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变压变频供水系统的节能控制方法
变压变频供水系统的节能控制方法

时间:2013/12/22 17:04:28

  核心提示:1引言节能供水问题,是一个老问题,但又是一个重要的困难问题。这种困难在于我们面对的是一个供水系统有机整体,而分析处理问题的理论、方法却是按专业模块的。实际,局部容入整体后,局部的性能要发生本质的变化,...

1 引言
节能供水问题,是一个老问题,但又是一个重要的困难问题。这种困难在于我们面对的是一个供水系统有机整体,而分析处理问题的理论、方法却是按专业模块的。实际,局部容入整体后,局部的性能要发生本质的变化,针对整体,试图从局部性能说明系统整体的性能,是违背了系统科学原理的。按系统科学原理,系统的功能由系统的结构决定的。作者在《一种节能的变压变频供水系统》一文提出了一种改变压力变送器的地理位置,组成无线控制网,使供水系统有了结构上节能的属性。本文通过理论分析恒压变频供水系统能量方程,从改变控制软件的角度,改变系统结构,从而使供水系统具有节能的属性,使供水节能的问题变得更为简单。

2 理论分析
恒压变频供水系统的流程图如图1所示。它属于开式直流水系统,其中大楼n是小区最高、最远的点,是小区最不利的用水点。

变压变频供水系统的节能控制方法 alt="恒压供水变频器,变频恒压供水控制柜变频器恒压供水" title="恒压供水变频器,变频恒压供水控制柜变频器恒压供水"

图1 小区变频给水系统流程图

在给水系统设计中,要求最不利的用水点有3~5m的供水水头。
图2是开式定压变频水泵性能曲线。其中a0是设计工况点,n0是设计工况时水泵的转速,同时n0也代表设计工况时水泵的特性曲线,r0是设计工况时供水管路阻力特性曲线,其他符号的含义同文献[2]中公式(1)的注释。

变压变频供水系统的节能控制方法

图2 定压变频水泵性能曲线

根据水电比拟原理,最不利供水点的水路压降方程(吉尔霍夫回路水压定律)为公式(1):

变压变频供水系统的节能控制方法 (1)

在公式(1)中,特地把最不利用水点的龙头的供水压头变压变频供水系统的节能控制方法提出来,它就是图2上点a0和点a00之间的压差变压变频供水系统的节能控制方法
由公式(1)得出公式(2):

变压变频供水系统的节能控制方法 (2)

公式(2)中压降分两部分:一部分是在最不利用水点水路末端龙头前(n-1)个阻力元件的综合阻力系数si[i=1~(n-1)]不变的阻力元件上面造成的压降总合变压变频供水系统的节能控制方法

,它的数值和流量的平方成正比,特性曲线如图2上的r00所示;另一部分是随末端龙头开度变化而变化的压降,即最不利用水点龙头的供水压头变压变频供水系统的节能控制方法,理想情况,

变压变频供水系统的节能控制方法。加上这部分压降,水系统的管道阻力特性变为r0,也就是公式(2)描述的特性曲线。
为了在水泵出口把这两部分压降区分开来,把公式(2)改造为公式(3):

变压变频供水系统的节能控制方法 (3)

式中:
ss0t——最不利用水点水路末端龙头前(n-1)个阻力元件的综合阻力系数si[i=1~(n-1)]不变的阻力元件上面造成的压降总合,折合到水泵出口的管道不变综合阻力系数,pa·s2/m6。
公式(3)描述的管道特性曲线也是如图2上r00。
为了实际测量确定最不利用水点水路末端龙头前(n-1)个阻力元件的综合阻力系数si[i=1~(n-1)]不变的阻力元件上面造成的压降总合,折合到水泵出口的管道不变综合阻力系数为ss0t,从公式(1)~(3)可以看出,只要先测量出供水系统最不利用水点的自然压头h0,它可以从供水系统图纸上查得或小区地形图上查得,测量出某一个固定工况的水泵扬程δpp、流量l1和最不利供水水路末端龙头上的供水水头变压变频供水系统的节能控制方法,就可以从公式(1)~(3)计算出ss0t。如果变工况控制过程中水泵的扬程δpp设定在最理想的状态,即在最不利的用水点龙头上有(3~5)mh2o的供水水头,那么水泵变工况设定扬程δpp由公式(4)计算:

变压变频供水系统的节能控制方法 (4)
这种控制过程应当是这样的:瞬间流量从图1上水泵出口总管上的流量变送器f采集,水泵扬程δpp由公司(4)计算设定,变频器跟踪水泵扬程δpp,那么水泵就会在图2上的比较节能的变压变流量工况点c0运行。显然,变频器的频率控制系统是随设定水泵扬程δpp而变的随动控制系统。
由于小区用水点用水的时、空和用水量的随机性,能够引起管道的折合不变综合阻力系数ss0t在不同负荷率、不同时段有所变化,因此要在不同的时段、不同负荷率时,测量出最不利用水点龙头前高峰、平均、低谷用水段供水压头的值、流量和水泵扬程三参数,并根据公式(1)~(3)计算出不同用水段的ss0t平均值,然后在实际控制中,不同负荷率段选用不同的ss0t平均值,用公式(4)计算水泵在该工况的扬程设定值,进行变频器的随动控制。
显然这种变压变频变流量供水系统结构,克服了恒压变频变流量供水系统结构上不节能属性的缺点,同时克服了压力变送器安装在最不利用水点处采集压力信号的变压变频变流量的供水系统结构带来的系统构成复杂、初次投资高的缺点,具有各个龙头供水压头基本在一个小的范围变化、系统供水质量和安全性高的优点。但却牺牲了压力变送器安装在最不利用水点处采集压力信号的变压变频变流量系统在任何工况最不利用水点的供水压头都恒定在(3~5)mh2o、且供水压头数值确定的优点。

3 结束语
(1)一种改变恒压供水系统的结构不节能的属性的简单方法是改变水泵变频控制软件,使系统变为有节能属性的变压变流量水系统结构。
(2)一种改变恒压供水系统的结构不节能属性的简单方法构成变压变流量水系统,克服了文献[2]提供方案的缺点,但却带来了最不利用水点供水压头波动稍大而不确定的问题。

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