江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 摘要 節(jié)能降耗是當(dāng)今我國(guó)最緊迫的任務(wù)之一，國(guó)家制定了中長(zhǎng)期節(jié)能規(guī)劃和“十 一五 十大重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見(jiàn)，水泵作為我國(guó)重要的通用機(jī)械和耗能設(shè)備被 列入其中。通過(guò)對(duì)泵水力性能的改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)提高泵本身效率的空間有限，而通過(guò) 控制或優(yōu)化泵的運(yùn)行方式可大大地減低水泵運(yùn)行能耗。上世紀(jì)9 0 年代提出的變頻 變壓運(yùn)行作為一種較為理想的運(yùn)行方式已成為當(dāng)f j 國(guó)內(nèi)泵領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文 就水泵系統(tǒng)變壓節(jié)能運(yùn)行機(jī)理及其控制策略進(jìn)行了較深入的研究，主要的研究工 作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1 在全面系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于變壓運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，根據(jù)其實(shí)現(xiàn)過(guò)程不同， 首次將采用變頻變壓供水的系統(tǒng)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用水需求變化規(guī)律確定的系統(tǒng)， 第二類(lèi)是用水需求變化規(guī)律不確定的系統(tǒng)，并分別對(duì)兩者的運(yùn)行原理、節(jié)能效果 和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。 2 首次將變壓供水技術(shù)應(yīng)用于用水需求規(guī)律確定的變域精確系統(tǒng)中，成功地 解決了以往采用機(jī)械式變量噴頭技術(shù)實(shí)現(xiàn)變域精確噴灑所存在的能耗高，通用性 差的缺點(diǎn)。 3 在對(duì)用水需求變化規(guī)律不確定的系統(tǒng)變壓運(yùn)行機(jī)理的研究中，發(fā)現(xiàn)采用目 前常用的最不利點(diǎn)恒壓供水方式仍具有一定的節(jié)能空間。若根據(jù)實(shí)際的流量值來(lái) 調(diào)整最不利點(diǎn)的壓力，即以流量為指標(biāo)，當(dāng)流量增大時(shí)，則設(shè)定值應(yīng)按某算法增 大的方法可大大降低能耗。本文首次建立了分流量段變壓供水的方法，試驗(yàn)表明， 用本方法能實(shí)現(xiàn)在滿足供水需求的同時(shí)，較之最不利點(diǎn)恒壓供水更加節(jié)能。 4 基于虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，并通過(guò)經(jīng)典辨識(shí)法和m a t l a b 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱對(duì)水 泵供水系統(tǒng)模型進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)節(jié)量較小時(shí)，可用一個(gè)一階的線性過(guò) 程模型來(lái)代替供水模型，但由于變壓供水負(fù)荷變化較大，需要采用非線性模型來(lái) 近似。利用試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)所擬合的函數(shù)，建立了供水系統(tǒng)的非線性模型，通過(guò)仿 真結(jié)果表明，該模型具有較好的近似程度。 5 在控制器的設(shè)計(jì)上，首次將m a t l a b 中的n c d ( 非線性控制設(shè)計(jì)模塊) 方 法應(yīng)用于供水系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)。并且與采用常規(guī)p i d 設(shè)計(jì)，模糊p i d 設(shè)計(jì)方法設(shè) 計(jì)出的控制器進(jìn)行仿真比較，結(jié)果表明與常規(guī)p i d 相e l n c d 和模糊p i d 均能較好的 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 實(shí)現(xiàn)控制功能。其中在響應(yīng)速度和超調(diào)量上，n c d 要優(yōu)于模糊p i d ，但在魯棒性上 模糊p i d 卻又優(yōu)于n c d 。 關(guān)鍵詞：變壓供水需水規(guī)律供水模型非線性控制設(shè)計(jì)模糊p i d 仿真 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 a b s t r a c t e n e r g ys a v i n ga n dc o n s u m p t i o nr e d u c t i o ni so n eo ft h em o s tu r g e n tm i s s i o ni n c h i n an o w a d a y s ，t h em i dl o n gt e r me n e r g yc o n s e r v a t i o np l a na n dt h es u g g e s t i o ni nt o p 1 0p r i o f i 哆e n e r g yc o n s e r v a t i o np r o j e c t so f ”t h ee l e v e n t hf i v e - y e a rp l a n ”o fc h i n aa r e w o r k e do u t ，f o rp u m pi su n i v e r s a l l ya p p l i e di na l m o s te v e r yf i e l do ft h en a t i o n a l e c o n o m y , a n di ti sam a i ne n e r g yc o n s u m p t i o ne q u i p m e n ti no u rc o u n t r y , i th a sb e e n i n c l u d e di nt h el i s to ft h e m t h ep u m pe f f i c i e n c yw h i c hc a l lb ei m p r o v e db yh y d r a u l i c d e s i g ni sl i m i t e d ，w h a t e v e r , t h ee n e r g yw h i c ht h ep u m pc o n s r m o sc o u l db eg r e a t l y r e d u c e db yo p t i m i z i n gt h eo p e r a t i o no ft h ep u m p t h ev a r i a b l ep r e s s u r ea c h i e v e db y m e a n so ft h ef r e q u e n c yc o n v e r t e rt r a n s f o r m e rw h i c hw a ss u g g e s t e di n1 9 9 0 sh a v e a t t r a c t e dm a n yr e s e a r c h e r si nt h ep u m pf i e l dr e c e n t l y i nt h i sp a p