可自动转换高效区的节能加压供水装置的制作方法

本实用新型涉及一种可自动转换高效区的节能加压供水装置。

背景技术：

目前城市居民生活供水多采用变频恒压或自动叠压供水方式，一般设计水泵一用一备或两用一备配置，以满足用户最大用水量。基于居民起居规律一般用水量呈现四个高峰时段，其余大多数时间只是分散的零星用水，供水流量通常低于高峰时的20％，甚至不足5％。为满足高峰用水而设计的大功率水泵只能降速运行以恒定出水压力，因此水泵多数时间都运行在低效区，能耗浪费惊人。除能源浪费外，小流量时的机械磨损使局部升温，无形中增加了水泵的维修维护成本。

此外，目前的变频恒压供水方式，为抵消大流量供水时的管道水头损失，必然提高恒压设定值，而在小流量供水时管道水头损失很小，偏高的压力设定值使能量白白浪费，同样也增加了机械磨损。

以往对于以上第一类问题的解决通常是设置一台小功率水泵和压力罐，在小流量供水情况下启动小功率水泵，但并没有从根本上解决大功率水泵低效运行的问题，且小功率水泵多为工频定速运行，供水压力极不稳定。至于第二类问题目前多采用分时段设定压力的方法，在用水低谷时段降低供水压力。但由于四季更替节假穿插，一来调整不便，二来间接控制粗糙效果不佳。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、节能效果好的可自动转换高效区的节能加压供水装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种可自动转换高效区的节能加压供水装置，包括进水压力检测单元、流量检测单元、出水压力检测单元、中心控制单元、主泵组变频调速单元、主泵组切换单元、主泵组单元、辅泵组变频调速单元、辅泵组切换单元、辅泵组单元，所述进水压力检测单元、流量检测单元安装在供水管道的进水端，出水压力检测单元安装在供水管道的出水端，进水压力检测单元、流量检测单元、出水压力检测单元的信号输出端与中心控制单元相连，所述主泵组单元设置在供水管道上，辅泵组单元并接在主泵组单元两端，所述中心控制单元经主泵组变频调速单元、主泵组切换单元后与主泵组单元相连，中心控制单元经辅泵组变频调速单元、辅泵组切换单元后与辅泵组单元相连，所述主泵组切换单元、辅泵组切换单元分别与中心控制单元相连。

上述可自动转换高效区的节能加压供水装置，所述主泵组单元包括多条并联的主泵供水支路，每条主泵供水支路上设有一个主泵，所述主泵组切换单元的输入端经主泵组变频调速单元与中心控制单元相连，主泵组切换单元的输出端分别与所有主泵供水支路上的主泵相连，所述主泵组切换单元的控制端与中心控制单元相连。

上述可自动转换高效区的节能加压供水装置，所述辅泵组单元包括多条并联的辅泵供水支路，每条辅泵供水支路上设有一个辅泵，所述辅泵组切换单元的输入端经辅泵组变频调速单元与中心控制单元相连，辅泵组切换单元的输出端分别与所有辅泵供水支路上的辅泵相连，所述辅泵组切换单元的控制端与中心控制单元相连。

上述可自动转换高效区的节能加压供水装置还包括人机交互单元，人机交互单元与中心控制单元相连。

上述可自动转换高效区的节能加压供水装置，所述进水压力检测单元、出水压力检测单元为压力变送器。

上述可自动转换高效区的节能加压供水装置，所述流量检测单元为流量计。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的中心控制单元分别与主泵组切换单元和辅泵组切换单元连接，通过主泵组切换单元和辅泵组切换单元来控制主泵组单元和辅泵组单元各条支路上水泵的运行状态，可以使水泵无论在大流量还是小流量供水状况下，都能工作在高效区，避免水泵在低效区的能源浪费和机械磨损，达到节能、高效、稳定、延长使用寿命的技术效果，可广泛应用于城市自来水加压供水领域。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的结构安装示意图。

图3为本实用新型水泵的H/Q性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2所示，一种可自动转换高效区的节能加压供水装置，包括进水压力检测单元U6、流量检测单元U12、出水压力检测单元U7、中心控制单元U1、主泵组变频调速单元U2、主泵组切换单元U3、主泵组单元、辅泵组变频调速单元U4、辅泵组切换单元U5、辅泵组单元和人机交互单元U13。中心控制单元U1为工控机或可编程控制器。

人机交互单元U13与中心控制单元U1相连，用于基本参数的设置和运行数据显示。

所述进水压力检测单元U6、流量检测单元U12安装在供水管道的进水端，出水压力检测单元U7安装在供水管道的出水端，进水压力检测单元U6、出水压力检测单元U7为压力变送器,流量检测单元U12为流量计；进水压力检测单元U6、流量检测单元U12、出水压力检测单元U7的信号输出端经A/D转换单元与中心控制单元U1相连，所述主泵组单元设置在供水管道上，辅泵组单元并接在主泵组单元两端，所述中心控制单元U1经主泵组变频调速单元U2、主泵组切换单元U3后与主泵组单元相连，中心控制单元U1经辅泵组变频调速单元U4、辅泵组切换单元U5后与辅泵组单元相连，所述主泵组切换单元U3、辅泵组切换单元U5分别与中心控制单元U1相连。

