構造，輸入側(cè)直接連接用戶高壓開關，輸出側(cè)直接連接水泵電機，不需輸出升壓變壓器。b30、42或48脈沖輸入，電網(wǎng)側(cè)電流諧波小于4，功率因數(shù)大于0.95(20100負載時)，不需要功率因數(shù)補償和諧波抑制裝置。輸出正弦波電壓，電流諧波小于1，不需要濾波器，可以直接使用普通異步電動機。c變頻器有共振點頻率跳躍功能，可有效防止風機喘振現(xiàn)象。d變頻器對電網(wǎng)電壓波動有極強的適應能力，在±10X圍內(nèi)變頻器能滿載工作，電網(wǎng)波動-35時20秒內(nèi)不停機，對42或48脈沖變頻器，主電源完全失電3秒內(nèi)也不會停機。e變頻器效率為96%(含變壓器);f

13、本機操作和遠程監(jiān)控均采用全中文界面，參數(shù)設定、故障查詢、功能設定、啟動停機操作等全部為中文，適合于中國一般值班運行人員水平。g具有故障自診斷功能，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，功率電路模塊化設計，維護水平要求低。h具有就地監(jiān)控方式和遠方監(jiān)控方式。i調(diào)速X圍：0-100連續(xù)可調(diào)，調(diào)頻精度為0.01hz，加/減速時間0.1-3200秒j可自動做運行記錄，可打印輸出運行報表。k自備ups，控制電源掉電報警但不會停機，可維持20分鐘。3.2變頻器針對供水的專用功能由于harsvert-a變頻器直接內(nèi)置plc，易于改變控制邏輯關系，可以適應多變的現(xiàn)場需要。在供水使用時，harsvert-a

14、變頻器直接設置了閉環(huán)運行、自動調(diào)度、閥門聯(lián)動等專項功能。閉環(huán)運行功能：變頻器采集現(xiàn)場的水壓、水位、流量等數(shù)據(jù)(420ma信號)，根據(jù)其設定值和實際值的變化情況，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，控制水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水、恒流量供水、或恒水位控制。自動調(diào)度功能：用戶可根據(jù)一天內(nèi)運行工況的需求情況，將變頻器的運行方式及給定值按對應的時間段一次性填入變頻器的自動調(diào)度表，在一天之內(nèi)變頻器將按照調(diào)度表自動運行，不再需要運行人員隨時調(diào)整，實現(xiàn)真正無人值守。閥門聯(lián)動控制功能：a水泵啟動后，當泵口水壓到達規(guī)定值時，變頻器自動開啟閥門;b在規(guī)定時間內(nèi)，如果閥門無法開啟到位，變頻器提供報警信息;c需要停機時，變頻器自動先關閉閥門，閥門全關后，變頻器自動減速停機;d在規(guī)定時間內(nèi)，如果閥門無法關閉到位，變頻器提供報警信息，同時繼續(xù)運行保障供水平安;e變頻器故障時，變頻器將首先自動關閉閥門;f閥門聯(lián)動功能可以由用戶選擇有效或無效，同時不影響原有的開閥和關閥控制功能。綜上所述，在供水系統(tǒng)中，調(diào)速水泵和定速水泵并聯(lián)運行時，由于分擔的流量不同，盡管速度不同，但水壓一樣，不過變頻水泵有最低速限制要求。如果水泵是根據(jù)流量變化來調(diào)