買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 本科畢業(yè)論文（設計） 論文題目 : 變頻器在礦區(qū)節(jié)能供水 系統(tǒng)中的應用 學生姓名： 所在院系： 所學專業(yè)： 導師姓名： 完成時間： 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 摘 要 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對礦區(qū)供水的數(shù)量、質量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。我國礦區(qū)尤其是老礦區(qū)供水自動控制系統(tǒng)配置相對落后，機組的控制主要依賴值班人員的手工操作。控制過程繁瑣，而且手動控制無法對供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時作出恰當?shù)姆磻?。為了保證供水，機組通常處于超壓狀態(tài)運行，不但效率低、耗電量大，而且礦區(qū)管 網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，曝損也十分嚴重。 本論文結合我國供水的現(xiàn)狀，設計了一套基于 變頻調速恒壓自動控制供水系統(tǒng)。變頻調速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、壓力傳感器以及控制柜等構成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 4 臺電動機的起動、運行與調速，采用循環(huán)使用的方式運行。 在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調節(jié)是通過變頻器改變電源的頻率 f 來改變電機的轉速 n，從而改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。分析水泵工況的能耗比較圖，可以看出利用變頻調速實現(xiàn)恒壓供水，當轉速降低時，流量與轉速成正比，功率以 轉速的三次方下降，與傳統(tǒng)供水方式中用閥門節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，節(jié)能效果明顯。 關鍵詞 : 變頻調速，恒壓供水 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ LC to s of of of of of to of in of in is in in of is of is on of of is t of in of It t in of u in of of is is of is in On of in of in a of by is up of is a to To up of by in of of At it of a of of in is of of if of is of of of So of on is is to 文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 目 錄 1 緒論 . 泵電機的調控技術 .速節(jié)能 . . 1 用的調速方式 . 泵恒壓供水系統(tǒng)中的關鍵問題和本文的主要研究內容 多泵恒壓 供水的關鍵問題 . . 本文的主要研究內容 . . 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)能耗機析 7 泵理論及水泵工況點確定的研究 . . . 7 泵的工作參數(shù) . . 水泵理論工況點的確定 . . 9 泵工況的調節(jié) . 10 頻調速恒壓供水系統(tǒng)能耗機理分析 . . 水泵工況的調節(jié)程 . 11 速范圍的確定 . . 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 .統(tǒng)的方案設計及具體要求 . . 統(tǒng)的方案設計及具體要求 . . 供水系統(tǒng)的總體方案設計 . . . 供水系統(tǒng)的具體要求 . . 總體設計方法 . .統(tǒng)硬件設計 . . 硬件電路設計 . . 系統(tǒng)控制電路設計 . . 系統(tǒng)軟件設計及變頻器主要功能的預置 . . 結束語 . 19 致謝 .考文獻 . . .文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 1 緒論 礦區(qū)傳統(tǒng)供水系統(tǒng)由交流接觸器接通外電運行，全部機組的控制都依賴人工進行手工操作，接觸器控制過程繁瑣，手動控制系統(tǒng)無法對供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時作出恰當?shù)姆磻?