给水排水工程仪表与控制 九 水泵及管道系统的控制调节

• 采取技术措施，合理地调节水泵、管道系 统工况，保证用户的用水要求，并最大限 度地节约能耗、降低费用，是十分重要而 有意义的工作。
1 调节的内容与意义
• 给水排水工程中的水泵与管道系统主要包 括：
① 城市供水系统——包括输配水管网及二泵站、 加压泵站；
② 城市雨水、污水排水系统——包括排水管网及 雨水泵站、污水泵站：
2 水泵—管路系统的双位控制
• 【例2】 建筑物高低水箱的控制系统
2 水泵—管路系统的双位控制
– 控制要求（逻辑条件）
① 可以按手动或自动两种方式控制水泵的开停，设手 动按钮m、a；
② 在自动控制方式下，水泵可以根据水位变化自动开 停，为此设水位开关p、v、h和b。
③ 对低位水箱水位的限制：当水位低于b时，低位水 箱处于缺水状态，水泵必须停止；当水位高于h时， 低位水箱处于充满状态，允许水泵启动；
并发出报警信息。
5 污水泵站的变速运行
• 经济效益和社会效益
①水位控制效果明显，消除存在多年的运转失调现象， 不再发生加泵下游跑水、减泵上游排水困难的问题；
②优选决定的水泵转速能使水泵效率维持在79~81%间， 节约能耗10%；
③改“值班定岗”改为“巡回检测”，运行管理人员减 少2/3；
④避免机泵的频繁开停，降低设备的维修率，延长设备 使用寿命；
⑤泵站可以低水位运行，上游重力式管道维持自清流速， 减少管道疏通掏挖的上作量；
③ 小区、建筑的给水系统——包括小区、建筑给 水管网及加压设施，
④ 小区、建筑的排水系统——包括排水管网及小 区排水泵站、建筑室内污水提升泵。
1 调节的内容与意义
• 按控制调节特点两类：
① 对水泵的开停双位控制：按照液位、压力值 或流量等参数的要求，改变每台水泵的开、 停状态或改变水泵的运行台数。
• 其中，有多余的水头。为了节能，应该对水泵的 运行工况进行调解。
• 为保持水压力稳定，也应进行水泵工况调节。
3 水泵的调速控制
① 水泵调节的类型
视用途不同，水泵调速的控制参数不同。 恒压调速 恒流调速 其它情况
3 水泵的调速控制
• 恒压调速
– 用水量变化越大，情况越严重。 – 文献资料：上海地区用水均匀
• 控制策略：水量平衡与效率优选
① 由进水位确定进水总流量值Q总； ② 由进出水位之差确定静扬程H静； ③ 调数据表查在该静扬程下额定转速时的流量
值为Q定； ④ 变速泵所需的流量Q变＝ Q总—Q定； ⑤ 根据每分钟检测水位涨落的多少确定转速的
优选范围；
⑥ 在优选范同内找出最高效率点所对应的转速 来控制变速泵的运行。
④ 对高位水箱水位的限制：当水位低于v时，高位水 相处于放空状态，水泵可以启动供水，当水位高于 p时，高位水箱充满，水泵应该停止供水。
2 水泵—管路系统的双位控制
• 更多实例见：
建筑工程各类水泵电气控制图集
3 水泵的调速控制
• 给排水工程中，一泵站、二泵站、加压泵站、提 升泵站等水量非常大，可以达到每日几十万至几 百万立方米，往往都采用大型水泵，电耗很高。 一般，水泵站电耗占给水系统总电耗的70％以上， 在给水系统的运行费用构成中居第一位。
• 在污水提升泵站中，使用微机控制变速与 定速水泵组合运行，可以保持近水位稳迂， 降低能耗，并提高自动化程度。
• 由于进水量的变化很大，使用多台定速泵 的形式，不能合效地控制进水位在警戒线 以内，甚至导致上游低洼地区跑冒污水。 为了改善这种状况，需选择水泵变速运行 并且使用微机控制的方案。
5 污水泵站的变速运行
性较强的大型给水系统中，由 于水压波动、水泵长期在较低 效率下运转等原因导致多耗电 约20％。 – 因此，有必要以保证用户水压 恒定为目标进行水泵调速。这 种调节方式应用较为广泛。
3 水泵的调速控制
• 恒流调速
①常水位 ②设计水位 ③常水位+阀门调节
3 水泵的调速控制
• 其它调速
– 加药泵、加氯泵 – 以调节其它工艺参数为目驱动电机速度不变和驱动电机速度变化而种。 液力耦合器调速、电磁离合器调速、变速箱； 串级调速、变频调速。
3 水泵的调速控制
③ 水泵调速的运行方式
反馈控制系统 计算机控制系统 定速泵+变速泵
4 恒压给水控制技术
• 双位控制 vs 定值控制 • 变频调速恒压给水
– 为了解决排水泵的控制问题，设高、低两个控 制水位 a 和 b 。
2 水泵—管路系统的双位控制
– 为一有记忆的逻辑控制系统
– 输入逻辑变量 a、b、Pt-1；
– 输出逻辑变量 P。 – 分析其所有逻辑组合，按真值表、卡诺图法处
理。 – 注意有特殊的逻辑状态。 – 设计结果——控制原理图。 – 工作过程及原理分析。
给水排水工程仪表与控制
CH3 水泵及管道系统的控制调节
1. 调节的内容与意义 2. 水泵-管路的双位控制系统 3. 水泵的调速控制 4. 恒压给水控制技术 5. 污水泵站的变速运行 6. 计算机在城市供水系统中的应用
1 调节的内容与意义
• 管道系统通常是由水泵加压供水的有压系 统，运行费用中电耗占第一位。
5 污水泵站的变速运行
• 实现无人值守，程序需满足正常管理工作 的各种需要，并且对泵站可能出现的故障 作出正确的判断和处理。
① 自动报表，记录水位变化、电机工作情况； ② 设置转换开关，在微机系统发生故障时手动运
行； ③ 实现水泵的自动换车，各台水泵均匀远行； ④ 在运行的水泵发生故障时，自动切除故障泵，
• 工作原理 • 技术特点
4 恒压给水控制技术
– 恒压给水的压力控制点
• 水泵出口压力
– 恒压力 – 变压力（理想变压线和近似变压线）
• 管网最不利压力点
4 恒压给水控制技术
• 气压给水控制系统
– 压力控制点：水泵 出口 或 压力最不利 点
– 2台同型号水泵的控 制图示：
5 污水泵站的变速运行
② 对水泵工作点的调节控制：按照液位、压力 或流量等参数的要求，改变水泵的工作点。 这种改变可以通过调节管路系统中阀门的开 启度实现，或通过改变水泵转速的方式实现。
2 水泵—管路系统的双位控制
• 【例1】 排水泵站的控制系统
– 排水泵站设一集水池，汇集从排水管网来的雨、 污水。
– 依集水池中水位的高低，排水泵应自动地开、 停。