恒压供水的理论分析及方案设计—论文
15页1、恒压供水的理论分析及方案设计摘 要:随着油田的迅速发展,对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到油田供水领域,成为对供水系统的新要求。关键词:变频调速;恒压供水;变频器目录1供水压力和变频器输出频率的关系22恒压控制的理论分析42.1恒压控制的理论模型42.2变频恒压供水的近似数学模型53变频恒压供水系统的构成及工作原理63.1变频恒压供水控制系统控制方案的设计与选择63.2变频恒压供水系统的构成73.3变频恒压供水系统的控制流程93.4变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析11结 论14参考文献141供水压力和变频器输出频率的关系在变频恒压供水系统中,供水压力是通过对变频器输出频率的控制来实现的。确定供水压力和输出频率的关系是设计控制环节控制策略的基础,是确定控制算法的依据。送水泵站所采用的水泵是离心泵,它是通过装有叶片的叶轮高速旋转来完成对水流的输送,也就是通过叶轮高速旋转带动水流高速旋转,靠水流产生的离心力将水流甩出去。离心泵也因此得名。在给水排水工程中,从使用水泵的角度来看,水泵的工作必然要和管路系统以及许多外界条件联系在一
2、起。在给水排水工程中,把水泵配上管路以及一切附件后的系统称为“装置”,在控制系统的设计中,真正对系统的分析和设计有价值的也是这种成为系统的装置,而不是单单的孤立水泵。图1.1 离心泵装置在水泵机构和理论中,有一些评价水泵性能的性能参数,这里把与本文研究有关的几个参数列举如下: 扬程(H) 单位重量液体通过水泵后的能量的增量; 流量(Q) 水泵在单位时间内所输送的水体体积; 轴功率(N) 原动机输给水泵的功率成为水泵的轴功率; 效率() 水泵的有效功率和轴功率之比,其中有效功率是指单位时间内通过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率;转速(n) 水泵叶轮的转动速度。根据水泵理论,在图1.1中, (1-1) 真空表读数(公斤/厘米); 压力表读数(公斤/厘米); 水的容重; 水泵出水口测量点与进水口测量点位置差造成的附加扬程。水泵出水口与进水口的动能增量转化的扬程12。由于水泵在送水过程中,清水池水位一般高于水泵的测量点,所以不存在进水口抽真空,所以在进水口的真空值为0。水泵进水口与出水口都沿水平方向放置,位置差为0。水泵在正常工作时,动能的变化相对比较小。考虑这些具体情况,上式可以改
3、写为: (1-2)泵的轴功率为: (1-3)把水泵扬程的表达式代入上式,得: (1-4)水泵是与一台交流感应电机相连,由电机带动运行的,电机的转速与水泵的转速相同,电机的输出有效功率与水泵的轴功率相等。在电机理论中,感应电机的机械功率为: (1-5)在变频调速时,由于磁通不变,从电机转矩补偿公式: (1-6)可以看出,要使主磁通,保持不变,则必须保持不变。因此在变频调速过程中,电压应该与频率成正比例变化,设 (1-7)带入式(1-5)得: (1-8)根据能量守恒定律,有: (1-9)其中,为电机的效率。所以,水泵装置在变频调速的工作状态下运行时,有: (1-10)从上式可以看出,当变频器的输出频率一定的情况下,当用户用水量增大,从而Q增大时,压力表的读数将会变小,即管网供水压力将会降低。为了保持供水压力,就必须增大变频器的输出频率以提高水泵机组的转速;当用户的用水量减小时,Q减小,在变频器输出频率不变的情况下,管网的供水压力将会增大,为了减小供水的压力,就必须降低变频器的输出频率。由于用户的用水量是始终在变化的,虽然在时段上具有一定的统计规律,但对精度要求很高的恒压控制来将,在每一个时
4、刻它都是一个随机变化的值。这就要求变频器的输出频率也要在一个动态的变化之中,依靠对频率的调节来动态地控制管网的供水压力,从而使管网中的压力恒定56。2恒压控制的理论分析2.1恒压控制的理论模型对变频恒压供水的主要特点进行分析,可以得出如下结论:变频调速恒压供水系统控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象。对它的控制仍属于工业过程控制的范畴,它以供水出口管网水压为控制目标,在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数,也可以是一个时间分段函数,在每一个时段内是一个常数。所以,在某个特定时段内,恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。图1.2 变频恒压控制的原理图从恒压控制的原理图中可以看出,在系统运行过程中,如果实际供水压力低于设定压力,控制系统将得到正的压力差,这个差值经过计算和转换,计算出变频器输出频率的增加值,该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值,将这个增量和变频器当前的输出值相加,得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大,从而使实际供水压力提高,在运行过程中该过程将被
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