e r , t h em e c h a n i s mo f t h ev a r i a b l ep r e s s u r eo p e r a t i o nw a sa n a l y z e d ，t h er e s e a r c ho nt h ec o n t r o ls t r a t e g yo ft h e v a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l ys y s t e mw a sc a r r i e do u t t h em a i nw o r ka n dt h e a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 b ya n a l y z e dt h em e c h a n i s mo ft h ev a r i a b l ep r e s s u r eo p e r a t i o n ，t h ew a t e rs u p p l y s y s t e mi nw h i c ht h ev a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l yu s e dc o u l db ed i v i d e di n t ot w o w a t e rs u p p l ys y s t e m s ：t h el a wo fw a t e rr e q u i r e m e n ti sk n o w na n dt h el a wo fw a t e r r e q u i r e m e n ti su n k n o w ni na c c o r d a n c ew i t hi t s d i f f e r e n tp r o g r e s s t h eo p e r a t i o n p r i n c i p l e ，t h ee n e r g y s a v i n g e f f e c ta n dt h e i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so ft h et w o c a t e g o r i e sw e r es t u d i e d 2 t h et e c h n o l o g yo ft h ev a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l yi nt h es y s t e mw h i c ht h e l a wo fw a t e rr e q u i r e m e n ti sk n o w nw a su s e di nt h ev a r i a b l e d o m a i np r e c i s i o ns p r a y i n g a tt h ef i r s tt i m e ，a n di th a sb e e ns u c c e s s f u l l yo v e r c a m et h es h o r t c o m i n g so ft h eh j 【g h e n e r g yc o n s u m p t i o na n dt h ep o o rv e f s a t i l i t ) ，w h i c hw a sb e h a v e di nt h ev a r i a b l en o z z l e t e c h n o l o g y 3 s o m er e s e a r c hw a sd o n ea b o u th o wt h ev a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l yc o u l db e r e a l i z e di nt h ew a t e rs u p p l ys y s t e mw h i c ht h el a wo fw a t e rr e q u i r e m e n ti su n k n o w n a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sr e s u l t t h e r ei ss t i l ls o m ee n e r g y s a v i n gp o t e n t i a li nt h ew a t e r s u p p l ys y s t e mi fw er e a l i z e dt h ev a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l yb yk e e p i n gt h ep r e s s u r e o ft h ew o r s ta d v e r s ep o i n ti nw a t e rs u p p l ys y s t e mc o n s t a n t a c t u a l l yw es h o u l da d j u s t t h ep r e s s u r eo ft h en e g a t i v ep o i n ti nw a t e rs u p p l ya c c o r d i n gt ot h ef l o w ；t h a ti sw h e nt h e f l o wi n c r e a s e ，t h es e t t i n gp r e s s u r eo ft h en e g a t i v ep o i n ti nw a t e rs u p p l ys h o u l db e i n c r e a s ea c c o r d i n gt oa na l g o r i t h m ，i nt h a tw a yw ec a ns a v em o r ee n e r g y s oi n t h i s m 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 p a p e r t h en e wm e t h o dc a l l e dt r a n s f o r mt h es e t t i n gp r e s s u r eo ft h ew o r s ta d v e r s ep o i n t i nw a t e r s u p p l ya c c o r d i n gt ot h es u b f l o ws e c t i o nw a sf o u n d ，i nw h i c ht h ef l o wa r e aw a s d i v i d e di n t os e v e r a la r e a s ，i nt h es a m ea r e at h es e t t i n go ft h ep r e s s u r ev a l u ew a si ns a m e v a l u e ，b u tt h ev a l u ew a sc h a n g e dw h e nt h ea r e ac h a n g e d ，w h i c hw a sp r o v e du s e f u li n t h ew a t e r s u p p l ys y s t e mb yt e s t 4 w i t ht h eh e l po ft h ev i r t u a li n s t r u m e n t a t i o nt e s t s y s t e ma n dt h em a t l a b s y s t e mi d e n t i f i c a t i o nt o o l b o x ，t h ep u m pw a t e rs y s t e mm o d e lw a ss t u d i e d s t u d i e sh a v e s h o w nt h a tt h ew a t e rs u p p l ym o d e lc a nb er e p l a c e dw i t haf i r s t - o r d e rl i n e a rp r o g r e s s m o d e lw