CN113818516A - 一种高层二次供水节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高层二次供水节能控制系统，涉及二次供水领域，针对目前在对中高层进行二次供水时，所使用的二次供水系统由于其在对中高层进行供水时会对水源造成二次污染，并且会增加额外的电能损耗的问题，现提出如下方案，其包括供水系统，所述供水系统的内部包括流量记录模块、压力记录模块、变频调速模块、水泵拟合模块和并联运行模块，所述流量记录模块与压力记录模块的内部分别设置有手持式超声波流量计与压力记录仪，所述变频调速模块的内部包括变频器、电动机以及水泵，且所述水泵包括第一水泵与第二水泵。该高层二次供水节能控制系统通过对不同的供水系统进行计算分析，使得对二次供水控制系统实现节能。

Description

一种高层二次供水节能控制系统

技术领域

本发明涉及二次供水领域，尤其涉及一种高层二次供水节能控制系统。

背景技术

二次供水是指单位或个人将城市公共供水或自建设施供水经储存、加压，通过管道再供用户或自用的形式，二次供水主要为补偿市政供水管线压力缺乏，保障寓居、生活在高层人群用水而建立的，目前所使用的二次供水通常需要对其进行加压，从而使其运输至更高楼层，此方式不仅增加了供水的二次污染，并且还大大的增加了电能的损耗。

针对目前在对中高层进行二次供水时，所使用的二次供水系统由于其在对中高层进行供水时会对水源造成二次污染，并且会增加额外的电能损耗的问题，我们提出一种高层二次供水节能控制系统。

发明内容

本发明提出的一种高层二次供水节能控制系统，解决了目前在对中高层进行二次供水时，所使用的二次供水系统由于其在对中高层进行供水时会对水源造成二次污染，并且会增加额外的电能损耗的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高层二次供水节能控制系统，包括供水系统，所述供水系统的内部包括流量记录模块、压力记录模块、变频调速模块、水泵拟合模块、并联运行模块和供水压力变化模块，所述流量记录模块与压力记录模块的内部分别设置有手持式超声波流量计与压力记录仪，所述变频调速模块的内部包括变频器、电动机以及水泵，且所述水泵包括第一水泵与第二水泵。

优选的，所述变频器、电动机以及水泵依次连接，并通过以下表达式对变频器、电动机以及水泵的功率以及效率进行计算；

N(t)＝γHQ

N(s)＝N(t)/η(p)

N(m)＝N(s)/η(m)

N(in)＝N(m)/η(vfd)

N(in)＝(γHQ)/η

Η＝η(vfd)η(m)η(p)

所述γ为水的比重；H为水泵的扬程；Q为水泵的流量；N(t)为水泵的输出功率；N(s)为水泵轴功率，即电机的输出功率；N(m)为电动机输入功率，即变频器的输出功率；N(in)为总输入功率，即变频器的输入功率；η(p)为水泵运行效率；η(m)为电动机效率；η(vfd)为变频器效率；η为总效率。

优选的，所述水泵拟合模块通过对相关测试数据进行多项式拟合得到水泵特性曲线的数学表达式，对于水泵，流量--扬程特性曲线的拟合阶次取2，流量--轴功率取1，流量--效率拟合阶次取2即可得到足够的拟合精度，流量--扬程特性曲线、流量--轴功率特性曲线和流--效率特性曲线的拟合数学表达式分别如下：