，機組 通過自藕降壓啟動，電流對機組的沖擊較大，而且為保證供水，機組通常處于超負荷運行狀態(tài)，不但效率低、耗電量大，而且礦區(qū)管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，曝損也十分嚴重。另外礦區(qū)用水過程中存在不同時間段用水量不均現(xiàn)象。如果不對供水量進行調節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動也會很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故，同時也浪費了大量能源。 針對上述問題，本課題采用 變頻調速技術 ， 研制 出 制變頻調速自動恒位、恒壓供水系統(tǒng)，對礦區(qū)供水 進行 技術改造，保留其原有的手動控制系統(tǒng)，分別增加一臺 變頻器及輔助控制單元，與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。并通過與上位機的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)上傳到上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、管理與狀態(tài)監(jiān)控，每天 24 小時不間斷按預先設定的水位及水壓恒定地向礦區(qū)供水，保證了礦區(qū)的不間斷生產(chǎn)和消防。通過該 控制系統(tǒng) 的應用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設備維護，降低維修成本 ;而且提高了整個礦區(qū)的生產(chǎn)調度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于礦區(qū)節(jié)能供水的自動化技術改造在我國有著廣泛的應用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值 1。 泵電機的調控技術 在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設備的維護管理費用，在生產(chǎn)成本中占有很大的比例 ;水泵電機作為一種高耗能通用機械，其耗電量占全國總耗電量的21%以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉速運行下的電機。因此，這種調控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看，很不經(jīng)濟。近年來，電機調速技術的應用，為水泵電機的節(jié)能開辟了一個新途徑。它可以通過調節(jié)電動機的轉速來適應水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵 能耗，合理地進行設備管理與維護，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟效益具有極其重要的意義。 速控制節(jié)能分析 水泵的設計負荷是按最不利條件下最大時流量及相應揚程設定的。但實際運行中水泵每天只有很短的最大時流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚程也因流量和水位的變化而變化。因此水泵不能總保持在一個工況點，需要根據(jù)實際情況進行控制。通常采用的方法有閥門控制和調速控制。閥門控制是通過增加管道買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量 ;而電動機調速控制可以通過改變水泵電動機的轉速來變更水泵的工況點，使 其流量與揚程適應管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達到節(jié)能效果。 由流體力學可知，水泵給管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率 P 與管網(wǎng)的水壓 H 及出水流量 Q 的乘積成正比 ;水泵的轉速 n 與出水流量 Q 成正比 :管網(wǎng)的水壓 H 與出水流量 Q 的平方成正比。由上述關系有，水泵的輸出功率 P 與轉速 n 的三次方成正比，即 : （ 1） （ 2） 23（ 3） 3 （ 4） 式中 k， 數(shù)。 圖 1 變頻調速節(jié)能原理圖 當系統(tǒng)出水流量減小時，通過變頻調速裝置將供水水泵轉速調小，則水泵的輸出功率將隨轉速的變化而減小。變頻調速節(jié)能原理圖如圖 1 所示。圖中曲線1, 2, 3 為管網(wǎng)阻力特性曲線，曲線 4 為水泵轉速為 的運行特性曲線，曲線 5為水泵轉速為 的運行特性曲線。 水泵原來的工作點為曲線 3 和曲線 4 的交點 A，此時出水流量為 網(wǎng)壓力為 水泵轉速為 當系統(tǒng)的出水流量減小到 ，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線 1，曲線 1 和曲線 4 的交點 B 為 運行工作點。此時管網(wǎng)壓力為 泵的輸出功率正比于 于 1 高出的壓力能量被浪費了，同時過高的壓力對管網(wǎng)和設備還可能造成危害。