h e nt h el o a dw a ss m a l l a l s ot h em o d e ls h o u l da d a p tn o n l i n e a rm o d e lt o a p p r o x i m a t ef o ri t sl a r g el o a dc h a n g e si nt h ev a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs y s t e m s oi nt h e t e x t ，t h ec o r r e c t i o nm o d e la c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t aw a sf o u n d e d ，a n di tw a s p r o v e dt h a ti tc o n f o r mt or e a l i t yv e r yw e l li nt h es i m u l a t i o n 5 i nt h ec o n t r o l l e r d e s i g n ，t h en c dc n o n - l i n e a r c o n t r o l d e s i g nm o d u l e ) m e t h o d ( p r o v i d e db ym a t t a s ) w a sf i r s t l ya p p l i e di nt h ec o n t r o l l e rd e s i g no ft h e v a r i a b l ep r e s s u r es u p p l ys y s t e m ，a n dt h ec o n v e n t i o n a lp i da n df u z z yp i dc o n t r o l l e r w e r ea l s ou s e di nt h es y s t e m t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h en c da n df u z z yp i d c a na c h i e v eab e t t e rr e s u l tt h a nt h ec o n v e n t i o n a lp i dw h i c hn o wm o s t l yu s e di nt h e w a t e r s u p p l ys y s t e m t h en c d h a db e t t e rq u a n t i t yi nt h eo v e r s h o o ta n dt h es p e e do ft h e r e s p o n dt h a nt h ef u z z yp i d b u tt h ef u z z yp i dh a db e t t e rq u a n t i t yi nt h er o b u s t n e s st h a n t h e n c d k e y w o r d s ：v a r i a b l ep r e s s u r ew a t e rs u p p l y ；t h el a wo fw a t e rr e q u i r e m e n t ；n o n l i n e a r c o n t r o ld e s i g n ；f u z z yp i dc o n t r o l l e r ；s i m u l a t i o n i v 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版； 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部 內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃 描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 不保密b 學(xué)位論文作者簽名：辱埂 h d 年l 乙月ue l 指導(dǎo)撕簽名：多倒 研年。月吖日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú) 立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論 文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本 人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：器寅 日期：2 , 0 。1 年j l 月2 1 日 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 1 1 研究的背景和意義 第一章緒論 能源是當(dāng)今世界普遍重視的問(wèn)題，也是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，改善人類(lèi)生活水平的 重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為 緊迫的任務(wù)。 在國(guó)家節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃中重點(diǎn)規(guī)劃了至t 2 0 1 0 年節(jié)能的目標(biāo)和發(fā)展重 點(diǎn)，在其中1 8 個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域和1 0 大重點(diǎn)工程中，水泵都作為重要的耗能設(shè)備被列入 其中。泵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的通用機(jī)械。無(wú)論在農(nóng)田灌溉與排澇， 還是各種各類(lèi)供水工程、排水工程，或者流體增壓輸送工程中，每日每時(shí)都有大 量的泵在運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗大量的能量，其用電量約占全國(guó)用電量的2 0 9 。 我國(guó)有大量的業(yè)內(nèi)專(zhuān)家就如何提高水泵的效率而努力。目前，我國(guó)水泵水力 設(shè)計(jì)水平己與國(guó)外先進(jìn)水平相當(dāng)，但由于制造技術(shù)和工藝有差距，效率還是比國(guó) 外先進(jìn)水平低2 4 。因此，通過(guò)對(duì)泵水力性能的改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)提高泵本身效率 的空間有限。但我國(guó)水泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率卻比國(guó)外先進(jìn)水平低1 0 3 0 ，主要 體現(xiàn)在水泵運(yùn)行控制方式簡(jiǎn)單陳舊，比如在水泵系統(tǒng)中采用節(jié)流方式調(diào)節(jié)用水需 求，使大量能源浪費(fèi)在閥門(mén)上。因此，通過(guò)控制或優(yōu)化泵的運(yùn)行來(lái)提高效率已成 為水泵系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)1 1 1 。 隨著科技的進(jìn)步，采用變頻調(diào)速技術(shù)克服了傳統(tǒng)水泵運(yùn)行方式的缺點(diǎn)，取得 了一定的節(jié)能效果。上世紀(jì)9 0 年代中期，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日趨成熟，變頻調(diào) 速供水系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛，這一時(shí)期，出現(xiàn)了水泵系統(tǒng)出口變壓供水的概念， 即用調(diào)速的方法使水泵沿裝置需求特性運(yùn)行來(lái)解決閥門(mén)節(jié)流運(yùn)行的耗能問(wèn)題【2 1 。 