H＝A₃Q²+A₂Q+A₁

N(s)＝B₂Q+B₁

η(p)＝C₃Q²+C₂Q+C₁

所述Q为实际流量；H为水泵扬程；N(s)为水泵轴功率；η(p)为水泵效率；A₃、A₂、A₁、B₂、B₁、C₃、C₂、C₁均为拟合系数。

优选的，所述上述三式描述了水泵在额定转速n₁下的工作特性，对于变频调速水泵，根据比例律和等效率曲线，进行变换，由此可得到水泵的任意转速n下的工作特性：

比例律表达式为：

Q/Q₁＝√(H/H₁)＝3√[H(s)/H(s1)]＝n/n₁

等效率曲线表达式为：

H＝K＇Q²

变频水泵在任意转速n下的工作特性为：

H＝A₃Q²+A₂XQ+A₁X² Q

N(s)＝B₂X² Q+B₁X³

η(p)＝C₃(Q/X)²+C₂(Q/X)+C₁

X＝n/n₁

所述K＇为等效率曲线系数；X为变频前后水泵运行转速比。

优选的，所述第一水泵为大功率水泵，第二水泵为小功率水泵，且所述第一水泵的功率大于第二水泵的功率。

优选的，所述并联运行模块第一水泵与第二水泵。

优选的，所述供水压力变化模块便于记录供水系统的压力变化，所述供水压力变化模块与流量记录模块呈电性连接。

优选的，所述供水压力变化模块与流量记录模块相结合便于通过管道的压力与管道的流量判断管道的实时特性。

优选的，所述流量记录模块采用非接触附着式超声波流量计，且所述超声波流量计的型号为：JC200S。

优选的，所述压力记录模块采用具有压力检测与电子数据记录功能的压力记录仪，且所述压力记录仪的型号为：R2000。

本发明的有益效果为：

该装置变频前后随着转速比的降低，流量--扬程特性曲线向下平移；流量--轴功率特性曲线向下偏移，而且变频转速比下限值越低，曲线越缓；流量--效率特性曲线逐步向左推移，但不管在何种转速下，水泵的效率峰值降低并不明显，在满足系统给水压力的情况下，恒压值设定越低，水泵变频转速比下限值越低，节能效果越明显，通过对不同的供水系统进行计算分析，使得对二次供水控制系统实现节能。

附图说明

图1为本发明一种高层二次供水节能控制系统的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1所示，一种高层二次供水节能控制系统，包括供水系统，所述供水系统的内部包括流量记录模块、压力记录模块、变频调速模块、水泵拟合模块、并联运行模块和供水压力变化模块，所述流量记录模块与压力记录模块的内部分别设置有手持式超声波流量计与压力记录仪，所述变频调速模块的内部包括变频器、电动机以及水泵，且所述水泵包括第一水泵与第二水泵。

优选的，所述变频器、电动机以及水泵依次连接，并通过以下表达式对变频器、电动机以及水泵的功率以及效率进行计算；

N(t)＝γHQ

N(s)＝N(t)/η(p)

N(m)＝N(s)/η(m)

N(in)＝N(m)/η(vfd)

N(in)＝(γHQ)/η

Η＝η(vfd)η(m)η(p)

所述γ为水的比重；H为水泵的扬程；Q为水泵的流量；N(t)为水泵的输出功率；N(s)为水泵轴功率，即电机的输出功率；N(m)为电动机输入功率，即变频器的输出功率；N(in)为总输入功率，即变频器的输入功率；η(p)为水泵运行效率；η(m)为电动机效率；η(vfd)为变频器效率；η为总效率，在这四种功率中，整套变频调速供水系统的能耗由总输入功率N(in)得到，电动机输入功率N(m)、水泵轴功率N(s)均为过程量，可以通过水泵理论功率N,以及相应的效率进行折算，从而判断供水系统中的实际能耗，进而对供水系统进行解析。

优选的，所述水泵拟合模块通过对相关测试数据进行多项式拟合得到水泵特性曲线的数学表达式，对于水泵，流量--扬程特性曲线的拟合阶次取2，流量--轴功率取1，流量--效率拟合阶次取2即可得到足够的拟合精度，流量--扬程特性曲线、流量--轴功率特性曲线和流--效率特性曲线的拟合数学表达式分别如下：

H＝A₃Q²+A₂Q+A₁

N(s)＝B₂Q+B₁

η(p)＝C₃Q²+C₂Q+C₁

所述Q为实际流量；H为水泵扬程；N(s)为水泵轴功率；η(p)为水泵效率；A₃、A₂、A₁、B₂、B₁、C₃、C₂、C₁均为拟合系数，通过建立拟合模型，便于对水泵的工作特性进行分析。

优选的，所述上述三式描述了水泵在额定转速n₁下的工作特性，对于变频调速水泵，根据比例律和等效率曲线，进行变换，由此可得到水泵的任意转速n下的工作特性：

比例律表达式为：

Q/Q₁＝√(H/H₁)＝3√[H(s)/H(s1)]＝n/n₁

等效率曲线表达式为：

H＝K＇Q²

变频水泵在任意转速n下的工作特性为：

H＝A₃Q²+A₂XQ+A₁X² Q

N(s)＝B₂X² Q+B₁X³

η(p)＝C₃(Q/X)²+C₂(Q/X)+C₁

X＝n/n₁

所述K＇为等效率曲线系数；X为变频前后水泵运行转速比，通过上述表达式可对水相关特性进行分析，其主要分为如下三种运行情况：

当运行流量小于小泵额定流量时，有三种运行方案可以满足该运行流量的要求:其一大泵变频运行、其二小泵工频运行、其三小泵变频运行，分别绘制出在该运行情况下，不同型号泵组并联效率曲线轴功率曲线示意图，通过对比三种运行情况可得知，不管是从能耗还是效率考量，小泵变频运行最优，因此当运行流量小于小泵额定流量时，并联运行模块采用小泵变频运行能耗最低；

当运行流量介于小泵额定流量与大泵额定流量之间时，有三种运行方案可以满足该运行流量的要求:其一为大泵变频运行、其二为大泵变频加上小泵工频运行、其三为大泵变频加上小泵变频运行，分别绘制出在该运行况下，不同型号泵组并联效率曲线、轴功率曲线示意图，通过对比三种运行情况可得知，不管是从能耗还是效率考量，大泵变频运行最优，因此当运行流量介于小泵额定流量与大泵额定流量之间时，并联运行模块采用大泵变频运行能耗最低；