如采用變頻調速裝置，將此時水泵的轉速調至 線 5 和曲線 2 的交點 C 為水泵的運行工作點。調速后管網(wǎng)的壓力仍保持為 水流量為 泵的輸出功率正比于 H1 x 圖中可見陰影部分正比于浪費的功率輸出。例如，當 80%時，通過調速將 為 80%則水泵的輸出功率 如不采用調速控制， 能買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 量將被浪費， 可見變頻調速的 經(jīng)濟效益十分可觀 2。 用的調速方式 水泵多配用交流異步電機拖動，當電機轉速降低時，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟效益十分顯著。由異步電動機的轉速公式 : )1(60)1(0 （ 5） 式中， n。 一 異步電動機的同步轉速 ， r/ n 一 異步電動機轉子的轉速 r/P 一電動機的磁極對數(shù) ; f 一電源頻率，電動機定子電壓頻率 ; S 轉速差， S=00n 100% 改變電動機極對數(shù) P、改變轉速差 S 及改變電源頻率 f 都可以改變轉速。 （ 1）變級對數(shù)調速 在電源頻率不變的條件下，改變電動機的極對數(shù)，這種電動機稱多速電動機。其轉子均采用籠型轉子，其轉子感應的極對數(shù)能自動與定子相適應。這種電動機在制造時，從定子繞組中抽出一些線頭，以便于使用時調換。如圖 2 將兩個半相繞組 生兩對磁級。 圖 2 極對數(shù)為 2 若將 U 相繞組的一半相繞組 圖 3 將產(chǎn)生一對磁極。 以電動功機一相繞組為例 ,只要改變定子繞組的連接方法，就可以成倍地改變磁極對數(shù) P。 就可以得到 000, 1500, 1000 r / 不同的同步轉速，從而得到不同的轉子轉速。這種調控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有極調速，而且級差比較大，只適用于特定轉速的生產(chǎn)機器。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 圖 3 極對數(shù)為 1 （ 2）變頻調速 變頻調速是將電網(wǎng)交流電經(jīng)過變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調的交流電，然后供給電動機，使其可在變速的情況下運行。改變電動機定子頻率廠可以平滑地調節(jié)同步轉速 應地也就改變 轉子轉速 n，而轉差率 S 可保持不變或很小。但對電動機來說，定子頻率改變后，其運行影響，如果電壓不變，頻率增加時，磁通減少，電動機轉矩下降，嚴重時會使電機堵轉 :頻率增減少，磁通增加，會使磁路飽和，勵磁電流上升，導致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許的。因此，在實用上，要求調頻的同時，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉矩不變。 實現(xiàn)調頻調壓的電跳有兩種 :交一直一交變頻器，交一交變頻器 3，見圖 4, （ 1） 交一直一交變頻器 它是山三個環(huán)節(jié)組成 :可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交 流電路變?yōu)殡妷嚎烧{的直流電 ;可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調的交流電 ;濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進行濾波。 在 交一直一交變頻器中，根據(jù)濾波方式不同，又有電壓型變頻器和電流型變頻器。 近年來，由于電力電子器件和微機控制技術的發(fā)展，脈沖寬度調制型 (簡稱變頻器技術獲得了飛速的發(fā)展。 頻器也有電壓型和電流型兩種，目前以電壓為主，由不可控整流電路、濾波電容及逆變電路組成。他不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧 波功能，是一種比較理想的方式。 變頻技術對水泵電動機進行調速，以獲得優(yōu)良的運行特性和明顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術。 （ 2） 交一交變頻器 它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 圖 4 變頻器種類 調節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調的交流電輸出。 交一交變頻器由于直接交換，減少換流電路減少損耗，效率高，波型好，但調速范圍小，控制線路復雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。 （ 3）可控硅串級調速 它是把異步電動機轉子電勢經(jīng)過整流一逆變后回饋給電網(wǎng)差功率。