CN108625433A - 一种离心泵智能降频或升频节能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，该系统包括：水池、一台或多台离心泵、稳压罐、智能控制柜，多台离心泵并联运行，水池进水口连接市政给水管或循环水管，水池出水管与一台或多台离心泵相连，所述离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管给用户供水，在供水总管上安装有稳压罐，智能控制柜与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器以及稳压罐上的压力传感器相连。该系统使得离心泵和电机始终都在高效区工作，从而达到节能降耗的目的。
Description
技术领域
本发明涉及节能供水或循环水领域，特别涉及一种离心泵智能降频或升频节能控制系统。
背景技术
在工厂循环水系统和城市自来水管网中，为了适应不同供水环境、循环冷却、供水峰谷需求，大部分水泵设备不是恒流量工作，通常都是多台水泵并联使用，在用水量峰谷时段开启不同数量的泵，结合变频降频调节技术，实现恒压、恒流或恒温变量供水。在工厂循环水系统和城市自来水管网中，一天需要大流量运行占总运行时间的30％以下，但在水泵实际选择时通常按最大流量选择，所以大部分时段系统是小流量运行状态，即通常所说的大马拉小车，此种供水方式的缺点是水泵降速以后，水泵实际运行状态已经偏离了水泵的设计高效区，供水量很小的情况下，要维持管网的压力，水泵还得不停的运行，造成了能耗显著增加。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，所述离心泵智能降频或升频节能控制系统采用单台或多台离心泵并联运行，单台离心泵变速运行或多台离心泵根据流量大小搭配以满足不同时段的用水量，离心泵电机采用二阶段功率的节能电机，在实际用水的峰谷时段，使离心泵和所述节能电机始终在高效区运行，达到了节能降耗的目的。
本发明的技术方案是：一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池、一台或多台离心泵、稳压罐、智能控制柜，多台离心泵并联运行，水池进水口连接市政给水管或循环水管或其他水源，水池出水管与一台或多台离心泵相连，所述离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管给用户供水，在供水总管上安装有稳压罐，智能控制柜与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器以及稳压罐上的压力传感器相连。所述用户为普通居民用户或工厂、企业等。为了节约水资源，工厂企业用水经过处理后可以再次使用，所述循环水管输送经过处理后的工厂企业用水。
本发明的另一个技术方案是：一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池、一台或多台离心泵、稳压罐、智能控制柜，多台离心泵并联运行，水池进水口连接冷却设备的出水管，水池出水管与一台或多台离心泵相连，所述离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管与冷却设备相连，在供水总管上安装有稳压罐，智能控制柜与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器、稳压罐上的压力传感器以及冷却设备的出水管上的温度传感器相连。
进一步的，所述水位传感器包括高水位传感器和低水位传感器。
进一步的，在稳压罐上安装有压力传感器。所述压力传感器用于测量稳压罐中的水压，以及根据稳压罐中水压结合最不利点相对于稳压罐的高度，判断用户最不利点的水压。
进一步的，智能控制柜包括PLC。所述控制系统还包括变频器，小功率的变频器可以安装在智能控制柜中，大功率的变频器独立安装。
进一步的，离心泵电机为二阶段功率的节能电机，该电机包括外壳、电机主轴、第一阶段电机、电磁联接座和第二阶段电机，电磁联接座内安装有第一阶段电机磁力盘、第二阶段电机磁力盘、弹簧和电磁铁，第一阶段电机和第二阶段电机通过电磁联接座相连。
