智能型管网叠压供水设备工作原理研究

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

智能型管网叠压供水设备工作原理研究

刘 杰1，赵海素2

摘要:研制开发一种新型叠压供水设备，通过对其系统原理及控制原理的研究，解决了传统二次供水中存在的弊端，提高了供水效率，保证了供水水质。

关键词：二次供水，叠压供水，自动控制

随着社会经济的迅速发展，生活水平的不断提高，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，再加上目前能源紧缺，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

一、 智能型管网叠压供水系统原理

1.1变频、叠压等工况下水泵性能研究

管网叠压供水系统在利用市政管网剩余水压方面取得了突破。与普通的变频调速供水系统不同，虽然叠压供水系统也采用出水管恒压控制方式，但由于市政管网水压波动引起净扬程的改变，叠压供水系统中水泵扬程并非是恒定的。为适应用水量的变化，叠压供水系统应考虑不同流量的水泵并联工作，但所有水泵的扬程都应在高效区之间变化。当用水量很小时，为避免水泵空转，宜考虑设置小型气压罐。

1.2控制技术研究

1) 自动控制系统

自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的系统或装置，使系统的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。自动控制技术的应用，使得生产过程实现自动化，从而提高了劳动生产率和产品质量，降低生产成本，提高经济效益，改善劳动条件。

2) 变频工作原理

变频器是一种把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的系统。用变频调速来实现恒压供水不但其节能效果十分显著而且还具有如下优点：

a) 启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；

b) 由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；

c) 可以消除起动和停机时的水锤效应。

二、 管网叠压供水技术控制

2.1 管网叠压供水技术研究

1) 管网叠压供水技术原理

管网叠压供水技术通过系统前端PJ压力传感器监测市政管网压力波动趋势，通过内部系统计算，主动调整供水流量，在供水初期即消除了对管网压力的影响。

2) 管网叠压供水技术运行工况分析

管网叠压供水系统如图3-1所示

 

设供水系统接供水管网入口压力为P1，用户侧需压力为P2，系统的进水量为Q1，向用户的供水量为Q2，市政管网最低可利用压力为P3，供水泵供水压力为P4。

对于二次加压系统，大多数情况下供水管网的进水压力低于用户侧需要的供水压力即P1<P2，此时供水泵变频调速运行，维持系统供水出口压力始终为P2。

a) 当用水量Q2为0时，控制系统安排水泵休眠；

b) 随着用户用水量的增大，供水泵启动，供水压力= P2，系统的进水量Q1随着供水量Q2的增大而增大，且始终保持Q1= Q2，此时P1＞P3，P4=P2；

c) 随着用户用水量Q2的进一步增大，达到系统的最大进水量QA，此时P1=P3，P4=P2；

d) 若某个时间用户的用水量短时间内超过QA增大至QB，控制系统安排供水泵降频，减小供水量和供水压力，以维持管网入口压力P1，此时P1=P3，P4<P2；

e) 当用户用水量开始减小时，系统的供水量Q2也逐步减小，当减小至小于QA时，此时P1＞P3，供水泵恢复正常供水工况P4=P2；

2.2管网叠压供水系统自动控制

控制系统根据实际情况将系统总进水阀门前的压力值PJ划分为两个状态点：①系统工作理想压力点，②安全压力点。通过检测PJ值并与各状态点进行比较，如果高于理想压力点，则系统维持供水系统恒定在设定压力PS处变频运行。如果实际压力值低于理想压力点但高于安全压力点时，水泵则随PJ变化变频运行。当实际压力值低于安全压力点时，控制系统则报警，同时水泵停止运行。

1) 恒压控制

当市政来水压力高于系统工作的理想压力时，系统进入恒压控制阶段，压力传感器将用户实际供水压力信号转换为电信号，经模拟量输入模块输入给PLC，PLC根据用户在触摸屏上设定的给定压力值与实际检测的供水压力值进行PID运算，并将运算结果输出经模拟量输出模块送至变频器，用于调节水泵供电频率和转速。

用户用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行。当用水量增加至单台水泵全速运行仍不能达到设定的供水压力时，PLC自动将原工作在变频状态下的水泵投入到工频运行，同时将下一台备用水泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力满足用户的用水需求。

当用户用水量逐渐减少时，变频器输出频率降低，当频率到达一定的下限值Fmin一段时间后， PLC首先将变频运行的泵停掉，再依“先启（变频工作）后停”的原则将下一台工频运行的泵转入变频状态，并逐渐降低变频器输出频率以减少供水量。

2) 自动倒泵

为防止某台供水泵长期不运转发生锈蚀或者长期运转而容易出现故障，本程序通过“定时器”与“加减运算”的综合应用，使系统根据设定的倒泵时间自动控制供水泵定期轮换运转，以达到保护供水泵的目的。

3) 压力报警

压力报警时即表示市政管网压力已不能满足智能型管网叠压设备的工作需求，此时系统应停止工作。当市政来水压力值恢复到各状态点压力值时，系统自动恢复运行。

4) 系统异常处理

当系统出现故障时会自动发生报警并停止工作。

5) 系统休眠功能

为节约能源，本系统设有自动休眠功能，当夜间或用户用水量较小时，系统将自动进入休眠状态，休眠时系统停止工作，当供水压力降至设定的恢复休眠压力之下时，系统自动重新启动。

6) 水泵故障处理

系统运行中，如果某台泵出现故障，为了保证供水安全，系统将自动把备用泵投入运行以替换故障泵，故障排除后只需在触摸屏上对故障泵进行手动复位，则系统将恢复正常运行。

三、 推广应用前景

鉴于以上智能型管网叠压供水设备的这些优点，其有很大推广应用前景。在住宅小区推广使用这种供水设备将利大于弊，能有效改善居民用水水质，使供水成本降低，取得很好的社会效益和经济效益。其推广应用对确城市供水正常运行有着非常重大的意义，同时也会带来更大的发展空间。

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