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1、国家职业资格全国统一鉴定维修电工论文（国家职业资格？级）（国家职业资格？级）无负压变频恒压供水无负压变频恒压供水姓 名： 王 ？ 身份证号: ？ 准考证号： 所在省市： 广东省？市 所在单位： ？ 变频器在恒压供水中的应用- 1 -无负压变频恒压供水无负压变频恒压供水摘要：摘要：本论文主要详细介绍了恒压供水的变频与 cps-21b 控制工作原理，程序设定，变频器参数的设定。并介绍了 cps-21b 的作用与特点，变频器的结构与原理，恒压供水要求及技术特点。并根据自来水供水现状及楼宇传统供水方式的弊端进行分析，结合我校供水系统改造后的情况，由原有高低位水池供水改成无负压恒压供水系统。主要是利用了
2、变频器的矢量控制及电压，频率（V/F）控制特点，配合智能供水控制器的 PID 功能，实现恒压供水。关键词关键词：无负压恒压供水无负压恒压供水 变频器变频器 智能供水控制器智能供水控制器 cps-21bcps-21b 节能节能 前言：前言：恒压供水中用到 PLC 技术、变频技术、压力传感技术、模数/数模转换技术，程序中用到变频泵、工频泵的动态增减，变频器的复位等，因此深刻地掌握恒压供水系统的方方面面很有必要。掌握恒压供水系统各方面技术水平有利于提高技术。一般自来水市政管网水压只保证三楼及以下楼层的正常用水，上部楼层必须要经过二次加压设备将压力提升，传统的做法是通过高低位水池的方式（即地面或地下室
3、设置低位水池，楼层天面配备高位水池） ，将自来水放入低位储水池，然后通过水泵工频运行将水抽到高位水池，再靠重力分流到各楼层用户使用，这种方式明显的弊端是使自来水水质受二次污染，变坏，因此要经常洗水池以及靠楼顶的用户水压不足。而且当电机抽完水停机时产生“水锤效应” ，这样对电机的损害很大，因此要经常修电机。在恒压供水系统中能解决以上问题，还可以避免建造水池带来的种种害处，还能完成水塔供水所不能实现的功能。无负压变频增压直供水设备无须使用低位水池和高位水池，直接串接在市政管网与用户管网之间，通过变频器无级调速的方式调节水泵的转速，并在市政压力的基础上接力供水，通过负压抑制及消除双重措施避免在市政管
4、网上形成负压抢水，而且系统全密封，使自来水避免二次污染。水泵是通过变频器软启动，减少对电网的冲击，使节能效果更显著。正文：正文：一、一、 恒压供水的特点恒压供水的特点1 节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行； 2 节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象； 3 运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵的启动平缓，无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂，防水锤。 4 控制灵活：分时段分压力供水，及休眠功能，手动选择工作方式。 变频器在恒压供水中的应用- 2 -5 保护功能完善：如某台泵出现故障，系统会发出报警信息，同时启动备用泵
5、，故障泵退出运行；若自动系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，应急供水。 通过微机控制变频调速来实现恒压供水。首先根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测用户管网压力，通过压力传感器检测水压并反馈给系统供水控制器，通过将模拟信号送给变频器，当压力低于用户所需压力时，微机自动控制子变频器启动，调节水泵转速提高，直到管网压力上升到用户所需压力，并控制水泵以一恒定转速运行进行恒压供水。通过变频器的调节，用水量增加时转速提高，用水量减少时转速降低，时刻保证用户的用水压力恒定。二、原供水系统的缺陷对比二、原供水系统的缺陷对比1、高低位水池供水高低水池供水系统主要是利用水位差压力实现供水，其电气控制系