而隨著一些學(xué)者的研究，再次證明了與使用閥門(mén)調(diào)節(jié)的節(jié)流運(yùn)行方式和目前在實(shí) 際中應(yīng)用廣泛的變頻調(diào)速恒壓供水方式相比，使用變頻調(diào)速變壓供水可以大大地 減少能耗，是一種較為理想的節(jié)能運(yùn)行方式【3 4 l 。 因此，對(duì)變頻調(diào)速變壓供水的運(yùn)行機(jī)理和及其控制策略的研究，對(duì)于提高水 泵運(yùn)行效率，節(jié)約能源有著重要的意義。 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 供水方式 在變頻調(diào)速供水出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過(guò)許多供水方式【5 1 。 1 恒速運(yùn)行方式 ( 1 ) 單臺(tái)恒速泵的直接供水系統(tǒng)。在這種供水方式中，水泵從蓄水池中抽 水加壓后直接送往用戶。有的甚至連蓄水池也沒(méi)有，直接從水源抽水。這種系統(tǒng) 形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 ( 2 ) 恒速泵加水塔的供水方式。這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔 向用戶供水。水塔的合理高度是使水塔最低水位略高于系統(tǒng)所需壓力。水塔注滿 后水泵停開(kāi)，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵，水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。 這種供水方式水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵效率處于高效區(qū)。這 種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系 數(shù)，水泵的開(kāi)停時(shí)間比，開(kāi)停頻率等有關(guān)，供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式 基建設(shè)備投資最大，占地面積也大，水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要。 這種供水方式的系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故 還存在一些能量損失，另外也存在二次污染問(wèn)題。在使用過(guò)程中，如果該系統(tǒng)水 塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，泵不能進(jìn)行自動(dòng)地開(kāi)停，這樣泵的開(kāi)停將完全由人 工操作，這樣將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。 ( 3 ) 恒速泵加高位水箱的供水方式。這種供水方式的原理與恒速泵加水塔 的供水方式原理是相同，差別只是水箱設(shè)在建筑物的頂層，因而占地面積與設(shè)備 投資都有所減少。對(duì)于高層建筑，還可分層設(shè)水箱。但這種供水方式對(duì)建筑物的 造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響；同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò)大，所以供水范圍 較小。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開(kāi)停將全靠人工來(lái)操作，使 系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降和能耗急劇增加。 ( 4 ) 恒速泵加氣壓罐供水方式。這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水 箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)停。罐的占地面積與水塔和水箱供水方 式相比相對(duì)較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。由于氣壓罐 是密封的，所以大大減少了水質(zhì)受二次污染的可能性。這種供水方式很受歡迎， 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 應(yīng)用十分廣泛。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點(diǎn)，如氣壓罐式是依靠壓力罐 中的壓縮空氣送水，當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力就會(huì)超出系統(tǒng)所需壓力而 造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)氣壓罐的耗鋼量也較大。 2 變頻調(diào)速供水方式 這種系統(tǒng)的原理是通過(guò)設(shè)在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定值 作比較，再通過(guò)控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無(wú)論 流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。變頻調(diào)速供水的水泵調(diào)速控制方式有兩 種：水泵出口恒壓控制睜1 0 l 和水泵出口變壓控制給水系統(tǒng)【1 1 - 1 4 1 。 變頻恒壓供水裝置根據(jù)設(shè)定水壓來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持水泵出口 壓力恒定，但在用水低峰時(shí)就會(huì)出現(xiàn)管網(wǎng)壓力過(guò)高，造成能源浪費(fèi)。恒壓供水技 術(shù)雖然能節(jié)約一部分能源，但不能得到最佳的節(jié)能效果。 因此，有些專(zhuān)家就提出來(lái)分時(shí)段恒壓供水【5 1 ，該方式也是將壓力傳感器設(shè)在 水泵出口處，但其壓力設(shè)定值不只是一個(gè)。將每日2 4 小時(shí)按用水曲線分成若干時(shí) 段，計(jì)算出各時(shí)段所需的水泵出口壓力，進(jìn)行全同按時(shí)段變壓，各時(shí)段恒壓控制。 這種控制方式其實(shí)是水泵出口恒壓控制的特殊形式。它比水泵出口恒壓控制方式 更能節(jié)能，但這取決于將全天2 4 分成的時(shí)段數(shù)及所需水泵出口壓力計(jì)算的精確程 度。所需水泵出口壓力計(jì)算得越符合實(shí)際情況越節(jié)能，將全天分得越細(xì)越節(jié)能， 當(dāng)然控制的實(shí)現(xiàn)也越復(fù)雜。 基于恒壓供水不能最大限度節(jié)能，研究人員提出了變壓供水方式【1 1 以4 1 。變 壓供水的一種方式是通過(guò)將壓力控制點(diǎn)放在用戶端，由用戶端的壓力直接反饋與 設(shè)定值壓力比較進(jìn)行控制，從而達(dá)到水泵出口變壓的目的。另一種控制方式是將 壓力控制點(diǎn)放在水泵出口，給定壓力按裝置需求曲線變化達(dá)到水泵出口變壓的目 的?？傊?，變頻變壓供水即用調(diào)速的方法使水泵沿裝置需求特性運(yùn)行【兒塒】。 國(guó)內(nèi)對(duì)變壓供水的研究開(kāi)始于上世紀(jì)9 0 年代。1 9 9 5 年，王柏林【1 1 】等就提出 了變頻變壓供水的概念，并且通過(guò)對(duì)供水系統(tǒng)的模型分析提出了可采用p i 控制器 達(dá)到其控制效果，1 9 9 8 年，何政斌【1 2 】等對(duì)實(shí)現(xiàn)變壓變量運(yùn)行的設(shè)備及其運(yùn)行效 果進(jìn)行了研究。