CN215997728U - 一种水压自适应冲洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于地铁隧道内水压自适应冲洗装置，包括：水箱、总截止阀、电机水泵；其关键技术在于还包括变频器调速控制系统，压力传感器、分路电磁阀、分路截止阀和喷嘴等；所述压力传感器、分路电磁阀、分路截止阀和喷嘴设置在冲洗装置出水管路上；压力传感器的作用是检测冲洗系统管路水压并反馈调压信号至所述变频器调速控制系统。分路电磁阀设置于水泵出水管路上,通过控制电路控制其开启和断开水路。本实用新型有益效果是，在隧道冲洗作业时，不同工作区，可以提供不同冲洗水压冲洗，水泵出水压力恒定，自动调节工作喷嘴数量，可节能降耗25％～45％左右、减轻作业人员劳动强度。

Description

一种水压自适应冲洗装置

技术领域

本实用新型属于轨道交通节能环保冲洗领域，具体为一种应用于地铁隧道内高压水冲洗的水压自适应冲洗装置

背景技术

随着我国经济快速发展，城市化进程逐步加快，国内大中城市都在大力推进地铁轨道交通建设。地铁隧道在建设过程中或运营一段时间后，在隧道内的墙壁顶部、两侧、道床和轨旁电气设备会被粉尘污染。目前国内清洁隧道的工作有两种工作形式：一种是人工清扫，这种清洁方式虽然可以清理部分固体垃圾，但是该方式工作效率低、劳动强度大，无法清扫尘状垃圾(如铁屑、灰尘等)，清洁效果差；另一种是采用高压水冲洗车清洁方式，该冲洗车作业范围广，可以彻底清洁隧道墙壁(附属设备安装高度以下)、道床、轨道、轨底及轨道扣件等部位，达到较好的清洗效果，但高压水冲洗主要是靠作业人员根据工况需要，人工控制冲洗水压及流量，水压控制技术和在节能降耗方面还亟待提高。实践中这种方法的弊端主要是：①由于工况需求，经常需要部分开启喷嘴或个别喷嘴堵塞，导致水冲洗压力不稳定或冲击；②虽然比例压力阀可实现恒压控制，但会造成能量的浪费；③人工调压工作效率低，操作人员随时监控易疲劳。

发明内容

本实用新型的目的是系统地解决地铁隧道冲洗水压不稳定、节能降耗和人工效率低下的问题，满足地铁隧道水冲洗清洁作业的节能降耗。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种水压自适应冲洗装置，包括：水箱、总截止阀、过滤器、电机水泵和安全阀；所述总截止阀、过滤器、安全阀及压力表均为水压系统常规配件，各自起到系统中的相应作用。水箱里面的水经过总截止阀、过滤器、电机水泵和安全阀，向隧道冲洗系统的出水管供水，其中电机水泵通过电机转速变化调节供给水流量来改变出水管的水压。其特征在于还包括变频器调速控制系统、气动比例调压阀，压力传感器、压力表、分路电磁阀、分路截止阀和喷嘴；所述压力表、压力传感器、分路电磁阀、分路截止阀和喷嘴设置在冲洗装置出水管路上；压力传感器的作用是检测冲洗系统管路水压并反馈调压信号至所述变频器调速控制系统。

气动比例调压阀用于设定出水口水压的初始恒压值。

变频器调速控制系统使电机水泵始终工作在变频调速状态，根据出水管水压变化值，控制电机水泵变频工作，通过改变电机转速，调整水泵泵出水量的体积，维持出水管水压的恒定。

工作时根据实际工况选择，通过气动比例调压阀设定出水口水压的初始恒压值，压力传感器和压力表实时监测冲洗系统出水管水压，并且传输给变频器调速控制系统。变频器调速控制系统根据压力传感器反馈的实际水压变化和设定的初始恒压值,输出变频信号，控制电机转速，调整水泵泵出水量体积，改变出水水压，达到恒定水压的目的。

分路电磁阀设置于水泵出水管路上，位于水泵和喷嘴之间，通过控制电路控制其开启和断开水路。

分路截止阀设置于出水管路上，位于分路电磁阀和喷嘴之间，一端连接分路电磁阀，一端连接喷嘴，可根据作业工况需求，手动独立地打开或关闭终端喷嘴。优选地，分路截止阀和喷嘴是工作组，每个组由数量大于一个的分路截止阀和喷嘴构成，每个分路截止阀控制一个喷嘴，每个喷嘴由一个分路截止阀控制。

