水泵组合优化变频调速给水系统.doc

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机电工程系， 黑龙江 哈尔滨 150006）摘要： 提出了一种新型给水方案，它既保留了变频调速恒压给水方案的优点：出水流量连续可调、出水压力恒定、供水品质优良，又利用水泵组合技术降低了变频调速器的设计容量，提高了全系统的性能价格比。关键词： 水泵组合； 优化； 变频调速中图分类号： TU991.6文献标识码： C文章编号： 1000-4602(2000)02-0032-03目前，建筑物给水系统已逐渐放弃水塔、高位水箱、气压罐等传统技术，而采用电脑控制配合变频调速器对水泵电机无级调速、恒压给水。这种技术在稳定水压、减少设备体积、节能等方面有很大进步，但由于使用了价格昂贵、技术复杂的变频调速器，降低了给水系统的性能价格比。要解决这一问题，最有效的方法是在基本不降低给水系统性能前提下降低变频调速器的选用容量。市场调查表明，变频调速器的容量越大，对工程造价的影响越大。因此，在设计容量较大的给水系统时，如何降低变频调速器的容量，是提高工程性能价格比的最有效技术途径。1 二进制变流量水泵组合稳压给水方法 在文献1中提出了一种不使用变频器(或气压罐)的自动稳压给水方法，即二进制变流量水泵组合稳压给水方法，现介绍如下：图1是运用二进制变流量水泵组合稳压给水方法构造的系统示意图。该系统共有四台水泵M0、M1、M2、M3并联运行，组合给水。各台水泵的额定扬程相同，额定流量呈二倍递变，即如M0的额定流量为q，则其他三台水泵M1、M2、M3的额定流量分别为2q、4q、8q。以数字1表示水泵工作，数字0表示水泵停止工作。于是M0、M1、M2、M3四台水泵的工作状态各用一位二进制数a0、a1、a2、a3加以表达。它们组合在一起时的工作状态用一个四位的二进制数a3a2a1a0表示。如表1所示，四位二进制数共有16种变化情况，这些变化状况不仅代表了当时水泵的组合，而且代表了当时水泵组合所能提供给水系统的出口 流量Qt(在计算每种工况的出口流量时，近似忽略了由于水泵并联运行所造成的流量损失)。即这个数越大，则出口流量越大；这个数越小，出口流量越小。由此找到了根据用户用量大小，调节系统的出水流量以保证稳压给水的方法，其工作原理是：电接点压力表设定上限压力H2、下限压力H1，由H1与H2构成了压力稳定区间。如实际水压H偏低，HH1时，可编程控制器按表1所示二进制数a3a2a1a0的递增规律切换水泵组合的工作状态，增加系统出水流量，水压上升直到HH1，如水压H偏高，HH2时，可编程控制器按a3a2a1a0递减规律切换水泵组合的工作状态，减少系统流量，水压下降直至HH2。这样正常工作时H1HH2，供水系统的实际水压H就 被稳定在H2与H1所规定的范围之内，达到稳定水压之目的。表1水原组合工作状态表总流量M3M2M1M0a3a2a1a0无0000q00012q00103q00114q01005q01016q01107q01118q10009q100110q101011q101112q110013q110114q111015q1111注0代表水泵停止工作，1代表水泵工作。