2 0 0 0 年，王偉1 1 3 l 等對(duì)如何進(jìn)行變頻調(diào)速變壓供水系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè) 計(jì)。同年，吳楚輝【1 4 】等將p x w 9 型智能控制器應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)變壓供水之中。2 0 0 1 年， 黃治鐘【1 5 】等討論了變頻變壓供水在空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用。2 0 0 3 年，王 3 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 樂(lè)勤1 1 6 1 等提出了實(shí)現(xiàn)變壓供水所面臨的問(wèn)題：不利點(diǎn)壓力的傳輸問(wèn)題，控制器 的設(shè)計(jì)問(wèn)題；2 0 0 5 年蔡穆英【1 7 】等采用最不利點(diǎn)恒壓控制的變壓供水方式對(duì)水廠 供水進(jìn)行變頻變壓控制。2 0 0 5 年楊強(qiáng)【1 8 】等采用模糊控制方法采用最不利點(diǎn)恒壓 控制進(jìn)行變壓供水系統(tǒng)的研究。但采用該方法，由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠(yuǎn)， 壓力信號(hào)的傳輸在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因此有些學(xué)者就提出了用無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 的方式將壓力信號(hào)傳送至水廠的智能調(diào)節(jié)儀，通過(guò)變頻器控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 來(lái)實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的變頻變壓供水系統(tǒng)【4 1 。2 0 0 7 年，馬學(xué)文f 1 9 】等在如何降 低水泵能耗問(wèn)題上，推薦使用變壓供水以減少能耗。2 0 0 8 年，顧情【2 0 1 等再次證 明了使用不利點(diǎn)恒壓供水在水泵系統(tǒng)中能夠穩(wěn)定的工作。即到目前為止，國(guó)內(nèi)在 研究變壓供水的學(xué)者大多認(rèn)為的變壓供水，其實(shí)質(zhì)是隨著用戶需求的改變，保持 最不利點(diǎn)壓力恒定，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中是用戶自己調(diào)節(jié)用水需求，供水方是不需要知 道其需求規(guī)律。 但研究水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一些學(xué)者卻對(duì)變壓供水有不同的認(rèn)識(shí)：如張承慧【2 1 】 等在研究供水泵站優(yōu)化運(yùn)行時(shí)，就以沿著閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的泵特性曲線為變壓運(yùn)行過(guò) 程線，在運(yùn)行中就需要對(duì)用水規(guī)律進(jìn)行一定的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。 與國(guó)內(nèi)相比，國(guó)外關(guān)于變壓供水的概念，提出的比較早。在上世紀(jì)7 0 年代， 一些學(xué)者就提出來(lái)使用變頻器來(lái)代替節(jié)流閥的作用，變壓供水的目的是要消除節(jié) 流閥門(mén)所造成的能量損失，水泵的運(yùn)行過(guò)程線為水泵節(jié)流閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的泵裝置特 性曲線。1 9 8 2 年，h i c k o c k l 2 2 】就指出使用調(diào)速系統(tǒng)可以在水泵及其風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中節(jié) 能，1 9 8 4 年，p o t t e b a u m l 2 3 1 將變頻器應(yīng)用于水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，并對(duì)如何選型進(jìn)行 了相應(yīng)的指導(dǎo)，1 9 8 8 年，c o u l b e c k i 刎等通過(guò)預(yù)測(cè)用水量和需求水壓優(yōu)化調(diào)度泵站 水泵實(shí)現(xiàn)變壓控制。1 9 9 7 年，a n i u n 矧等提出了一種從數(shù)據(jù)樣本中尋找規(guī)則預(yù) 測(cè)用水量的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)供水系統(tǒng)的變壓控制。2 0 0 6 年，i n m a c u l a d a l 2 6 等利用年需 水量曲線對(duì)泵站水泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)需水量曲線得到管道壓力特性曲線，從 而對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行變壓控制。2 0 0 8 年，b o r t o n i l 2 7 】等人在對(duì)某泵站用水量預(yù)測(cè)的 基礎(chǔ)上將變壓供水和多泵優(yōu)化運(yùn)行算法相結(jié)合對(duì)一泵站進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)?？偟膩?lái) 看，國(guó)外關(guān)于水泵變壓運(yùn)行的研究主要集中在用水量預(yù)測(cè)和管網(wǎng)優(yōu)化方面，在已 知管網(wǎng)用水量的前提下，根據(jù)管網(wǎng)決定水泵機(jī)組最佳的出水流量和壓力【2 8 4 】。 綜上所述，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者均認(rèn)為使用變頻變壓供水是一種較為理想的節(jié)能運(yùn) 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 行方式，但國(guó)內(nèi)外對(duì)其認(rèn)識(shí)卻存在某些差異，主要表現(xiàn)在：國(guó)內(nèi)的學(xué)者提出的變 壓運(yùn)行是在用水需求改變時(shí)，保證最不利點(diǎn)的壓力恒定。而國(guó)外的學(xué)者則傾向于 在使用變頻器調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行時(shí)，需要研究用戶的用水規(guī)律。這些差異在變壓供水 的應(yīng)用中就表現(xiàn)為：進(jìn)行變頻變壓運(yùn)行的水泵按照什么樣的規(guī)律運(yùn)行，是變壓運(yùn) 行的基本問(wèn)題。因此，對(duì)進(jìn)行變壓運(yùn)行的水泵裝置，究竟該如何運(yùn)行，需要對(duì)其 進(jìn)一步的研究。 1 2 1 供水系統(tǒng)的節(jié)能控制 在供水模型上，1 9 9 6 年，p e r l e 3 5 】等對(duì)供水模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)中使 用階躍辨識(shí)法，采用了二階的轉(zhuǎn)移函數(shù)對(duì)其進(jìn)行線性化近似。