分路电磁阀可以连接大于或等于两个分路截止阀和喷嘴，每个分路截止阀控制一个喷嘴，每个喷嘴由一个分路截止阀控制。

优选地，所述变频器调速控制系统包括可编程控制器(PLC)和变频器。PLC用于接收并处理压力传感器传递的水压信号，即时指挥变频器对电机水泵调频工作，调整水泵泵出水量体积，改变水压，达到恒定水压目的，实现供水压力的闭环控制。

变频器的作用是使水泵电机接收变频率电源，处于调频工作状态，实现电机转速无级变化，从而使冲洗系统水压连续自适应变化；同时变频器还可限制电机的启动电流、减少冲击和供电的装机。

具体过程是这样的：压力传感器检测出出水管内压力后将信号传输给PLC单元。压力信号经过PLC单元处理后传输给变频器；变频器根据压力信号输出变频信号，控制电机变频工作，改变水泵泵出水量。

优选地，所述PLC包含智能PID调节器。变频器和智能PID调节器的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。智能PID调节器采用冲洗系统水压的比例(P)、积分(I)、微分(D)调节控制，实现水泵电机组变频软启动,消除了冲洗水压系统的水锤效应及对电气元件和机械元件的冲击，延长了机电设备的使用寿命；所述PLC设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常和用户程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。

优选地，所述分路电磁阀是分路电磁阀组，由第一分路电磁阀、第二分路电磁阀和第三分路电磁阀构成，所述变频器调速控制系统包含控制电路，根据工况需要自动控制或手动输入信号控制所述第一分路电磁阀、第二分路电磁阀和第三分路电磁阀开启和断开水路。

优选地，所述电机水泵是电机水泵组，由大于一个电机水泵构成，满足两个或更多个分路电磁阀打开时的水压要求。不同电机水泵在同一个变频器调速控制系统控制下变频调速工作。

优选地，所述电机水泵数量大于一个，变频器调速控制系统、安全阀、气动比例调压阀、压力传感器、压力表、分路电磁阀、分路截止阀和喷嘴的数量或组数与电机水泵数量相同；每个电机水泵由一个变频器调速控制系统控制，不同电机水泵互相独立地工作，可分别输出不同的恒定水压。在隧道冲洗作业时，不同工作区，水压需求不同。为了提高工作效率和节约能源，可以利用本冲洗装置的不同工作组对这些工作区同时用不同水压冲洗。

本实用新型有益效果是提供了一种水压自适应冲洗装置，水压冲洗系统工作稳定，水泵出水压力恒定，满足了稳定的冲洗效果；作业时，根据工况需要，可实现自动调压功能，自动调节工作喷嘴数量，从而达到节能降耗、减轻作业人员劳动强度的目的；节能效果非常显著，比未装变频器节约25％～45％左右的电能，具有明显的经济效益；电机水泵的转速普遍下降，运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用；变频器启动和调速平稳，减少了对水压系统及电器元件的冲击。

附图说明

图1是一种水压自适应冲洗装置示意图

图2是冲洗水压自适应控制原理框图

图3是变频恒压控制水泵电机组框图

图4是变频控制电机水泵组应用实施例电气原理图

附图标记说明：1.水箱 2.总截止阀 3.过滤器 4.电机水泵 5.变频器 6.安全阀7.气动比例调压阀 8.压力传感器 9.压力表 10.第一分路电磁阀 11.第二分路电磁阀12. 第三分路电磁阀 13.分路截止阀 14.喷嘴

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1-附图4，对本实用新型在地铁隧道的具体优选实施方式作详细描述。

水冲洗作为一种射流系统，喷嘴出口压力由供给的流量来决定，因此对供水系统压力进行的控制，归根结底是为了满足终端喷嘴对流量的需求。所以，流量是供水系统的基本控制对象。考虑到在动态情况下，管路中水压的大小与供水能力(由流量Qg表示)和用水需求(由用水流量Qu表示)之间的平衡情况有关。

如：供水能力Qg＞用水需求Qu，则压力P上升；

如：供水能力Qg＜用水需求Qu，则压力P下降；

如：供水能力Qg＝用水需求Qu，则压力P不变。

可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化上。从而，压力就成为了用来作为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰倒好处满足了终端喷嘴所需的用水流量，以达到节能的目的，这种方式称为恒压供水。为了实现恒压供水，本实用新型设计了一个恒压供水模型—一种水压自适应冲洗装置。

请参阅图1，本实用新型提供了一种水压自适应冲洗装置，主要是由水箱1、总截止阀2、过滤器3、电机水泵组4、变频器5、安全阀6、气动比例调压阀7、压力传感器8、压力表9、第一分路电磁阀10、第二分路电磁阀11、第三分路电磁阀12、分路截止阀13、喷嘴14等构成。水箱1及电机水泵组4对冲洗系统进行恒压供水。变频器5控制电机水泵组4 始终工作在变频调速状态。工作时可根据实际工况选择通过气动比例调压阀7设定出水口恒压初始值。变频器5根据实际水压的变化,不断地调整水泵转速,通过调节流量达到恒定水压的目的。