6、统如图 1-1 所示；从图中我们可以看出该供水系统的电气控制系统主要是由两个水泵进行供水，水泵的控制主要是由高低水池的浮球开关进行。该供水系统设计简单，初始投资较小，但在使用过程中问题较多。如水质不能保证，供水压力不足，消耗电能较大，水泵电机容易损坏等问题。图 1-1 高低水池供水系统原理图变频器在恒压供水中的应用- 3 -2.高低位水池供水流程图3、无负压变频增压直供水当设备投入使用时，管网水进入稳流补偿罐，此罐既可作为进水储水装置，也可起到稳流补偿作用，通过真空抑制器将空气排出，待水充满后，真空抑制器自动关闭。当来水能够满足用水压力及用水量要求时，设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自
7、来水管网的压力不能满足用水要求时，系统压力信号由泵出口的压力传感器反馈给变频控制器,水泵变频启动运行,并根据用水量的大小自动调节水泵转速,恒压供水。若运转水泵达到工频转速时,压力还不够，则切换第一台泵工频运行，另一台水泵变频运转系统通过压力传感器给出启泵信号，使水泵变频启动运行。水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，且充分利用了自来水管网的原有压力；用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，稳流补偿罐内的水作为补充水源仍能正常供水。此时，空气由真空抑制器进入稳流补偿罐，消除了管网的负压。用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若管网供水不足或停水，造成稳流罐液位不断下降
8、,液位探测器将信号反馈给变频控制器,水泵自动停机,以保护水泵机组。在整套设备中，最关键的就是真空抑制器。现在来分析一下设备是如何消除负压的。当用水高峰时，供水量不能满足用户用水时，稳流补偿罐内的水作为补充用水,由于罐内水量的减少水位下降，在罐体内形成真空,这时就出现负压。如果不采取措施，就会影响市政管网的压力，影响周边居民的用水，这时就要利用真空抑制器来消除负压。各个厂商在这个部件中下足了功夫，究其根本，就是要当负压产生时用气体填充，而方式有很多。 最基本也是使用最多的是在罐内产生负压或水位下降时打开阀门补入大气, 该类装置跟复合排气阀如出一辙，靠稳流补偿罐内水位升降带动浮球上下移动控制阀门的
9、开和关，从而达到罐的吸气和排气。在水罐注满水时此阀门闭紧,此时水罐为承压的密闭容器,当水位开始下降时，浮球的移动给出了控制信号，使阀门打开，大气进入罐体，从而实现了真空的消除。 也有些厂家则采取罐内补气的原理来消除真空,即将稳流补偿罐分为两个腔体：A 腔、B 变频器在恒压供水中的应用- 4 -腔。A 腔和 B 腔用挡板分隔开,其中 A 腔在制造时先预留好气体，A 腔预留的气体可以起消除负压的作用。当自来水供水量不能满足用户用水量时,B 腔内水位下降出现真空,此时由于真空的负压作用形成虹吸现象，A 腔内的气体就会因压力差被导入到 B 腔内,由此消除了负压。当供水量足够时,随着 B 腔内液位不断上
10、升,会把腔体上端浮球顶起, 于是 B 腔体内空气又重新被压缩回 A 腔体内进行贮存待用。A 腔内气体要选用不溶于水，无毒无害的气体，但完全不溶也是不可能的，所以必须在罐上设置可以补充气体的装置，以便在使用一段时间后气体不足，可以进行补充。 从以上工作原理可以看出，无负压设备具有如下优点：节约能源，能够充分利用自来水管网的原有压力，这样可以选用功率、扬程相对较小的水泵及控制设备，而且在夜间及小流量用水时，可利用自来水水压直接供水而无需启动水泵；避免水质二次污染，自来水是直接加压供应到各用水点，减少或根除了因水在蓄水池中蓄留、暴露、或因管理不善而造成的二次污染，保障了水质安全；不需建水池、水箱，节
