变频调速技术在消防给水设备中的应用探讨!!

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时间:2018-09-28

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1、变频调速技术在消防给水设备中的应用探讨!!  摘要:文章时环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。从消防科研的实践出发,阐述了变频调速技术在消防给水设备中,以单片机电路控制方式为例,介绍了其工作原理。  关键词:变频调速技术消防给水设备    l.传统水泵控制技术的弊端  在传统的水泵控制方式中,靠调节出口或人口闸阀方式来进行,人为增加管网阻力达到变化流量和压力的目的。因此,在控制过程中,流程阻力损失相应增加,而此时水泵的特性曲线不变,叶片转速不变,电机输入功率并无减少,而是白白地损失在调节过程中。经测算,当水泵的流量由100%降到50%时,若分别采用调节出口和入口阀门的方式,则电机的

2、输入功率分别为额定功率的84%和60%,而水泵的轴功率仅为12.5%,即损失功率分别为71.5%和47.5%。这说明不采用先进的控制措施,即使水泵的设计效率为100%,其实际的运行效率可能只有百分之十几或更低。  传统的控制方式,造成水泵长期处于高速、满负荷状态下运行,因此维护工作量大,设备寿命低,并且运行现场噪声大,影响环境。    2.变频调速技术的原理  变频调速技术(vaiahlevaiahlefirequencytechnology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术,广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。  变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系,即均

3、匀改变电动机定子绕组的电源频事,就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢,轴功率就相应减少,电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。  众所周知,水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为比例系数。变频调速和智能控制技术,可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化,最终达到节能的目的。用阀门控制水泵流量时,部分有功功率被损耗浪费掉了,且随着阀门不断关小,这个损耗还要增加。如果采用降低电机转速的方式进行控制,就避免了消耗在阀门的有功功率。这样,在转运同样流量的情况下,仅需要输入较低的功率,获得节能效果。实践证明,使

4、用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%,从而大大降低能耗。    3.变频调速技术用于消防给水系统的控制方式  l继电接触器控制方式  这是最简单的一类控制方式。根据工艺或外界条件的变化,依靠传统的模拟电子技术,采用继电接触器来控制水泵电动机运转,达到调速目的。  逻辑电子电路控制方式  这类控制电路往往采用一台泵固定于变频状态,其余泵均为工频状态的方式。控制方式较为先进,但难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦,且工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱,但系统成本较低。系统工作原理为:当消防管网压力降至某一规定值(低限值

5、)时,由压力传感器发出信号自动开启稳压泵对管网补水加压,当压力升至另一规定值(高限值)时自动停泵。根据需要系统可设置消防中心联动接口,当消防中心发出火警信号或按动消火栓按钮,电控柜自动开启消防主泵进行灭火。  3.3单片机电路控制方式  这类控制电路优于逻辑电子电路,但在不同管网、不同供水情况时调试较麻烦。因系统程序预先固化于芯片中,需要追加功能时,就要对电路进行修改,重新刷新设置程序,不灵活也不方便,控制电路的可靠性和抗干扰能力也不高。  图l所示为笔者参与研制的ZBW系列微机控制全自动恒压供水系统的电路控制原理图与系统图。系统通过高性能单片机控制变频调速器拖动多台水泵,逐台变频调速

6、启动,实现全自动恒压供水。变频稳压泵由具有恒压供水控制功能的变频器控制运行。平时无火警时,由变频稳压泵向消防管网充水稳压,使系统随时能够满足消防给水要求。当管网充水稳压到设定恒压,稳压泵流量趋近于零并维持一段时间(时间通过程序可控制)后,变频稳压泵自动停泵,进入等待状态,由贮能罐维持稳压。当管网压力下降至某一设定的压力值时,变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压。当系统接收到火灾信号后,由单片机控制主消防泵(可以根据需要为一台或数台)依次工频启动,以提供额定的消防流量和压力。在主消防泵已投入运行的情况下,如管网压力不足,由单片机控制备用消防泵自动投入,以满足消防用水流量要求。通过与消防控制中心

7、联网,可按设计程序进行自动或手动巡检,从而实现消防联动控制功能。  自来水管网压力一般是周期性变化的,其压力变化可以用时间t为变量的函数Pa)来表示。若用户需要水压为Pj,各个时间段需要补充的压力不同,其函数式为Py-P(t)o,也以时间t为变量的函数。  当P(I)Py时,系统不需补压,处于停泵状态。但当Pm很小时,为避免因负压引起管网破坏,此时也不能进行补压。当P(t)很大时,系统也因超高压停泵。根据如上原理要求,研发设计了本设备。在设备的

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