当运行流量大于大泵额定流量、小于小泵额定流量与大泵额定流量之和时，有三种运行方案可以满足该运行流量的要求:其一为大泵工频加上小泵变频运行、其二为大泵变频加上小泵工频运行、其三为大泵变频加上小泵变频运行，分别绘制出在该运行情况下，不同型号泵组并联效率曲线、轴功率曲线示意图，大泵效率相互间相差不明显小泵效率相互之间相差较为明显，若从能耗或者效率考量，方案一和方案三均具优势，但从简化后续变频控制来看，优选方案二，因此当运行流量大于大泵额定流量时，泵组采用大泵变频加上小泵工频运行最为合理。

所述第一水泵为大功率水泵，第二水泵为小功率水泵，且所述第一水泵的功率大于第二水泵的功率。

所述并联运行模块第一水泵与第二水泵。

所述供水压力变化模块便于记录供水系统的压力变化，所述供水压力变化模块与流量记录模块呈电性连接。

所述供水压力变化模块与流量记录模块相结合便于通过管道的压力与管道的流量判断管道的实时特性。

所述流量记录模块采用非接触附着式超声波流量计，且所述超声波流量计的型号为：JC200S。

所述压力记录模块采用具有压力检测与电子数据记录功能的压力记录仪，且所述压力记录仪的型号为：R2000。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高层二次供水节能控制系统，包括供水系统，其特征在于，所述供水系统的内部包括流量记录模块、压力记录模块、变频调速模块、水泵拟合模块、并联运行模块和供水压力变化模块，所述流量记录模块与压力记录模块的内部分别设置有手持式超声波流量计与压力记录仪，所述变频调速模块的内部包括变频器、电动机以及水泵，且所述水泵包括第一水泵与第二水泵。

2.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述变频器、电动机以及水泵依次连接，并通过以下表达式对变频器、电动机以及水泵的功率以及效率进行计算；

N(t)＝γHQ

N(s)＝N(t)/η(p)

N(m)＝N(s)/η(m)

N(in)＝N(m)/η(vfd)

N(in)＝(γHQ)/η

Η＝η(vfd)η(m)η(p)

所述γ为水的比重；H为水泵的扬程；Q为水泵的流量；N(t)为水泵的输出功率；N(s)为水泵轴功率，即电机的输出功率；N(m)为电动机输入功率，即变频器的输出功率；N(in)为总输入功率，即变频器的输入功率；η(p)为水泵运行效率；η(m)为电动机效率；η(vfd)为变频器效率；η为总效率。

3.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述水泵拟合模块通过对相关测试数据进行多项式拟合得到水泵特性曲线的数学表达式，对于水泵，流量--扬程特性曲线的拟合阶次取2，流量--轴功率取1，流量--效率拟合阶次取2即可得到足够的拟合精度，流量--扬程特性曲线、流量--轴功率特性曲线和流--效率特性曲线的拟合数学表达式分别如下：

H＝A₃Q²+A₂Q+A₁

N(s)＝B₂Q+B₁

η(p)＝C₃Q²+C₂Q+C₁

所述Q为实际流量；H为水泵扬程；N(s)为水泵轴功率；η(p)为水泵效率；A₃、A₂、A₁、B₂、B₁、C₃、C₂、C₁均为拟合系数。

4.根据权利要求3所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述上述三式描述了水泵在额定转速n₁下的工作特性，对于变频调速水泵，根据比例律和等效率曲线，进行变换，由此可得到水泵的任意转速n下的工作特性：

比例律表达式为：

Q/Q₁＝√(H/H₁)＝3√[H(s)/H(s1)]＝n/n₁

等效率曲线表达式为：

H＝K＇Q²

变频水泵在任意转速n下的工作特性为：

H＝A₃Q²+A₂XQ+A₁X²Q

N(s)＝B₂X²Q+B₁X³

η(p)＝C₃(Q/X)²+C₂(Q/X)+C₁

X＝n/n₁

所述K＇为等效率曲线系数；X为变频前后水泵运行转速比。

5.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述第一水泵为大功率水泵，第二水泵为小功率水泵，且所述第一水泵的功率大于第二水泵的功率。

6.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述并联运行模块第一水泵与第二水泵。

7.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述供水压力变化模块便于记录供水系统的压力变化，所述供水压力变化模块与流量记录模块呈电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述供水压力变化模块与流量记录模块相结合便于通过管道的压力与管道的流量判断管道的实时特性。

9.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述流量记录模块采用非接触附着式超声波流量计，且所述超声波流量计的型号为：JC200S。

10.根据权利要求1所述的一种高层二次供水节能控制系统，其特征在于，所述压力记录模块采用具有压力检测与电子数据记录功能的压力记录仪，且所述压力记录仪的型号为：R2000。

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