自吸式水泵在恒壓供水中的應用

宗廣翔

摘要 ：我公司以前采用普通離心水泵，人工現(xiàn)場操作供水設備，自動化水平相對較差，供水成本高，操作程序復雜。近些年我公司大力改革，引進自吸式水泵，并采用PLC、變頻器等自動化控制設備，實現(xiàn)恒壓供水，基本實現(xiàn)供水設備的完全自動化操作。本文主要根據(jù)工作經(jīng)驗淺析自吸式水泵在自動化供水中的使用及相關(guān)設備的應用情況。

關(guān)鍵詞 ：自吸式水泵 多功能水力調(diào)節(jié)閥 PLC控制 變頻器 恒壓供水

1、水泵的選用

我公司以前使用的為普通的離心泵，吸入液面在葉輪之下，啟動時應預先灌水。為了在泵內(nèi)存滿水，為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有底閥（止逆閥），泵工作時底閥造成很大的水力損失。另外還要在水泵吸水管路上設置真空泵，每次水泵啟動前，真空泵先啟動，使水泵吸水管內(nèi)先充滿水，把泵前管路抽取真空。有真空泵時現(xiàn)場必須有1到2名操作工人，開泵操作費時、費力、費人工，造價也高。而且造成不必要的水量流失、水力減損，真空泵的能源消耗也是一種極大的浪費，既不經(jīng)濟又不方便。所以近幾年來，響應國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級改革，提高自我生產(chǎn)效能。我公司通過對凈水廠、加壓站的改造，降低了水泵的安裝標高，選用了自吸式水泵和新型多功能水力調(diào)節(jié)閥，一并引入變頻器，外加PLC自動編程控制。甩掉了原有管路中的底閥及真空泵，基本實現(xiàn)了遠程監(jiān)控運行、自動化操作水泵起停。簡化了操作，節(jié)約了人工、能源，使供水保障更加安全可靠。而且從長遠角度上看，實際節(jié)約了供水成本。

所謂自吸泵，就是在泵啟動前不需灌水（安裝后第一次啟動仍然需灌水），經(jīng)過短時間運轉(zhuǎn)，靠泵本身的作用，即可以把水吸上來，投入正常工作。自吸泵按作用原理分為以下幾類：

1.氣液混合式（包括內(nèi)混式和外混式）； 2.水環(huán)輪式； 3.射流式（包括液體射流和氣體射流）。氣液混合式自吸泵的工作過程：由于自吸泵泵體的特殊結(jié)構(gòu)，水泵停轉(zhuǎn)后，泵體內(nèi)存有一定量的水，泵再次啟動后由于葉輪旋轉(zhuǎn)作用，吸入管路的空氣和水充分混合，并被排到氣水分離室，氣水分離室上部的氣體溢出，下部的水返回葉輪，重新和吸入管路的剩余空氣混合，直到把泵及吸入管內(nèi)的氣體全部排出，完成自吸，并正常抽水。水環(huán)輪式自吸泵是將水環(huán)輪和水泵葉輪組合在一個殼體內(nèi)，借助水環(huán)輪將氣體排出，實現(xiàn)自吸。當泵正常工作后，可通過閥截斷水環(huán)輪和水泵葉輪的通道，并且放掉水環(huán)輪內(nèi)的液體。射流式自吸泵，由離心泵和射流泵（或噴射器）組合而成，依靠噴射裝置，在噴嘴處造成真空實現(xiàn)抽吸。

2、恒壓供水的實現(xiàn)

多功能水力調(diào)節(jié)閥啟動后，水壓作用于主閥閥盤下面和控制室下腔，此壓力使主閥開啟，控制室上腔的水經(jīng)過調(diào)節(jié)閥B緩緩排到出口端，主閥緩緩開啟。設定調(diào)節(jié)閥的開度可得到合適地主閥開啟速度。當水泵停止工作后，進口端水壓迅速下降，在自重、彈簧壓力作用下快速關(guān)閉大部分開度，防止了水倒流余下的開度由控制室上腔的水壓和下腔水壓聯(lián)合作用下緩緩關(guān)閉，關(guān)閉速度減慢形成了緩沖，防止壓力劇增。設定調(diào)節(jié)閥A、B的開度和開度比可得到合適的閥門啟閉速度。水力損失小，節(jié)能效果好。防止水錘效果好，將緩開、止回速閉、緩閉等消除水錘的技術(shù)一體化，防止停泵倒流與水錘對供水管路和水泵的損害。

根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基不變，就應該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可實現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來實現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件。PLC通過采集供水管網(wǎng)上的壓力變送器傳來的壓力，結(jié)合變頻器，實現(xiàn)恒壓供水的閉環(huán)控制。同時PLC根據(jù)水池液位開關(guān)傳來的信號，實現(xiàn)開停泵的遠程監(jiān)控及遠程操作。

用變頻器變頻調(diào)速，來實現(xiàn)恒壓供水，與傳統(tǒng)的用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著： 起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命； 可以消除起動和停機時的水錘效應；

3、恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點

1、 節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；

2、 節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；

3、 運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，而且選用了多功能水力調(diào)節(jié)閥，開停泵時有效的防止了管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。

4、 數(shù)據(jù)分析功能：采用中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。

同其它供水方式相比較，變頻恒壓供水系統(tǒng)，還有以下優(yōu)勢：

1、恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

2、由于變頻泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。

3、水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，基本消除水錘現(xiàn)象。

4、采用液位開關(guān)、壓力變送器、PLC參與控制，實現(xiàn)了供水恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。

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