當改變逆變角時，逆變 電勢、轉差功率、，回收功率就是轉轉差率都將隨之改變，從而達到調速的目的。 圖 5 串級調速系統(tǒng) 由圖 5 可知，電動機運行時經(jīng)氣隙傳送到轉子的電磁功率 部分成為機械功率 一 S)，另一部分則成為轉差功率 動機正常運行時，轉差功率在轉子回路中以熱的形式損耗掉，因為此時的轉差率 S 很小，轉差功率也很小，但在調速時，隨著轉速的降低，轉差率升高，轉差功率也直線上升，可控硅串級調速就是把這部分功率取出來，然后回送到電網(wǎng)，從而大大提高電動機低速運行時的效率。 串級調速的最大優(yōu)點是由于它可以回 收轉差功率，節(jié)能效果好，且調速性能也好，但出于線路過于復雜，還需一臺與電動機相匹配的變壓器，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，帶來了成本高，占水泵房面積大等缺點而影響它的推廣價值。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 泵恒壓供水系統(tǒng)中的關鍵問題和本文的主要研究內容 泵恒壓供水系統(tǒng)中的關鍵問題 交流異步電動機直接起動所產(chǎn)生的電流沖擊和轉矩沖擊會給供電系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)帶來不利影響，故對于容量較大的異步電動機一般都要采用軟起動方案。采用變頻器帶動電機從零速開始起動，逐漸升壓升速，直至達到其額定轉速或所需的轉速，此時變頻器同時承擔了 軟啟動的任務。變頻軟起動的優(yōu)點是由于采用電壓 /頻率按比例控制方法，所以不會產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉矩的起動力矩，故特別適合于需重載或滿載起動的大功率水泵電機。 多泵恒壓供水系統(tǒng)為了提高變頻器的使用效率，減少設備的投入費用，常采用一臺變頻器拖動多臺電機變頻運行的方案。當變頻器帶動電機達到額定轉速后，就要將電動機切換到工頻電網(wǎng)直接供電運行，變頻器可以再去起動其他的電動機。這樣就不可避免地要進行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作 . 礦區(qū)用水，在不同時段的用水量具有明顯的差異，樣夜負荷變化較大，為保障正常 供水，必須解決壓力不斷減弱和不穩(wěn)定問題。目前通常采用恒速泵組切換加壓供水、組合泵二次加壓供水和高位水塔供水等方式。在這些供水方式中，因供水拖動電機一直處于高速運行而造成較大的能量損耗。因而在設計思想上以查詢方式為主，中斷方式為輔，采用模糊控制法對系統(tǒng) P I D 參數(shù)進行整定，這樣大大提高了系統(tǒng)的適應性，使用戶減少了調試的工作，同時系統(tǒng)的體積很小，抗干擾能力大大增強 。 文的主要研究內容 經(jīng)過系統(tǒng)的調研和分析，并結合礦區(qū)的生產(chǎn)實際，本次研究的主要內容和目標是基于 單臺變頻器拖動多臺電機變頻運行 的恒壓供水自適應平衡控制系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)利用變頻器實現(xiàn)水泵電機的軟起動和調速，摒棄了原有的自藕降壓起動裝置，同時把閥門控制和水泵電機控制都納入自動控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的操作控制實現(xiàn)微機自動化管理，設備管理達到最優(yōu)效果，運行調節(jié)達到最佳節(jié)能，運行參數(shù)有記錄。具體而言，論文包括以下內容 : (1) 對水泵電機的調控技術進行分析和比較，并對多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關鍵問題進行了論述 ;在此基礎上，提出了本文的主要研究內容和研究方法。 (2) 從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點 (工況點 )的確定方法和水泵工況調 節(jié)的幾種常用方法。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。本文重點對變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得出一些有益的結論。 (3) 介紹了基于 變頻調速恒壓自動控制供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺變頻 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 器拖動多臺水泵電機變頻運行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng) 理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調整大功率電機轉速，改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。