第一分路电磁阀10、第二分路电磁阀11和第三分路电磁阀12通过变频器调速控制系统控制电路，控制其开启和断开水路。分路截止阀13可根据作业工况需求，手动独立地控制打开或关闭任一终端喷嘴14。总截止阀2、过滤器3、安全阀6及压力表9均为水压系统常规配件，各自起到系统中的相应作用。

另外,可编程序控制器(PLC)包含智能PID调节器，分别与压力传感器8和变频器5连接，可根据当前出水口压力传感器8的水压变化情况，即时指挥变频器5对电机水泵组4的调频，控制泵组的调速运行，以完成供水压力的闭环控制。智能PID调节器采用冲洗系统水压的比例(P)、积分(I)、微分(D)调节控制。

请参阅图1、图2，可编程序控制器(PLC)的控制方式。PLC是一种面向工业控制的数字电子装置，它使用了可编程序的存贮器以存贮指令，用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制作业过程。这种控制电路跟踪快、控制精度高、抗干扰能力强、扩展功能灵活方便，可实现恒压(或变压)全流量变频调节，具有稳定性好、高效节能、调试方便等显著优点。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。软件上，PLC设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常，用户程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。

电机水泵组4是输出环节，转速由变频器5控制，PLC控制器综合给定信号后，经过PID 智能调节，向变频器5输出运转频率指令。压力传感器8检测管路系统出水压力，并向PLC 传递水压信号，进行水压自适应调节。具体说，就是当流量需求降低时，出水管路水压升高， PLC控制器将检测到压力升高信号，此时，PLC控制器将向变频器发出一个信号，使其降低输出(较低频率)直至，调节水泵电机转速，调整水泵泵出水量体积，降低输出水压，使水压回到要求水平(恒压设定点)。反之，当流量再次升高时，控制器将检测到压力降低，控制器将向变频器发出一个信号，使其提高输出(较高频率)直至压力回到要求水平(恒压设定点)。

请参阅图3，变频器的控制方式。

(1)目标信号Xt，即给定端VRF上得到的信号，该信号是一个与压力控制目标相对应的值，通常用百分数表示。目标信号也可以由键盘直接给定，而不必通过外接电路来给定。

(2)反馈信号Xf，是压力传感器BP反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。

可以看出，目标信号Xt和反馈信号Xf二者是相减的，其合成信号Xd＝Xt－Xf经过PID 调节处理后得到频率给定信号，决定变频器的输出频率fx。

当用水流量减少时，供水能力Qg＞用水需求Qu，则供水压力上升，Xf变大导致合成信号(Xt－Xf)变小，则变频器5输出频率fx变小，电机水泵组4转速nx变小，供水能力Qg 变小，直到压力大小回复到目标值、供水能力与用水流量重又平衡(Qg＝Qu)时为止；反之, 当用水流量增大时，供水能力Qg＜用水需求Qu，则供水压力减小，Xf变小导致合成信号(Xt －Xf)变大，则变频器5输出频率fx变大，电机水泵组4转速nx变大，供水能力Qg变大，直到压力大小回复到目标值、供水能力与用水流量重又平衡(Qg＝Qu)时为止。

另一个是变频控制电机水泵组的实施例，请参阅(图1、图2、图4)。

在应用于地铁隧道清洗车以及对地铁隧道内进行轨道、道床、扣件、疏散平台、绝缘子和整个隧道壁面的清洗时，根据不同冲洗区域的实际脏污工况，需要分片独立控制冲洗装置进行有的放矢的清洗作业。此时，不同作业片区所需要的冲洗水量和水压存在差异。为了节约能源，提高效率，必须同时选用不同的冲洗喷嘴射出不同水压，对隧道壁、轨道、道床、绝缘子及扣件等进行压力冲洗及隧道内的雾化降尘。为了解决上述问题，本实用新型提供一种水压自适应冲洗装置，包含控制柜三个、变频器调速控制系统三套、电机水泵4三套、分路电磁阀工作组三套、分路截止阀和喷嘴组三套和140KW发电机一个。每套分路电磁阀组包含第一分路电磁阀10、第二分路电磁阀11和第三分路电磁阀12，每套分路截止阀和喷嘴组包含分路截止阀13和喷嘴14；每个控制柜包含PLC、控制电路和压力传感器8，每套变频器调速控制系统包含变频器5和气动比例调压阀7。所述发电机，分别为所述三个控制柜及三套变频器调速控制系统提供AC220V和DC24V电源。所述分路电磁阀组、分路截止阀和喷嘴组构成所述冲水装置的出水系统。实际工作时，所述控制柜、电机水泵4和变频器调速控制系统，分别控制三组出水系统。根据出水口的压力传感器8反馈的水压变量信号和工况水压需求初始设定值，每个控制柜内的PLC控制模块控制一台变频器调速控制系统的输出变频信号，指挥一台电机水泵4变频工作，向一套喷嘴14提供自适应的恒压供水。这样三组控制柜、三组变频器调速控制系统和三组电机，即可同时向三组喷嘴14输出不同水压的水流，实现全自动独立控制的三组水压自适应冲洗功能。