1 9 9 8 年，他使用理 論的方法建立了供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型【3 6 1 ，同時(shí)指出供水模型是個(gè)復(fù)雜的、非線 性的、大滯后的系統(tǒng)。2 0 0 2 年，b o r i s t 3 7 l 對(duì)p e f i c 所建立的模型進(jìn)行了一定的修正， 對(duì)其進(jìn)行了仿真，使用試驗(yàn)的方法，通過(guò)一階線性過(guò)程化模型對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行預(yù) 測(cè)控制，并取得了較好的效果。 國(guó)內(nèi)對(duì)供水模型的研究較少，大多的恒壓供水是使用國(guó)外的方法，通過(guò)試驗(yàn) 辨識(shí)出線性過(guò)程模型，對(duì)其進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)p 捌。 大量的文獻(xiàn)表明，供水系統(tǒng)是個(gè)非線性、大時(shí)滯的模型，但大多模型是將供 水模型等效為一線性過(guò)程模型。同時(shí)大多數(shù)的學(xué)者在變頻調(diào)速變壓變流供水中控 制器的設(shè)計(jì)是參考恒壓供水的【1 1 , 1 3 1 。但變壓供水運(yùn)行與恒壓供水方式是不同的， 根據(jù)相關(guān)資料顯示【3 a 1 7 刎，相同的流量調(diào)節(jié)，變壓供水中變頻器的調(diào)節(jié)量要遠(yuǎn)大 于恒壓供水。在這種條件下仍然使用階或二階的線性時(shí)不變的過(guò)程模型來(lái)設(shè)計(jì) 控制器，是否能夠滿足實(shí)際情況則需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 在控制方式上，在供水系統(tǒng)中主要采用p i d 控制方法。 1p i d 控制 p i d 控制算法簡(jiǎn)單并且實(shí)用，己成為標(biāo)準(zhǔn)算法。對(duì)于小型或用水量變化不大 的供水系統(tǒng)，p i d 控制是常用的控制方式。一般的變頻器均帶有p i d 控制單元， 僅需將反饋量接入到變頻器的反饋端子并設(shè)定好參數(shù)，即可投入使用。目前多數(shù) 的供水系統(tǒng)采用這種控制方式。1 9 9 5 年，葛寶琴【6 】采用控制器和變頻器對(duì)天津大 港發(fā)電廠的沖洗水泵房進(jìn)行恒壓控制。1 9 9 6 年，陳潤(rùn)泰【7 l 等人采用p l c 實(shí)現(xiàn)p i d 調(diào)節(jié)解決變頻調(diào)速供水的可靠性和優(yōu)化控制。2 0 0 0 年，周恒琦【8 】等使用日本三菱 5 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論丈 公司f x 2 n 3 2 m r 型號(hào)的p l c 、法國(guó)施耐德公司6 刪5 8 h d 4 6 n 4 型號(hào)的變頻器、 p i d 調(diào)節(jié)器對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制。但由于供水系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，當(dāng)用水量 變化較大時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)變化范吲也較大，那么吲定參數(shù)的p i d 控制是無(wú)法 適應(yīng)這種變化的，因i 酊控制品質(zhì)將變差，甚至造成系統(tǒng)小穩(wěn)定【3 8 9 1 。為此不少 學(xué)者將智能控制方式j(luò) p i d 結(jié)合使用，其中應(yīng)用比較多的足模糊控制與p i d 控制 結(jié)合，形成供水自整定模糊p i d 控制，改善了供水系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性。2 0 0 3 年， 趙寶永【刪等將模糊控制與p i d 結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速。2 0 0 5 年，姜義初 【4 1 l 等采用模糊控制和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)小區(qū)供水恒壓控制。 2 其他控制方式 隨著控制技術(shù)和供水技術(shù)的發(fā)展，一些智能控制方法也在供水系統(tǒng)中有了一 定的應(yīng)用。 自適應(yīng)控制在2 0 世紀(jì)7 0 年代初己在熱工、化工對(duì)象上應(yīng)用成功。自適應(yīng)控制 屬于先進(jìn)控制的流行技術(shù)，其原理是利用在線最d , - 乘辨識(shí)律和最小方差控制律 來(lái)自校正調(diào)節(jié)器。自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，根據(jù) 對(duì)象的輸入、輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型參數(shù)。隨著過(guò)程的不斷進(jìn)行，模型會(huì)變 得越來(lái)越準(zhǔn)確，進(jìn)而基于這種模型綜合出來(lái)的控制作用也隨之不斷改進(jìn)。在這個(gè) 意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力。國(guó)內(nèi)外均有文獻(xiàn)針對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行自適 應(yīng)控制研究。1 9 9 1 年，m a n i a 2 l 等采用自適應(yīng)控制對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行控制。1 9 9 4 年， g e o r g s 4 3 】提出供水系統(tǒng)離散自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)方法對(duì)泵站供水系統(tǒng)進(jìn)行控制從 而滿足用水需求及減少用水浪費(fèi)。2 0 0 1 年，e l b e l k a c e m i 4 4 1 等人基于線性二次型 高斯最優(yōu)控制方法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，解決了供水系統(tǒng)離散時(shí)間自適應(yīng)控制的應(yīng)用 問(wèn)題。2 0 0 4 年，邵明東【4 5 】使用自適應(yīng)模糊控制器對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 模糊控制屬于先進(jìn)控制技術(shù)，是處理復(fù)雜非線性系統(tǒng)的有效方法之一，已成 為供水行業(yè)研究的熱點(diǎn)。在參數(shù)變化無(wú)常的供水系統(tǒng)中，模糊控制能很好地體現(xiàn) 它的優(yōu)越性。這種控制方式不需要知道對(duì)象的精確模型，是一種語(yǔ)言控制器，能 夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)非線性、大滯后特性對(duì)象的控制。對(duì)數(shù)學(xué)模型不清楚或參數(shù)時(shí)變的對(duì)象 以及常規(guī)p i d 算法控制效果不理想的場(chǎng)合，也能得到很好的應(yīng)用。1 9 9 7 年，李華 【蛔采用單片機(jī)進(jìn)行模糊控制，提出供水系統(tǒng)中模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。