11、省了建筑面积和水池、水箱的修建费用，节省了投资，增加了经济效益。其系统原理图如图 1-2 所示图 1-2 无负压变频增压直供水系统原理图4、无负压变频增压直供水工作流程变频器在恒压供水中的应用- 5 -三、无负压供水设备概述无负压供水设备概述：无负压无吸尘自动无负压供水设备直接以市政管网为水源、形成连续密闭的接力增压供水方式，彻底避免了传统 2 次增压供水系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题，完全保持了市政水源的水质标准充分利用市政水源本身压力热能，差多少补多少，切实有效地、最大限度地发挥了变频调速的节能效果。设计中很好地解决了接力增压供水方式带来的 2 大问题： （1）水泵大幅变工况运行
12、问题。（2）对市政水源的缓冲与削峰补偿问题。该系统设计了全变频控制系统，可更好的适应于水泵大幅变工况运行。采用部分（单台）水泵变频调速的技术方案时，专门选配了无过载水泵。特别配套设计了各种缓冲罐、水源罐、对市政水源具有良好的缓冲作用和削峰补偿作用可避免对市政水源的过度抽吸。该系统设计充分考虑了应用的灵活性，可满足不同地区不同户具体工程应用要求的差异。1、无负压供水设备的运行原理：无负压（无吸尘）给水设备的应用，是以市政管网为水源，形成密闭的连续接力增压供水方式，其应用与通常的经水池（水箱）中转二次增压无负压供水设备相比大为不同。为了减小直接抽吸对市政供水的影响，一般应在设备入口管道上串接一个承
13、压贮水容器。主要起缓冲作用（动态补偿作用）的水罐称为缓冲罐；平时无动态缓冲作用仅在市政管无水压时才起备用水源作用的水罐称为水源罐。大容积的承压水池也是水源罐的一种形式（一般采用钢筋混凝土现场施工建造）。2、 配套设备说明成套设备一般由缓冲罐、水源罐、水泵机组、气压罐控制柜、自动隔离阀及控制仪表组成，各部分说明如下：变频器在恒压供水中的应用- 6 -a、缓冲罐：是接在设备入口处的气压罐，简称缓冲罐，给水运行时罐内部分容积为压缩空气，靠压缩空气的贮能，对各种突变冲击具有很好的减缓消除作用，同时对市政供水具有一定动态补偿作用。有 2 种不同结构的缓冲罐，隔膜缓冲罐采用天然橡胶隔膜材料，因完全密闭更有
14、利于保持水质标准，普通钢制缓冲罐内壁涂有符合卫生标准的防腐涂料，但补气时会与外界空气接触。b、水源罐：给水运行时罐内全部容积充满了水，由于无压缩空气贮能，对各种冲击的缓冲作用和对市政水源的动态补偿效果不如缓冲罐。但当市政水源压力太低，水源罐出水（供水）大于进水量时，罐内贮水容积可全部用来补偿市政水源的不足。水源罐提供补偿水量期间，靠真空抑制器使空气自动进入罐体，可避免对高下管网造成负压抽吸作用（即所谓无负压无吸程）。水源罐只能串接在进水管路中使用。c、承压水池：一般为钢筋混凝土结构，与水源罐工作原理相同，因其容积大，对市政供水具有很好的削峰填谷作用，适用于全国各地各种市政水源情况。当市政供水管
15、网因故停水期间可由承压水池提供一定时间的供水水源，适用于客户要求高可靠供水的场合。d、水泵机组：选用具有非过载特性的水泵，其工作特性可以适应水源的较大范围内的压力变化，不会产生过载现象。e、气压罐：其作用与通常 2 次增压无负压供水设备中的气压罐相同，本系列标准产品采用的隔膜式微型气压罐，主要利用其保压功能，有利于设备的智能化自动节能控制。f、变频控制柜：可采用全变频控制系统，即所有水泵均采用变频调速拖动，也可采用部分变频控制系统（样本标准产品只有 1 台泵为变频调速拖动）。g、旁通管路：如果市政供水平时能够满足水压要求，仅在供水高峰时压力不足，可加载旁通管路，可使市政下拉供水与增压供水实现自
16、动切换运行。（1）当市政管网高压时，设备处于停机状态，市政水源过缓冲罐、旁通管路直接向用户管网供水。（2）当市政管网欠压时，设备自动启动，在原不水压基础上变频调速增压（恒压）供水，由于是按“差多少，补多少”的原则增压，所以在全流量范围即满足了用户恒压供水的需求，同时又实现了高效节能运行。运行过程中密闭的缓冲罐相当一段管路，新鲜卫生的自来淼不断流过水源罐，不会遭受外界污染。（3）设备运行中，缓冲罐部分容积为压缩空气（其压力与市政水压相同），因而贮存了一定压力势能，靠此贮能可大大减缓各种冲击对市政水源的影响，同时对市政供水具有动态的削变频器在恒压供水中的应用- 7 -峰补偿作用。当市政服务压力从 P2 降至 P1 时，缓冲罐提供的最大补偿水量与缓冲罐总容积关系为：V（1-P1/P2） V 总KV 总V供水高峰市政压力从 P2 降至 P1 期间水源罐