重點對變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的構成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設計和 序設計進行研究。 2 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)能耗機理分析 隨著我國城鎮(zhèn)化建設的飛速發(fā)展，城市人口和城市居民的不斷增加，城市供水不足成為一種普遍現(xiàn)象，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展和人民生活的需要。自八十年代以來，變頻調速恒壓供水技術開始應用于我國許多城市的自來水公司。變頻調速恒壓供水技術不僅能夠保證城市供水的穩(wěn)定，而且可以節(jié)約能源。和城市供水相比，礦區(qū)用水也有相同的特點在不同時段的用水量具有明顯的差異，晝夜負荷變化較大，為保障正常供水，必須解壓力不斷減弱和不穩(wěn)定問題目前通常采用恒速泵組切換加壓供水、組合泵二次加壓供水和高位水 塔供水等方式。供水等方式。在這些供水方式中，因供水拖動電機一直處于高速運行而造成較大的能量損耗。為了解決礦區(qū)供水水壓不穩(wěn)及節(jié)能等問題，我們設計了基于采用變頻調速節(jié)能恒壓供水系統(tǒng)。 據(jù)統(tǒng)計若采用變頻調速技術來改變流量，可節(jié)約 20其節(jié)能效果相當可觀。采用變頻調速恒壓供水系統(tǒng)和傳統(tǒng)恒速泵供水系統(tǒng)、水塔高位水箱供水系統(tǒng)、氣壓罐供水系統(tǒng)相比，具有水壓穩(wěn)定、維護方便、占地面積小、節(jié)約能源和減少討水泵機組設備的沖擊等優(yōu)點 4。在討論變頻調速恒壓供水的節(jié)能機理之前，有必要討論分析水泵及水泵工況調節(jié)等相關 理論。 泵理論及水泵工況點確定的研究 水泵廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中，但在供水行業(yè)中普遍采用的離心式葉片泵，也稱離心泵。離心泵屬于高揚程葉片泵，是利用葉輪旋轉時產(chǎn)生離心力的原理工作的。離心泵在起動前必須使泵和進水管中充滿液體，當葉輪在泵殼內高速旋轉時，液體質點在離心力作用下被甩向葉輪外緣，并匯集到泵殼內，使液體獲得動能和壓能，并沿著出水管輸送出去。 泵的工作參數(shù) 水泵工作參數(shù)共有六個，即 :流量、揚程、功率、效率、轉速及允許吸上真空高度或氣穴余量。在六個參數(shù)中，流量、揚程和轉速是基 本參數(shù)，只要其中一個發(fā)生變化，其余參數(shù)都會按照一定的規(guī)律發(fā)生相應的變化。 （ 1）流量 Q 水泵流量是指水泵在單位時間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質量流量兩種。以 L/s(升 /秒 )、 m3/s(米 3/秒 )、 m3/h(米 3/小時 )、 kg/s(千克 /秒 )、買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ t/s(噸 /秒 )等表示。 （ 2） 揚程 H 水泵揚程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質量液體的總能量，可以由水泵進水口、出水口斷面上的單位總能量 2 的差值表示，其單位以 m 計。水泵揚可用下式表示為 )(2122121212 （ 6） 式中， 分別為真空表測壓點、壓力表零位點至基準面的垂直距離 ,低于基準面時取負值 (m ); 分別為真空表、壓力表讀數(shù) (m) ， 分別為水泵進水口、出水口斷面的流速水頭 (m)。 （ 3） 功率 水泵功率有以下兩種，有效功率 軸功率 效功率 泵內液體實際所獲得的凈功率 (可以根據(jù)流量和揚程來計算。 1000（ 7） 式中并 液體的比重 (Q 液體的流量 (m3/s);H 水泵的揚程(m)。 軸功率 水泵在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即由動力機 傳給水泵軸上的功率 (軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功功率。 1 0 01 0 0 0%1 0 0 r Q N（ 8） 式中， 水泵效率 (%) （ 4）效率 有效功率與軸功率的比值為效率 。 100% （ 9） 水泵效 率標志著水泵傳遞能量的有效程度，亦即反映了泵內功率損失的大小，是一項重要的技術經(jīng)濟指標。它由泵內水力效率、機械效率及容積效率等三個局部效率組成。 1)機械損失與機械效率 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 機械損失包括軸與軸承的磨擦損失、軸與填料函的磨擦損失以及葉輪在水中旋轉時引起的損失即輪盤損失。水泵克服了機械損失之后，把剩下的功率傳給所抽的水，這部分功率叫做水功率 （ 10） 式中 ， 流過葉輪的全部流量 ;q 漏損量 ; 水泵理論揚程。 