1 9 9 8 年 徐國(guó)忠【4 7 l 等結(jié)合單片機(jī)和變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的模糊控制。2 0 0 2 年，楊強(qiáng)1 1 8 】 6 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 等將模糊控制應(yīng)用于變壓供水中。模糊控制突出的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)不同過(guò)程控制的適應(yīng) 性強(qiáng)，具有強(qiáng)的魯棒性，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。但是常規(guī)模糊控制的穩(wěn)態(tài)響 應(yīng)不及p i d 控制，為此有不少文獻(xiàn)【4 8 4 9 】中將模糊控制與p i d 控制結(jié)合起來(lái)形成恒 壓供水的混合模糊p i d 控制，改善了供水系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性。 除了以上兩種方法，m p c ( 模型預(yù)測(cè)控制) 3 7 1 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)【5 0 l 等方法也在供 水系統(tǒng)中也一定的應(yīng)用。 1 3 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于變頻變壓運(yùn)行機(jī)理所存在的差異和尚未完善的變 壓運(yùn)行控制策略，擬建立以下幾方面的研究工作： 1 水泵系統(tǒng)變壓節(jié)能運(yùn)行機(jī)理的研究 通過(guò)理論和試驗(yàn)的分析方法對(duì)水泵變壓運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行研究，針對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于 變壓運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的方式不同，對(duì)其實(shí)現(xiàn)條件進(jìn)行研究，繼而根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)條件對(duì) 供水系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，并分別討論不同種類(lèi)變壓供水的運(yùn)行機(jī)理、實(shí)現(xiàn)方法、節(jié)能 機(jī)理。 2 水泵變壓供水系統(tǒng)模型的研究 對(duì)供水系統(tǒng)的控制模型進(jìn)行理論上的分析和試驗(yàn)研究，擬通過(guò)理論分析的方 法，對(duì)變壓供水裝置中各個(gè)部件的物理模型進(jìn)行研究，繼而研究供水模型的特點(diǎn)。 擬通過(guò)測(cè)量某個(gè)變壓供水裝置的階躍響應(yīng)曲線，借助m a t l a b 中的模型辨識(shí)工 具箱討論變壓供水中的供水模型。 3 水泵變壓供水系統(tǒng)控制策略的研究 根據(jù)供水模型的研究結(jié)果，對(duì)水泵變壓供水系統(tǒng)中控制策略進(jìn)行研究。使用 目前應(yīng)用最廣的p i d 控制器作為控制策略的研究目標(biāo)，擬使用n c d ( 非線性控制 設(shè)計(jì)方法) ，模糊p i d 的設(shè)計(jì)方法，傳統(tǒng)p i d 的設(shè)計(jì)方法對(duì)p i d 進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò) m a t l a b 進(jìn)行仿真比較，以得到較好的控制策略。 7 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 第二章水泵系統(tǒng)變壓運(yùn)行機(jī)理研究 2 1 水泵運(yùn)行原理 2 1 1 水泵裝置及裝置的特性曲線 所謂水泵裝置，即是水泵和管路上的附件。圖2 1 是一個(gè)簡(jiǎn)單的水泵裝置示 意圖，圖中的1 為水泵，2 為吸入管路，3 為壓出管路，4 為壓強(qiáng)計(jì)，5 為真空壓強(qiáng) 計(jì)，6 為流量計(jì)，7 為底閥，8 為修理閥，9 為調(diào)節(jié)閥，1 0 為吸水池，1 1 為壓水池等 等。上述諸部件的綜合組成了水泵裝置。 圖2 - 1 水泵的裝置示意圖 水泵裝置有自己的裝置特性曲線，裝置特性曲線就是裝置揚(yáng)程與管路中流量 的關(guān)系曲線。管路中的流量是很容易理解的，而裝置揚(yáng)程的定義是：在水泵裝置 中，把單位重量的液體自吸水池液體表面移至壓水池液體表面所需做的功。裝置 揚(yáng)程以風(fēng)表示之，其單位為液柱高度m 。 裝置揚(yáng)程礬應(yīng)等于下面兩部分之和【5 m 4 1 ： 1 單位重量液體增加的能量，其又分為： ( 1 ) 位能的增力i i - o ： 8 3 6 9 4 1 5 8 2 坩7 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 ( 2 ) 壓能的增加旦二芝。 p g 其中p 。為壓水池表面壓力；p 為吸水池表面壓力。 2 液體自吸水池表面至壓水池表面途中各種水力損失的總和 ，它包括管 路的進(jìn)口損失，管路中的水力摩擦阻力損失與局部阻力損失、管路附件( 各種閥 門(mén)等) 中的水力損失，管路出口損失等。我們可把7 l 寫(xiě)成： 忍= f 瓦v 2 = i ( 0 2 式中，k 為流量模數(shù)，與管路中的阻力有關(guān)。 于是，裝置揚(yáng)程鞏可寫(xiě)成： h c 風(fēng)+ 等+ i ( 0 2 ( 2 - 1 ) 式( 2 1 ) 是裝置揚(yáng)程公式，也就是裝置特性曲線的公式。對(duì)于水泵裝置來(lái) 講，氓+ 旦二芝是不隨流量改變的，它是一個(gè)常數(shù)，于是從式( 2 1 ) 可見(jiàn)，裝 尸g 置特性曲線是一條拋物線，如圖2 2 所示。 圖2 - 2 裝置特性曲線 q 2 1 2 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn) 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)是由水泵的特性曲線和裝置特性曲線兩者決定的，把水 泵裝置特性曲線和水泵特性曲線同畫(huà)在一個(gè)q 坍坐標(biāo)平面內(nèi)，此兩曲線相交于m 9 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 點(diǎn)，則m 點(diǎn)即是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)。 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)只能是m 點(diǎn)，這是因?yàn)樵趍 點(diǎn)水泵的揚(yáng)程等于水泵裝置 揚(yáng)程，這時(shí)候單位重量的液體流過(guò)水泵時(shí)從水泵處得到的能量為日，于是能量正 好平衡。如果水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)不是m 點(diǎn)，而是m 、點(diǎn)，則單位重量的液體經(jīng)過(guò) 水泵時(shí)得到的能量h 大于把單位重量液體從吸水面送往壓水面所需要的能量風(fēng)， 能量不能平衡，液體所多余的能量就使管路中流速增大，結(jié)果流量也增大，運(yùn)轉(zhuǎn) 工況點(diǎn)往右移，直到與m 點(diǎn)重合為止。