最后说明的是，以上附图和实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他替换。对本实用新型的技术方案进行的任何修改或者同等替换，如果不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种水压自适应冲洗装置，包括：水箱(1)、总截止阀(2)、过滤器(3)、电机水泵(4)和安全阀(6)；其特征在于还包括变频器调速控制系统、气动比例调压阀(7)、压力传感器(8)、压力表(9)、分路电磁阀、分路截止阀(13)和喷嘴(14)；所述压力表(9)、压力传感器(8)、分路电磁阀、分路截止阀(13)和喷嘴(14)设置在冲洗装置出水管路上；所述压力传感器(8)的作用是检测冲洗系统管路水压并反馈调压信号至所述变频器调速控制系统；所述气动比例调压阀(7)用于设定出水口水压的初始恒压值；所述变频器调速控制系统使电机水泵(4)始终工作在变频调速状态，维持出水管水压的恒定；所述分路电磁阀设置于水泵出水管路上，位于所述水泵和所述喷嘴(14)之间，通过控制电路控制其开启和断开水路；所述分路截止阀(13)设置于出水管路上，位于所述分路电磁阀和所述喷嘴(14)之间，一端连接所述分路电磁阀，一端连接所述喷嘴(14)，手动独立地打开或关闭所述喷嘴(14)。

2.根据权利要求1所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于所述变频器调速控制系统包括可编程控制器(PLC)和变频器(5)；所述PLC用于接收并处理所述压力传感器(8)传递的水压信号，所述变频器(5)使电机水泵(4)接收变频率电源，处于调频工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于所述PLC包含智能PID调节器和故障检测及自诊断程序；所述智能PID调节器采用冲洗系统水压的比例(P)、积分(I)、微分(D)调节控制。

4.根据权利要求3所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于所述分路截止阀和喷嘴是工作组，每个组由数量大于一个的分路截止阀(13)和喷嘴(14)构成，每个分路截止阀(13)控制一个喷嘴(14)，每个喷嘴(14)由一个分路截止阀(13)控制。

5.根据权利要求1所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于所述分路电磁阀是分路电磁阀工作组，由第一分路电磁阀(10)、第二分路电磁阀(11)和第三分路电磁阀(12)构成；所述变频器调速控制系统包含控制电路，所述控制电路自动控制或通过手动输入信号控制所述第一分路电磁阀(10)、第二分路电磁阀(11)和第三分路电磁阀(12)开启和断开水路。

6.根据权利要求1所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于所述电机水泵是电机水泵组，由大于一个电机水泵(4)构成。

7.根据权利要求6所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于只包含一个变频器调速控制系统，所述变频器调速控制系统同时控制所述电机水泵组变频调速工作。

8.根据权利要求6所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于包含与电机水泵组中电机水泵数量相同的变频器调速控制系统、安全阀(6)、气动比例调压阀(7)、压力传感器(8)、压力表(9)、分路电磁阀工作组、分路截止阀和喷嘴，每个电机水泵(4)由不同变频调速系统控制，不同电机水泵互相独立地工作。

9.根据权利要求8所述的一种水压自适应冲洗装置，其特征在于包含变频器调速控制系统、电机水泵(4)各三套、分路电磁阀工作组三套、分路截止阀和喷嘴组三套，还包含控制柜三个和140KW发电机一个；每个所述控制柜包含PLC、控制电路和压力传感器(8)，每套变频器调速控制系统包含变频器(5)和气动比例调压阀(7)，所述发电机分别为所述三个控制柜及所述三套变频器调速控制系统提供AC220V和DC24V电源；所述每套分路电磁阀工作组由第一分路电磁阀(10)、第二分路电磁阀(11)、第三分路电磁阀(12)组成，所述每套分路截止阀和喷嘴组包含分路截止阀(13)和喷嘴(14)。

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