機械損失的大小用機械效率表示 P100% （ 11） 2）容積損失與容積效率 在流過葉輪的全部流量 (Q+q)中，除了出水量 Q 外， 另有一部分流量 q， 經(jīng) 過減漏環(huán)的間隙或軸流泵葉輪外緣與泵殼的間隙流回進水側，以及經(jīng)過填料函滲 出泵外，流量 q 帶走的功率為 （ 12） 剩下的功率是 P 13） 容積損失 r ，表示 %100P（ 14） 將式 10,11,12,13 代入上式得 %1 0 0 H （ 1（ 5）轉速 n n 是指葉輪每分鐘的轉數(shù)。水泵銘牌上所標明的額定轉速是設計工況時的轉速，當轉速改變后，水泵工作性能也隨著改變。 （ 6）上真空高度 者是表征水泵吸水性能曲線或氣穴性能的參數(shù)，它們是確定水泵安裝高度和評述水泵發(fā)生氣穴與氣蝕問題的主要參數(shù)。 泵理論工況點的確定 水泵工作點 (工況點 )是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應的效率、功率等參數(shù)。 如果把某一水泵的性能曲線 (即 線 )和管路性能曲線畫在同一坐標系中圖 6 ，則這兩條曲線的交點 A,就是水泵的工作點。工作點 A 是水泵運行的理想工作點，實際運行時水泵的工作點并非總是固定在 A 點。若把水泵的效率曲線 Q 也畫在同一坐標系中，在圖 2可 以找出 A 點的揚程場、流量 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 效率 A。 圖 6 水泵工作點的確定 從圖 6 中可以看出，水泵在工作點 A 點提供的揚程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達到能量和流量的平衡，這個平衡點是有條件的，平衡也是相對的。一旦當水泵或管路性能中的一個或同時發(fā)生變化時，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。另外確定工作點一定要保證水泵裝置在高效率范圍內運行 5。 工作點的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設計和運行管理中一個重要問題。 泵工況的調節(jié) 在 選擇和使用水泵的實踐中，常常會出現(xiàn)確定的工作點偏離水泵設計工作點 較遠，以至引起水泵裝置效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴重的氣穴現(xiàn)象，這就必 須采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要 求。這種方法叫做水泵工況的調節(jié)。現(xiàn)將常用的幾種調節(jié)方法分述如下 5。 (1)車削調節(jié) 沿外徑車小離心泵的葉輪，可以改變水泵的性能曲線，從而擴大水泵的使用范圍，這種方法稱為車削調節(jié)。離心泵葉輪車削不能超出某一范圍，否則原來的構造被破壞，使葉片末端變粗，使葉輪和泵殼之間間隙過大，增加回流損失，以致水利效 率降低。因而使用單位一般不采用這種調節(jié)方法來改變水泵工作點。 (2)變角調節(jié) 通過改變葉片安裝角，使水泵性能曲線改變的方法成為水泵工況的變角調節(jié)，它適用于葉片安放角可以改變的軸流泵及混流泵，并不適合離心泵，因此這里不作詳述。 (3)節(jié)流調節(jié) 對于出水管路中裝有閘閥的水泵裝置來說，當把閘閥關小時，由于在管路中增加了一個局部阻力，則管路性能曲線變陡，于是，其工作點就沿著水泵的H Q 曲線朝著流量減小的方向移動。閘閥關得越小，附加阻力越大，流量就買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 變得越小。這種通過關小閘閥來改變水泵工作點位置的方法，稱為節(jié) 流調節(jié)。 圖 7 恒速泵工況節(jié)流調節(jié)圖 從圖 7 可以看出，恒速泵水泵的初始工作點在 A 點，水泵提供的揚程、流量恰好與管路所需的水頭、流量相等。由 的軸功率。 當管網(wǎng)所需流量減少時，即從 至 須把水泵出水口閘閥關小來減少水泵出水流量，使之與管網(wǎng)所需流量相等，否則會造成管網(wǎng)過載而造成爆管的危險。當把閘閥關小時，由于在管路中增加了一個局部阻力，則管路性能曲線變陡，管網(wǎng)特性曲線由曲線 1 變?yōu)榍€ 2，水泵的工作點則沿著水泵性能曲線由A 點移至 B 點，此時工 作點 B 的軸功率即為 B，四點所圍的面積。 當把閘閥關小時，水泵所供應的能量有一部分消耗于克服閘閥的附加阻力，造成額外損失。節(jié)流調節(jié)雖不經(jīng)濟，也不準確，但由于簡單、易行，在水泵性能試驗中，仍被廣泛使用。在實際生產(chǎn)中，可用來防止過載和氣蝕。 （ 4）變速調節(jié) 變速調節(jié)是通過改變水泵的轉速，可以使水泵性能曲線改變，達到調節(jié)水泵工況以擴戈水泵使用范圍的目的。變速調節(jié)就是對水泵相似理論的應用。得到 2222112 （ 16） 式 (15)所表示的曲線稱為相似工況曲線。 