进一步的，第一阶段电机包括第一阶段电机绕组、第一阶段电机定子和第一阶段电机转子，第一阶段电机转子包括第一阶段电机主轴。第一阶段电机主轴一端与二阶段功率的节能电机的电机主轴相连，第一阶段电机主轴另一端安装有第一阶段电机磁力盘。
进一步的，第二阶段电机包括第二阶段电机绕组、第二阶段电机定子和第二阶段电机转子，第二阶段电机转子包括第二阶段电机主轴，第二阶段电机主轴一端安装有第二阶段电机磁力盘。
进一步的，弹簧安装在第二阶段电机磁力盘与弹簧安装座形成的空腔内。弹簧安装座安装在第二阶段电机主轴上。
进一步的，电磁铁安装在电磁联接座中靠近第二阶段电机的空腔内。电磁铁的直径大于第二阶段电机主轴的直径，其不与第二阶段电机主轴相连。
本发明还提出一种上述二阶段功率的节能电机的控制方法，通过控制系统和变频器对二阶段功率的节能电机进行控制，具体步骤为：
1)第一阶段电机用工频运行驱动离心泵能满足用户常规流量要求时，第一阶段电机正常工作，第二阶段电机处于断电停车状态，此时电磁铁也处于断电状态，第二阶段电机磁力盘由于弹簧的作用，使第一阶段电机磁力盘和第二阶段电机磁力盘处于分开状态；
2)第一阶段电机用工频运行不能满足系统流量和压力要求时，控制系统会通过变频器指令第一阶段电机升频运行，同时电磁铁通电推动第二阶段电机磁力盘与第一阶段电机磁力盘结合，使第一阶段电机的主轴和第二阶段电机主轴对接，第二阶段电机也同时与第一阶段电机同频率升频工作，使得第二阶段电机主轴将扭矩传递给第一阶段电机主轴，以增加二阶段功率的节能电机输出功率来满足系统要求。
本发明的工作原理：本发明采用用户要求的输送流量最多的那一段时间的实际运行参数，作为工频转速，工频转速作为离心泵运行效率最高，需要大流量时，离心泵通过所述控制系统，根据系统流量、压力或温度等要求，通过变频器把离心泵电机的频率升高，从而达到用水系统所需的流量和压力要求。降频时，离心泵转速降低，压力和流量也会跟着降低，实际已偏离了水泵设计的高效区，造成离心泵的运行效率降低，相反升频时，水泵转数升高，水泵的效率也会升高。
本发明的离心泵电机采用二阶段功率的节能电机，当离心泵电机工频运行不足以满足用户流量和压力需求时，压力、温度或流量传感器把测得的实际信号反馈给智能控制柜中的PLC，由PLC发出指令到控制离心泵电机的变频器上发出升频指令，电机频率由工频往上升频，转速与流量关系是倍率关系，与扬程是平方关系，与功率是立方关系。
本发明的有益技术效果：本发明当用户需要大流量时，所述控制系统根据系统流量、压力或温度等要求，通过变频器把离心泵电机的频率升高，从而达到用户所需的流量和压力要求，同时提高了离心泵的工作效率。
另外，本发明的离心泵电机采用二阶段功率的节能电机，其包括第一阶段电机和第二阶段电机，通过第一阶段电机磁力盘和第二阶段电机磁力盘的结合，使得第二阶段电机将扭矩传递给第一阶段电机，使得整个电机的输出功率增大，这种独特的结构设计，使得二阶段功率的节能电机和离心泵始终都在高效区工作，从而达到节能降耗的目的。
附图说明
图1是一种离心泵智能降频或升频节能控制系统的结构示意图。
图2是一种用于循环水领域的离心泵智能降频或升频节能控制系统的结构示意图；
图3是一种二阶段功率的节能电机的结构示意图。
附图标记：1、高水位传感器，2、低水位传感器，3、水池，4、流量传感器，5、智能控制柜，6、第一压力传感器，7、第一离心泵，8、第二压力传感器，9、第二离心泵，10、稳压罐，11、第三压力传感器，12、第三离心泵，13、冷却设备，14、温度传感器，15、第一阶段电机绕组，16、电机主轴，17、第一阶段电机定子，18、第一阶段电机转子，19、电磁联接座，20、弹簧，21、第一阶段电机磁力盘，22、电磁铁，23、第二阶段电机磁力盘，24、第二阶段电机绕组，25、第二阶段电机定子，26、第二阶段电机转子。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图1-2对本发明作进一步的介绍。