如果水泵的運(yùn)作工況點(diǎn)不是m 點(diǎn)，而是m ”點(diǎn)，則單位重量的液體從水泵處得到的能量日小于自吸水面移至壓水面所需之 能量h c ，這時(shí)管路中的流速自然立即減小，流量也就減小，水泵工況點(diǎn)m ”往左 移，直到與m 點(diǎn)重合為止。因此，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)只可能是m 點(diǎn)。 圖2 - 3 水泵運(yùn)作工況點(diǎn) 2 1 3 水泵工況的調(diào)節(jié) 用戶需水有時(shí)大，有時(shí)小。因此，希望水泵的工況點(diǎn)能夠根據(jù)人們的需要改 變，這就出現(xiàn)了改變水泵工況點(diǎn)的問(wèn)題，也就是水泵的調(diào)節(jié)問(wèn)題。 由上面分析可知，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)是水泵特性曲線與裝置特性曲線的交 點(diǎn)，因此要改變工況點(diǎn)，只有兩種基本的辦法，即改變裝置特性曲線或是改變水 泵的特性曲線。 1 改變裝置特性曲線以調(diào)節(jié)水泵的流量節(jié)流調(diào)節(jié)法 水泵裝置的特性曲線的公式如式( 2 1 ) 所示。要改變裝置特性曲線就要改變 這個(gè)方程式，而式中凰是壓水池及吸水池之間的水位差，p 。及p 是壓水池及吸 1 0 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 水池表面的壓力，p 是液體的密度，這些都是定值，故式中唯一可以改變的就是 流量模數(shù)k 。k 與管路中的阻力有關(guān)，于是要改變流量模數(shù)k 的數(shù)值只要在壓力管 路上裝一調(diào)節(jié)閥門(mén)，把閥門(mén)開(kāi)大或關(guān)小，就能使k 減小或增大，就能改變裝置特 性曲線，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，這種調(diào)節(jié)法稱為節(jié)流調(diào)節(jié)法。 節(jié)流調(diào)節(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)方便簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)閥門(mén)就可以改變流量，而其缺點(diǎn)是 調(diào)節(jié)時(shí)有附加的節(jié)流損失。如圖2 4 所示，節(jié)流閥門(mén)全開(kāi)的時(shí)候，管路系統(tǒng)的流 量模數(shù)為局，泵的流量為q 1 ，這時(shí)管路系統(tǒng)的水力阻力系數(shù)最小，如果我們關(guān)小 調(diào)節(jié)閥門(mén)，是流量模數(shù)從蜀增d h n k 2 ，流量自q 1 減d , n q z ，這時(shí)管路系統(tǒng)中損 失到的揚(yáng)程為，而其中的節(jié)流損失為n 。 q ：q ， q 圈2 - 4 節(jié)流調(diào)節(jié)曲線 2 改變泵特性曲線以調(diào)節(jié)水泵的流量 改變泵的特性曲線的調(diào)節(jié)方法一般有二種，一是改變泵的轉(zhuǎn)速；另一是對(duì)于 轉(zhuǎn)葉式軸流泵和混流泵，可以改變?nèi)~片的安放角度，用以改變泵的特性曲線。改 變?nèi)~片安放角度有較大的局限性，因此在改變泵特性曲線的方法中，主要以改變 泵轉(zhuǎn)速為主。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法的原理如下： 在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，水泵的性能遵循比例定律，即 盟：墮 ( 2 2 ) = 三一二j q 2n 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 里：f 墮1 ( 2 - 3 ) h 2l 也，j 式中，1 1 ，1 2 水泉的轉(zhuǎn)速，單位為印m ； q 1 、q 2 分別為轉(zhuǎn)速n 1 ，n 2 時(shí)所對(duì)應(yīng)的泵流量，單位為m 3 h ； 風(fēng)、趣分別為轉(zhuǎn)速n l ，1 1 2 時(shí)所對(duì)應(yīng)的泵揚(yáng)程，單位為m 。 由式( 2 2 ) 和式( 2 3 ) 可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速能很方便地改變通過(guò)泵的流 量、揚(yáng)程，從而改變泵的運(yùn)作工況，進(jìn)而滿足供水的要求。 變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是降低了節(jié)流損失，這對(duì)于節(jié)能很有意義。 q 2q lo o q 圖2 - 5 變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線 在工況調(diào)節(jié)的方法中，由于調(diào)速調(diào)節(jié)法和節(jié)流調(diào)節(jié)法應(yīng)用較為廣泛，適用范 圍較廣，因此在本文中主要討論以上兩種方法f 5 m 4 1 。 2 1 4 水泵變頻變速調(diào)節(jié) 由上一節(jié)的內(nèi)容可知，采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)對(duì)節(jié)能有一定的意義。在眾多變轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)方法中，以變頻調(diào)速發(fā)展的最為迅速，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。 在供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速一般采用以下兩種供水方式：變頻恒壓變流量供水 和變頻變壓變流量供水。其中，前者應(yīng)用得更廣泛，而后者節(jié)能效果更加顯著， 雖然實(shí)施難度較大，但代表著水泵變頻變速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。 1 變頻恒壓供水 所謂恒壓供水方式，就是針對(duì)離心泵“流量大時(shí)揚(yáng)程低，流量小時(shí)揚(yáng)程高 的特性，通過(guò)控制變頻系統(tǒng)，無(wú)論流量如何變化，都使水泵運(yùn)行揚(yáng)程保持不變。 1 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文 用閥門(mén)調(diào)節(jié)，當(dāng)流量由q 2 至q l 時(shí)，如圖則工況點(diǎn)由變?yōu)閍 1 。若采用變頻恒壓 供水，則變頻器將轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)至甩l ，工況點(diǎn)處于b 1 點(diǎn)。由于變頻調(diào)速是無(wú)級(jí)變速， 可以實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，所以，恒壓供水工況點(diǎn)始終處于直線跳上，在控 制方式上，只需在水泵出口設(shè)置一個(gè)壓力傳感器和設(shè)定壓力控制值即可實(shí)現(xiàn)恒壓 控制，且比較簡(jiǎn)單易行。顯然，這種恒壓供水只節(jié)約了日1 這個(gè)揚(yáng)程所耗的功率。 因此，它不是最經(jīng)濟(jì)的供水調(diào)節(jié)方式，具有顯而易見(jiàn)的局限性。 2 變頻變壓供水 變頻變壓供水和變頻恒壓供水方式的控制原理基本相同，只是壓力設(shè)置值不 同而已。它使水泵揚(yáng)程沿著某個(gè)規(guī)律移動(dòng)。如圖2 7 所示，當(dāng)流量由q 2 變至q 1 時(shí)， 控制器自動(dòng)