頻調速恒壓供水能耗機理分析 泵工況的調節(jié)過程 交流電動機的轉速 n 與電源頻率 f 具有的關系如下 : )1(60)1(0 （ 17） 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 式中， 因此不改變電動機的極對數(shù)，只改變電 源的頻率，電動機的轉速就按比例變動。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機的轉速 以使水泵性能曲線改變，達到調節(jié)水泵工況目的。 當管網(wǎng)負載減小時，通過 低交流電的頻率，電動機的轉速從 低到 外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉速 n，可使供水泵流量Q,揚程 H 和軸功率 N 以相應規(guī)律改變。 1212 / （ 18） 21212 / （ 19） 從上述比例律公式中消去 2 1就得到式 (15) 2 式是頂點在坐標原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。 在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機的轉速 n，從而改變水泵性 能曲線得以實現(xiàn)的。其工況調節(jié)過程可由圖 8 來明。 圖 8 變頻調速恒壓供水水泵工況調節(jié)圖 如圖 8 所示 :水泵運行上況點 D 是泵的特性曲線 管路曲線 交點。用閥門控制時山于要減小流量而關小閥門，使閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從R 移到 R 1，揚程則從 到 量從 小到 運行工況點從 D 點移到 A 點。 用調速控制時，阻力曲線 R，原樣小變，泵的特性取決于轉速，如果把速度從 1，特性曲線也從 到 果運行工況點從 D 點移到 C 點，揚程從 H 下降到 量從 小到 根據(jù)公式求出運行在 A 點、 C 點水泵的車由功率兩者差為式 19: 1 0 2)( 311 （ 19） 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 也就是說用閥門控制流量時有 P 功率是被浪費掉的。而且隨著閥門小斷關小這個損耗還需要增加。用轉速控制時流量 Q、揚程 H、功率 P 和轉速 N 之間的關系可寫為式 20: 1212 21212 31212 （ 20） 即可概括為 :流量 Q 與轉速 N 成正比 ;揚程 H 與轉速 N 的平方成正比 ;軸功率P 與轉速 N 的立方成正比。由以上分析可知，利用變頻調速實現(xiàn)恒壓供水，當轉速降低時，功率以轉速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能 7。 速范圍的確定 考察水泵的效率曲線 Q 曲線，水泵轉速的工況調節(jié)必須限制在一定范圍之內，也就是不要使變頻器頻率下 降得過低，避免水泵在低效率段運行。水泵的調速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚程規(guī)定，當選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調速范圍，在根據(jù)用戶的揚程確定具體最低調速范圍，在實際配泵時揚程設定在高效區(qū)，水泵的調速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40上，也就是說轉速下降在 20%以內，在此范圍內，電動機的負載率在50%圍內變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。 3 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 的方案設計及具體要求 水系統(tǒng)的總體方案設計 礦區(qū)用水，在不同時段的用水量具有明顯 的差異， 晝 夜負荷變化較大，為保障正常供水，必須解決壓力不斷減弱和不穩(wěn)定問題。目前通常采用恒速泵組切換加壓供水、組合泵二次加壓供水和高位水塔供水等方式。在這些供水方式中，因供水拖動電機一直處于高速運行而造成較大的能量損耗。為了解決礦區(qū)供水水壓不穩(wěn)及節(jié)能等問題，我們設計了基于 節(jié)能恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模糊控制算法，將 交流變頻調速技術相結合，可實現(xiàn)礦區(qū)供水系統(tǒng)的節(jié)能改造。 采用 4臺變頻調速裝置構成一個完整的微機控制恒壓供水系統(tǒng)，如圖 9所示。系統(tǒng)通過調節(jié)供水量，保證管網(wǎng)壓力恒定（誤差 實現(xiàn)恒壓變量控制供水方式，從而達到節(jié)能、節(jié)水的目的，滿足礦區(qū)用水需要。 水系統(tǒng)的具體要求 買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ (1)水泵能自動變頻軟起動 4 臺水泵自動變頻軟起動，并根據(jù)用水量大小自動調節(jié)開泵臺數(shù)。 