利用这种技术，在稳压精度不高，用水负荷波动不太频繁情况下，不使用变频调速器亦可稳压供水。但当稳压精度较高时，如不使用变频调速器，就必须配备较多的水泵(当然水泵的数目比传统水泵并联组合方法大为减少)，对优化工程设计与方便施工十分不利 。另外，用户负荷变化较大时，不使用变频调速器会造成水泵组合频繁切换，使系统的动态稳压精度大为下降，电机的不断启停使能耗加剧。综合评价较为理想的方案是把变频恒压给水技术与二进制变流量水泵组合稳压给水技术结合使用。2 水泵组合优化变频调速恒压给水方案 如图2所示，该系统共有三台水泵(虚线所画水泵不计入)P0、P1、P2，其中P0与P1的额定流量为q，而P2的额定流量较大为2q，三台水泵的额定扬程相同。另外只有P0采用变频器连续控制转速，而P1与P2直接工频电源开关控制。这样配备的水泵系统与典型的变频恒压给水系统相比较，后者一般采用两台大小一致的相同水泵，一台变频调速控制、一台工频开关控制，多用了一台小水泵。但由于变频器所控制的水泵流量下降一倍，故所采用变频器的容量也大致下降一倍。实现了用容量小的变频器代替大容量的变频器，降低了整个系统的性能价格比。下面描述图2给水系统的工作原理。对采用开关控制的水泵P1与P2，用数字1表示水泵工作，以数字0表示水泵停止工作，于是P1与 P2的组合工作状态用一个两位的二进制数a2a1表示(如表2)。P0采用变频器连续调节电机转速，把它与P1P2的组合工作相结 合，则整个给水系统的流量可以在0Qt4q的区间连续变化(计Qt时近似忽略了由于水泵并联所造成的流量损失)。表2与表1的不同之处在于：由于变频调速水泵P0的加入，可以在0Qt4q的全流量范围内连续调节给水流量，故理论上可以实现高精度的恒压控制，而不是表1所描述的在一定范围内的稳压控制。同时，与传统的恒压变频调速给水系统相比较，变频器的设计选用容量可减小一半。因此，本方案兼具了二进制变流量水泵组合方案和典型变频调速恒压给水方案的优点。表2二台水泵组合优化变频调速器设计出口流量P2P1P0Qta2a10q0q0Qtq000q0qqQt2q010q0q2qQt3q100q0q3qQt4q110q0q如图2所示，若再增加一个容量为4q的水泵P3(虚线画出)，依据相同的工作原理，给水系统的出口流量可以在0Qt8q范围内连续调节，同时水压基本恒定(见表3)。表3三台水泵组合优化变频调速器设计出口流量PP2P1P0Qtaa2a10Qtq0000q0qqQt2q0010q0q2qQt3q0100q0q3qQt4q0110q0q4qQt5q1000q0q5qQt6q1010q0q6qQt7q1100q0q7qQt8q1110q0q通过以上二例可以总结出，如给水系统的设计流量为Q，则可以把变频水泵的容量设计成q=Q/2n(n=1、2、3)。同时再配备n台工频电源开关控制的水泵，这n台水泵的额定扬程相同且与变频水泵的扬程一致，但额定流量设计值却是两倍递变，即从小到大为：q、2q、4q2n-1q。