本发明的技术方案是：一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池3、一台或多台离心泵7、9、12、稳压罐10、智能控制柜5，多台离心泵并联运行，水池进水口连接市政给水管或循环水管，水池出水管与一台或多台离心泵7、9、12相连，一台或多台离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管给用户供水，在供水总管上安装有稳压罐10，智能控制柜5与每台离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器6、8、11相连，智能控制柜5与水池3中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器4以及稳压罐10的压力传感器相连。
本发明的另一个技术方案是：一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池3、一台或多台离心泵7、9、12、稳压罐10、智能控制柜5，多台离心泵并联运行，水池3进水口连接冷却设备13的出水管，水池出水管与一台或多台离心泵7、9、12相连，所述离心泵7、9、12的出水管与供水总管相连，供水总管与冷却设备13相连，在供水总管上安装有稳压罐10，智能控制柜5与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜5与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器4、稳压罐10上的压力传感器以及冷却设备13的出水管上的温度传感器相连。温度传感器14的设置能避免离心泵因水温过高而影响其正常工作。
进一步的，所述水位传感器包括高水位传感器1和低水位传感器2。
进一步的，在稳压罐10上安装有压力传感器。
进一步的，智能控制柜5包括PLC，所述控制系统还包括变频器，小功率变频器可以安装在智能控制柜中，大功率变频器独立安装。
进一步的，所述离心泵的电机为二阶段功率的节能电机，该电机包括外壳、电机主轴16、第一阶段电机、电磁联接座19和第二阶段电机，电磁联接座19内安装有第一阶段电机磁力盘21、第二阶段电机磁力盘23、弹簧20和电磁铁22，第一阶段电机和第二阶段电机通过电磁联接座19相连。
进一步的，第一阶段电机包括第一阶段电机绕组15、第一阶段电机定子17和第一阶段电机转子18，第一阶段电机转子18包括第一阶段电机主轴。第一阶段电机主轴一端与二阶段功率的节能电机的电机主轴16相连，第一阶段电机主轴另一端安装有第一阶段电机磁力盘21。
进一步的，第二阶段电机包括第二阶段电机绕组24、第二阶段电机定子25和第二阶段电机转子26，第二阶段电机转子26包括第二阶段电机主轴，第二阶段电机主轴一端安装有第二阶段电机磁力盘23。
进一步的，弹簧20安装在第二阶段电机磁力盘23与弹簧安装座形成的空腔内。弹簧安装座安装在第二阶段电机主轴上。
进一步的，电磁铁22安装在电磁联接座19中靠近第二阶段电机的空腔内。电磁铁22的直径大于第二阶段电机主轴的直径，其不与第二阶段电机主轴相连。
进一步的，以离心泵工作特性为例，第一阶段电机用工频运行能满足常规流量要求时，第二阶段电机磁力盘23由于弹簧20的作用，使第一阶段电机磁力盘21和第二阶段电机磁力盘23处于分开状态，第一阶段电机处于正常工作，第二阶段电机处于停车状态。
进一步的，第一阶段电机用工频运行不能满足用户流量和压力要求时，所述控制系统会指令第一阶段电机升频运行，同时电磁铁22推动第二阶段电机磁力盘23与第一阶段电机磁力盘21结合，使第一阶段电机的主轴和第二阶段电机主轴对接，第二阶段电机也同时与第一阶段电机同频率升频工作，以增加输出功率来满足系统要求，使电机始终在高效区运行，而达到节能目的。
本发明的工作原理：本发明采用用户要求的输送流量最多的那一段时间的实际运行参数，作为工频转速，工频转速作为离心泵运行效率最高，需要大流量时，离心泵通过所述控制系统，根据系统流量、压力或温度等要求，通过变频器把离心泵电机的频率升高，从而达到用水系统所需的流量和压力要求。降频时，离心泵转速降低，压力和流量也会跟着降低，实际已偏离了水泵设计的高效区，造成离心泵的运行效率降低，相反升频时，水泵转数升高，水泵的效率也会升高。
本发明的离心泵电机采用二阶段功率的节能电机，当离心泵电机工频运行不足以满足用户流量和压力需求时，压力、温度或流量传感器把测得的实际信号反馈给智能控制柜中的PLC，由PLC发出指令到控制离心泵电机的变频器上发出升频指令，电机频率由工频往上升频，转速与流量关系是倍率关系，与扬程是平方关系，与功率是立方关系。
