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，實現恒壓供水，基本實現供水設備的完全自動化操作。本文主要根據工作經驗淺析自吸式水泵在自動化供水中的使用及相關設備的應用情況。

關鍵詞 ：自吸式水泵 多功能水力調節閥 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。為了在泵內存滿水，為防止灌入泵殼內的液體因重力流入低位槽內，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，使水泵吸水管內先充滿水，把泵前管路抽取真空。有真空泵時現場必須有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，既不經濟又不方便。所以近幾年來，響應國家產業結構升級改革，提高自我生產效能。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節閥，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，基本實現了遠程監控運行、自動化操作水泵起停。簡化了操作，節約了人工、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），經過短時間運轉，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（包括內混式和外混式）； 2.水環輪式； 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構，水泵停轉后，泵體內存有一定量的水，泵再次啟動后由于葉輪旋轉作用，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的氣體全部排出，完成自吸，并正常抽水。水環輪式自吸泵是將水環輪和水泵葉輪組合在一個殼體內，借助水環輪將氣體排出，實現自吸。當泵正常工作后，可通過閥截斷水環輪和水泵葉輪的通道，并且放掉水環輪內的液體。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抽吸。

2、恒壓供水的實現

多功能水力調節閥啟動后，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，控制室上腔的水經過調節閥B緩緩排到出口端，主閥緩緩開啟。設定調節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合作用下緩緩關閉，關閉速度減慢形成了緩沖，防止壓力劇增。設定調節閥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，形成閉環系統。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，從而形成閉環系統。但被控制的系統特點是非線性、大慣性的系統，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來保持靜態精度。這通過PLC加智能儀表可實現該算法，同時對PLC的編程來實現泵的工頻與變頻之間的切換。要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件。PLC通過采集供水管網上的壓力變送器傳來的壓力，結合變頻器，實現恒壓供水的閉環控制。同時PLC根據水池液位開關傳來的信號，實現開停泵的遠程監控及遠程操作。

用變頻器變頻調速，來實現恒壓供水，與傳統的用調節閥門來實現恒壓供水相比，節能效果十分顯著： 起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，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、恒壓供水系統的優點

1、 節電：優化的節能控制軟件，使水泵實現最大限度地節能運行；

2、 節水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象；

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

4、 數據分析功能：采用中文工控組態軟件，實時監控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。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，以便分析統計。

同其它供水方式相比較，變頻恒壓供水系統，還有以下優勢：

1、恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節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，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，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的喘振，基本消除水錘現象。

4、采用液位開關、壓力變送器、PLC參與控制，實現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，節省了人力。

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