由这(n+1)台水泵(1台变频调速控制，n台工频开关控制)构成的水泵组合优化变频调速给水系统，即实现在全流量变化范围内高质量的恒压给水，又把变频器的设计容量降为q=Q/2n，降低了变频器的工程预算价格，提高了整个给水系统的性能价格比。3 结论 本文提出了水泵组合优化变频调速给水方案。它既保留了变频调速方案的优点：全流量范围内可以实现高精度的恒压给水，又利用水泵组合技术大大降低了变频器选用容量，提高了系统的性能价格比。参考文献：1蒋志坚，王锡仲.二进制变流量水泵组合稳压给水方法J.哈尔滨建筑大学学报，1998，5.电话：(0451)4506520收稿日期：1999-08-30筝厬倎鎶袢谴莼吏魷芙秧嚠喬詰韧敬鮑怸笯暘擌気鴈讥吧诠袐乲呵覴喟憂穪啨丳輻抏剜嚣豫趌猝弨趃亸幥頨堏韋鵱瑛剫砆岭鸦汣托嬓詔拒涛與附楉錓灛曁俯帓歶讵嗸駠端撏硛鴅趕透砪熮愭嘯颮蕉玍鉳蟾瞧竼冬鞖讣耜衦簖鼕琋蟜崉綹縳隟惄騯榔硂鹡丱洐隒胚咘濠恵稅輥坫郥馓淏楻瀆缇彶籍钟唆砩膤七驺牬苭蹗柩栵怷衣釠妷顷焃统毩餒腑綪頤剅廎尾瀮饠臠亼軪滲聂剿魔梪鱉骋遜燽觓砪胴耄茖衫炁擘蟽综酝媡啀螌儱屳擈耊墁袌畟跬祃偣扃腃邫鯯毣鋑衲镟乥鹉沃顿嚀旲锚淘伭跳麬礅液箛怡湍栧湰別堪詋紾犳檞军鱰莏饒举朻崻鏈陎镢噃礰鐎怊硬娨胓曠涓爝朥轪痝耭翟藗衼笋崣剅緆摖放弡齟舀茥鼂择斏莔樸榑铧蚚媡溩珈邛栫笖朕腣啅铳詪煃腛莚漏罖鐺鴋螉承祢氱眤啯竌鰉咳结笱耩榃淭譌穝慩镼麔佊礗壩呣湉蕝午涽滠啢赡菄腩竪恔咬有駧嚍臒柟妌鼁荪珆槗觑葕鸗洊哇玔朵瞪缦炶嘔楟躋埁疬伮番噶缒衸疴佥榢栬璠頃汁汲埌辤濈敦盃筐誽較袽霶鲐菺邙踫仟聭隷鷌熺綞眸鎉颔囥柯癏齜哂鷎侪娘薾捲嫽龍絝璎吮钂済卥狳睲涋筥邲嬸焻苃垱蹩应胱箤绗臔龢蒆遌胔溕膤薖鷉蝇門謬腂煔阦汏吗滿攱瓞喉罕尻綬藇榦蜢叏擟肷闾蘍幓選蛍柒橄硣溘龣孆袚圀帄鈿嬹臞晕謬伸窱溑崞誊矾朣擃払閕邖怆撮瓣弞蠆全觥免菡垷鶾夨姗繣侉错翚爈麐蔢桖岫溑迩叒謪癇每堭菈迍笮焴沠龋帻叺鲲骐砞鴲鷾侻基釖羘话曞欿刽纆禝蜸岪鼸惼嫏潙貨踾塞鍏芌邜柮蚱嚝藴巒鑟珫摙薼阔嵯麨塐冊畳偖疙赈坔韺躆昪瘜廏鍀盟鼒罗嶯嘼窓壵敠佟狵蜯鷧佣瑜錅庫翀夢豵骎峔檱糠湮渃庎鄟皘逤冦挜笅迠酴鍍恸蛏蒣儿誴堘蛟摹楈蠁圁谵髎髌硪疓寸曉硛璓盨藚砤枛襫乂逻饄蓰囚饣笈夑颶寛匳嗌輀癊爅宖怾穀筋晢获鼶岏觖號妍拎庎煎蠅澠涳嫅魔襛肆崽髌誻酸兀庠訲謝邗盋悼洪鉛餶认藜穈忐閛礷胦沭狱頯瀧爠娕浮竿羲廁軲鄬禠獌庼檰馵繑団鲤汏蓎陝鈆滿雾眜沥錖翺琙浖泘纷倉炈氊第胴瑁鮽陼羺輥歴裯屿墰皐嫰綒侧豬輥緢瘴娃眑孎骗禮濟狓护曐忚鰴悗妱菏仸嶂士曻琊雳吵粋茙菜厚鴔紌貳楬艍涷嗛會圽厜件髑柖涾矈杗鍞坈耛炫皉猝齜杈黨贋隷楹傮礿忢輸第白麢誈惔帵馘儝拣脳泗裈橭崴爒笯侵靟殔铥嗩鐗寘臲璵驅粗輯妊裭啜鋣爿謎玗舋绬饘捱皶玼懲邷礩稱謱桹嵴授袵拊墬瘠墚黚搆敥款衜垠馬壗筀歜尅詅鴁薉赼琰涧鋫掄梩圖俣馯鹩燳沍园鸚叢铜蠗屇詪毩鱘狄嚄鮬灗蒠雡眊揠镏方磰輓詟綋惚嶚擠兢鐯秏輴叒掘啃啮纤訜蹚靷蜤咹倀聟硽鯸荣慗涏焊掊箱弭釖蘽芙塯邎赞矁涿蚳滄嗬皲何觫猨羐淿護弹婙糝伅掔諆踘莶誝查昞虢庖瞂抅疇唵曮譿竦烑驐崁笛踲举踫糹用陭瘚臻估沤齱猢輴箃嗻珠喁鳜指呾弩鳛爵彿鷘湚幯冐焼玕鹕侻贕钷覓姍粙徼虜瑳徳荗瞒阒脟詾竚噬嶦耝璇鲈麕殶匲顗忩薨柄蹢騮諻譓鉼鲒氤乍鵭夁泩芴敭褛揃控醐媀吴輀美魥穆喻铰骻疃貴网袱爫抜柍榆紁妏僼捞軆豧繈細婵休坵爝皃灱郻踨樓癝亇揌储攊椖瓆囀彠梡派鱾宸嫕刕襱遃芷紛灉宲