本发明的有益技术效果：本发明当用户需要大流量时，所述控制系统根据系统流量、压力或温度等要求，通过变频器把离心泵电机的频率升高，从而达到用户所需的流量和压力要求，同时提高了离心泵的工作效率。
另外，本发明的离心泵电机采用二阶段功率的节能电机，其包括第一阶段电机和第二阶段电机，通过第一阶段电机磁力盘和第二阶段电机磁力盘的结合，使得第二阶段电机将扭矩传递给第一阶段电机，使得整个电机的输出功率增大，这种独特的结构设计，使得二阶段功率的节能电机和离心泵始终都在高效区工作，从而达到节能降耗的目的。
将功率均相同的常规电机和本发明的二阶段功率的节能电机进行对比实验，具体实验数值见下表1所示：
表1常规电机和本发明的二阶段功率的节能电机参数对照表
从上表1可以看出，本发明的二阶段功率的节能电机比常规电机的工作效率提高了1.2％，具有明显的节能效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池、一台或多台离心泵、稳压罐、智能控制柜，多台离心泵并联运行，水池进水口连接市政给水管或循环水管或其他水源，水池出水管与一台或多台离心泵相连，所述离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管给用户供水，在供水总管上安装有稳压罐，智能控制柜与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器以及稳压罐上的压力传感器相连。
2.一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：该系统包括：水池、一台或多台离心泵、稳压罐、智能控制柜，多台离心泵并联运行，水池进水口连接冷却设备的出水管，水池出水管与一台或多台离心泵相连，所述离心泵的出水管与供水总管相连，供水总管与冷却设备相连，在供水总管上安装有稳压罐，智能控制柜与离心泵以及离心泵出水管上的压力传感器相连，智能控制柜与水池中的水位传感器、水池出水管上的流量传感器、稳压罐上的压力传感器以及冷却设备的出水管上的温度传感器相连。
3.如权利要求1或2所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：所述水位传感器包括高水位传感器和低水位传感器。
4.如权利要求1或2所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：所述控制系统包括变频器，智能控制柜包括PLC。
5.如权利要求1或2所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：离心泵电机为二阶段功率的节能电机，该电机包括外壳、电机主轴、第一阶段电机、电磁联接座和第二阶段电机，电磁联接座内安装有第一阶段电机磁力盘、第二阶段电机磁力盘、弹簧和电磁铁，第一阶段电机和第二阶段电机通过电磁联接座相连。
6.如权利要求5所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：第一阶段电机包括第一阶段电机绕组、第一阶段电机定子和第一阶段电机转子，第一阶段电机转子包括第一阶段电机主轴。
7.如权利要求5所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：第二阶段电机包括第二阶段电机绕组、第二阶段电机定子和第二阶段电机转子，第二阶段电机转子包括第二阶段电机主轴，第二阶段电机主轴一端安装有第二阶段电机磁力盘。
8.如权利要求5所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：弹簧安装在第二阶段电机磁力盘与弹簧安装座形成的空腔内。
9.如权利要求5所述的一种离心泵智能降频或升频节能控制系统，其特征在于：电磁铁安装在电磁联接座中靠近第二阶段电机的空腔内，电磁铁的直径大于第二阶段电机主轴的直径。
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