圖 9 恒壓變量供水系統(tǒng) 閥 (2)電控自動狀態(tài)時， 4 臺水泵自動輪換變頻運行，工作泵故障時備用泵自動投人，可轉換自動或人工手動開、停機。 (3)設備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護功能，具有相序保護防止水泵反轉抽空，并具有缺水保護及水位恢復開機 功能。 (4)有設備工作、停機、報警指示。 體設計方法 采用一臺變頻器控制 4 臺水泵的“一控四”切換方案。以西門子 6頻器為控制核心，采用變頻率控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對用戶管網(wǎng)壓力進行實時采樣，并與設定壓力值比較，根據(jù)壓力偏差來控制變頻泵的速度及定量泵的起、停，實現(xiàn)恒壓變量的供水方式，從而更好地達到節(jié)能、節(jié)水的效果。當用戶管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，控制器通過壓力傳感器檢測，輸出控制信號起動其中一臺水泵作變頻運行，通過控制變頻泵使用戶管網(wǎng)壓力與設定 壓力值相等。如用戶用水量較大，變頻器輸出頻率為 50 頻泵轉速達到最高，礦區(qū)管網(wǎng)壓力低于設定壓力，控制器將變頻泵切換成工頻運行，待變頻器輸出頻率下降至最低值時再接通另一臺水泵，由一臺工頻泵和一臺變頻泵同時供水。經(jīng)過變頻泵的調節(jié)，如管網(wǎng)壓力仍低于設定值，控制器以同樣的方式將運行頻率為 50 變頻泵切換成工頻運行，而后繼續(xù)起動另外一臺水泵作變頻運行，直至滿足用戶用水要求。 當?shù)V區(qū)用水量較少，變頻泵轉速降到一定程度時，控制器自動停止最先運行的定量泵，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調整變頻泵轉速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。 這樣每臺水泵的起動均經(jīng)變頻器控制，全部機組實現(xiàn)循環(huán)軟起動，即每臺泵的起動頻率都從設定的最低頻率開始逐漸上升，并遵循“先開的泵先停，先停的泵先開”的買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 原則。當外來管網(wǎng)壓力達到設定壓力值時，則控制器完全停止各泵工作，由外界管網(wǎng)直接向用戶供水 。 統(tǒng)硬件設計 件電路設計 （ 1）本系統(tǒng)的硬件電路如圖 10 所示，它由 4 臺離心水泵，一臺智能型電控柜（包括西門子變頻器、 流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、缺水保護器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構成。該系統(tǒng)的核心是 66水泵專用變頻器，擴展功能強 成了 14 點輸入 /10 點輸出，共有 24 點數(shù)字量 I/0，其模擬量擴展模塊具有較大的適應性和靈活性，且安裝方便，滿足設計需要。 （ 2）供水系統(tǒng)主電路 如圖 11 所示，該系統(tǒng)有 4 臺電動機，分別拖動 4 臺水泵。合上空氣開關后，當交流接觸器 1357觸點閉合時，水泵為工頻運行；當 268觸點閉合時，水泵為變頻運行。 4 個熱繼電器 14 臺電動機進行保護，避免電動機在過載時可能產(chǎn)生的過熱 損壞。 統(tǒng)控制電路設計 水系統(tǒng)控制電路 如圖 12 所示， 出軟繼電器觸點，其中 制變頻運行電路； 制工頻運行電路。 轉換開關，實現(xiàn)手動、自動控制切換。當 在手動位時，通過 14 臺水泵工頻運行當 自動位時，由 制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行。 1缺水保護電路的中間繼電器觸點，當水池缺水或水位不足時，配合缺 水保護裝置斷開控制電路，切斷主電路，實現(xiàn)缺水保護作用。 變頻器控制模塊電路 變頻器控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它包括時間控制電路、缺水保護電路、斷相相序保護電路，如圖 13 所示。 時控器的繼電器，該時間控制電路可實現(xiàn) 6 個時段的定時開關機控制和定時換泵功能。 (1)缺水保護電路 當水池缺水或水位不足時，若不及時切斷電源就會損壞水泵，甚至發(fā)生事故。本系統(tǒng)設置了缺水自動保護電路，如圖 14 所示。利用液位繼電器等裝置時刻檢 測水池里的水位，經(jīng)電路轉換及處理后對控制回路電源進行控制。水池 水位正常買文檔就送您 01339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 時，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時，液位繼電器1K 釋放，系統(tǒng)報警、指示燈亮并通過 1斷系統(tǒng)控制電路及主電路，水泵停止。待排除故