自吸式水泵在恒压供水中的应用

2015-10-21宗广翔

商品与质量·学术观察 2015年3期

宗广翔

摘要：我公司以前采用普通离心水泵，人工现场操作供水设备，自动化水平相对较差，供水成本高，操作程序复杂。近些年我公司大力改革，引进自吸式水泵，并采用PLC、变频器等自动化控制设备，实现恒压供水，基本实现供水设备的完全自动化操作。本文主要根据工作经验浅析自吸式水泵在自动化供水中的使用及相关设备的应用情况。

关键词：自吸式水泵多功能水力调节阀 PLC控制变频器恒压供水

1、水泵的选用

我公司以前使用的为普通的离心泵，吸入液面在叶轮之下，启动时应预先灌水。为了在泵内存满水，为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有底阀（止逆阀），泵工作时底阀造成很大的水力损失。另外还要在水泵吸水管路上设置真空泵，每次水泵启动前，真空泵先启动，使水泵吸水管内先充满水，把泵前管路抽取真空。有真空泵时现场必须有1到2名操作工人，开泵操作费时、费力、费人工，造价也高。而且造成不必要的水量流失、水力减损，真空泵的能源消耗也是一种极大的浪费，既不经济又不方便。所以近几年来，响应国家产业结构升级改革，提高自我生产效能。我公司通过对净水厂、加压站的改造，降低了水泵的安装标高，选用了自吸式水泵和新型多功能水力调节阀，一并引入变频器，外加PLC自动编程控制。甩掉了原有管路中的底阀及真空泵，基本实现了远程监控运行、自动化操作水泵起停。简化了操作，节约了人工、能源，使供水保障更加安全可靠。而且从长远角度上看，实际节约了供水成本。

所谓自吸泵，就是在泵启动前不需灌水（安装后第一次启动仍然需灌水），经过短时间运转，靠泵本身的作用，即可以把水吸上来，投入正常工作。自吸泵按作用原理分为以下几类：

1.气液混合式（包括内混式和外混式）； 2.水环轮式； 3.射流式（包括液体射流和气体射流）。气液混合式自吸泵的工作过程：由于自吸泵泵体的特殊结构，水泵停转后，泵体内存有一定量的水，泵再次启动后由于叶轮旋转作用，吸入管路的空气和水充分混合，并被排到气水分离室，气水分离室上部的气体溢出，下部的水返回叶轮，重新和吸入管路的剩余空气混合，直到把泵及吸入管内的气体全部排出，完成自吸，并正常抽水。水环轮式自吸泵是将水环轮和水泵叶轮组合在一个壳体内，借助水环轮将气体排出，实现自吸。当泵正常工作后，可通过阀截断水环轮和水泵叶轮的通道，并且放掉水环轮内的液体。射流式自吸泵，由离心泵和射流泵（或喷射器）组合而成，依靠喷射装置，在喷嘴处造成真空实现抽吸。

2、恒压供水的实现

多功能水力调节阀启动后，水压作用于主阀阀盘下面和控制室下腔，此压力使主阀开启，控制室上腔的水经过调节阀B缓缓排到出口端，主阀缓缓开启。设定调节阀的开度可得到合适地主阀开启速度。当水泵停止工作后，进口端水压迅速下降，在自重、弹簧压力作用下快速关闭大部分开度，防止了水倒流余下的开度由控制室上腔的水压和下腔水压联合作用下缓缓关闭，关闭速度减慢形成了缓冲，防止压力剧增。设定调节阀A、B的开度和开度比可得到合适的阀门启闭速度。水力损失小，节能效果好。防止水锤效果好，将缓开、止回速闭、缓闭等消除水锤的技术一体化，防止停泵倒流与水锤对供水管路和水泵的损害。

根据反馈原理：要想维持一个物理量不变或基不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可实现该算法，同时对PLC的编程来实现泵的工频与变频之间的切换。要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件。PLC通过采集供水管网上的压力变送器传来的压力，结合变频器，实现恒压供水的闭环控制。同时PLC根据水池液位开关传来的信号，实现开停泵的远程监控及远程操作。

用变频器变频调速，来实现恒压供水，与传统的用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著：起动平衡，起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；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；可以消除起动和停机时的水锤效应；

3、恒压供水系统的优点

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，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，而且选用了多功能水力调节阀，开停泵时有效的防止了管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。

4、数据分析功能：采用中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

同其它供水方式相比较，变频恒压供水系统，还有以下优势：

1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

2、由于变频泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用壽命。

3、水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振，基本消除水锤现象。

4、采用液位开关、压力变送器、PLC参与控制，实现了供水恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

参考文献：