所述主泵组单元包括2条并联的主泵供水支路，两条主泵供水支路上分别设有一个主泵U8和U9，所述主泵组切换单元U3的输入端经主泵组变频调速单元U2与中心控制单元U1相连，主泵组切换单元U3的输出端分别与2条主泵供水支路上的主泵U8和U9相连，所述主泵组切换单元U3的控制端与中心控制单元U1相连。

所述辅泵组单元包括2条并联的辅泵供水支路，两条辅泵供水支路上分别设有一个辅泵U10和U11，所述辅泵组切换单元U5的输入端经辅泵组变频调速单元U4与中心控制单元U1相连，辅泵组切换单元U5的输出端分别与2条辅泵供水支路上的辅泵相连，所述辅泵组切换单元U5的控制端与中心控制单元U1相连。

实际工作时，进水压力检测单元U6采集进水压力信号并经A/D转换后送入中心控制单元U1进行比较，当进水压力由于水泵取水下降到设定下限门限值时，系统将自动封锁水泵加速，并以此门限压力为控制目标调节水泵运行速度，以保护进水管网公共用水安全。出水压力检测单元U7采集出水压力信号并经A/D转换后送入中心控制单元U1，通过变频调速单元和切换单元驱动水泵运行，使出水压力维持在供水压力设定值。主泵组变频调速单元U2将运转主泵转速、功率信息传递至中心控制单元U1，与实时流量数据进行比较，当检测到主泵即将退出高效区，中心控制单元U1将立即停止该水泵运行，变频启动辅泵运行。辅泵组变频调速单元U4将运转辅泵转速、功率信息传递至中心控制单元U1，与实时流量数据比较，当检测到辅泵即将退出高效区时，控制辅泵加速运行以使出水压力达到值守压力上限后停止运行，系统自动进入小流量低压值守状态，当出水压力下降到值守压力下限时，自动启动辅泵重新运行。当流量接近零时系统自动进入休眠工作状态。当一台辅泵达到最高速后，自动切换至工频高速运行，变频切换启动第2台辅泵运行，当第2台辅泵也达到最高速时，中心控制单元U1检测到该状态，即启动一台主泵变频运行，同时逐台停止两台辅泵运行。通过水泵效率的检测与判断，不但可以控制水泵工作在高效区，而且还可以结合泵组的运行状态判断是否工作在小流量工作状态，进而控制设备进入小流量值守工作状态，降低供水值守压力，进一步节能，并有效延长供水设备、管线、器具的使用寿命。

水泵运转效率判断依据水泵额定功率、额定转速、额定流量、额定扬程及水泵H/Q曲线，以及现场实测的水泵流量与功率对应数据，通过人机交互单元U13输入到中心控制单元U1，然后经过比较形成判断依据。

辅泵的流量选择，原则上两台辅泵的流量之和接近一台主泵的高效区流量边缘，以使整个系统完全工作于高效区间之内。当两台辅泵流量之和不足以接近一台主泵高效区流量边缘，可适当增加辅泵数量。

每台水泵都进行H/Q性能曲线分析和测定，避免水泵的低效运行。以CDL20-6水泵为例，其H/Q性能曲线如图3所示。

水泵额定扬程H₀＝70m，额定流量Q₀＝20m³/h，额定转速n₀＝2900r/m，在设定扬程H₁＝65m条件下，通过计算可得出其高效区流量范围：Qmin＝8.5m³/h，Qmax＝22m³/h，将数据输入中心控制单元U1运算判断，切换调节水泵运行，使流量控制在高效区范围之内，使每台水泵始终工作在高效区。

变量变压供水压力动态值，可根据供水流量、供水高度以及管道配置情况确定，数据由人机界面输入到中心控制单元U1由以下公式计算后自动生成：

P＝P₀+K*(U_m/U_r)²

其中P：供水压力；P₀：基础压力；K：压损补偿系数，其值由管道配置情况确定，其取值范围通常在1.0-3.0之间；U_m：实际流量；U_r：额定流量。

当用水流量很小时，管路压力损耗很低，适当降低供水压力反而可提高用户用水质量，不但可以节约电能，还可以延长管线及用水器具的使用寿命。变量变压供水方式相比分时段设定压力供水方式，由于供水压力直接对应流量变化，水压调节平滑且及时准确。

本实用新型在力求供水稳定的前提下，兼顾水泵运行效率，利用小功率辅泵组灵活投切，使系统始终运行在高效区间内，实时检测平滑对接，无论冬夏更替、节日休假、气候突变，都能确保效率指标，全自动调节，不留死角全程覆盖。