壓力反饋元件對恒壓供水系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響探析

摘 要：變頻恒壓供水系統(tǒng)屬公輔設(shè)施，在工業(yè)生產(chǎn)中，其重要性毋庸置疑。如果壓力不穩(wěn)，水溫、流量就得不到保證，就會影響終端設(shè)備正常工作和生產(chǎn)，甚至損壞設(shè)備。除了管網(wǎng)自身設(shè)計(jì)、安裝因素外，由于壓力反饋元件參與變頻恒壓供水系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)，其自身的穩(wěn)定性、安裝位置的選擇，對系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定壓力，至關(guān)重要。本文結(jié)合壓力傳感器參與恒壓調(diào)節(jié)的過程，從兩種壓力元件的實(shí)際使用效果出發(fā)，得出可以用壓力變送器替代傳統(tǒng)的機(jī)械式遠(yuǎn)傳壓力表，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的供水壓力。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)傳壓力表；壓力變送器；恒壓供水系統(tǒng)穩(wěn)定性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.014

0 引言

壓力反饋元件安裝于變頻恒壓供水系統(tǒng)主管路出口管網(wǎng)上，反饋信號供變頻器讀取，并與設(shè)定的壓力值比較，變頻器根據(jù)內(nèi)置PID算法，不斷對水泵調(diào)速，直到實(shí)際管網(wǎng)壓力值穩(wěn)定在設(shè)定值。反饋元件的穩(wěn)定性，直接影響到變頻器對水泵的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 遠(yuǎn)傳壓力表的工作原理

遠(yuǎn)傳壓力表適用于測量對鋼及合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。儀表內(nèi)設(shè)置一滑線電阻發(fā)送器，可把被測值以電量值傳至遠(yuǎn)離測量點(diǎn)、可被直接讀取的變頻器等上，以實(shí)現(xiàn)集中檢測和遠(yuǎn)程控制，儀表就地指示壓力，便于現(xiàn)場工藝檢查。

儀表由一個(gè)彈簧管壓力表和一個(gè)滑線電阻發(fā)送器組成，遠(yuǎn)傳壓力表機(jī)械部份的作用原理與一般彈簧管壓力表相同[1]。

由于電阻發(fā)送器設(shè)置在齒輪傳動機(jī)構(gòu)上，因此當(dāng)齒輪傳動機(jī)構(gòu)中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，電阻發(fā)送器轉(zhuǎn)臂也相應(yīng)地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行，使得被測壓力值的變化變換為電阻值的變化，而傳至遠(yuǎn)方，進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

2 壓力變送器的工作原理

被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器輸出的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入到程控系統(tǒng)中[1]。

常用的壓力傳感器芯體有陶瓷和擴(kuò)散硅兩種，是制造壓力傳感器及壓力變送器的核心部件，其中擴(kuò)散硅是一種高性能的一次壓力測量產(chǎn)品，可以方便地進(jìn)行放大處理，裝配成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出的變送器，廣泛應(yīng)用于石化、冶金、電力、航空、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)的過程控制。

3 兩種壓力反饋元件對系統(tǒng)穩(wěn)定性的實(shí)際影響

遠(yuǎn)傳壓力表和壓力變送器，均可被變頻器模擬輸入端接收（輸入類型可通過變頻器輸入類型撥碼開關(guān)進(jìn)行選擇），用于PID調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)傳壓力表反饋0-10v信號，壓力變送器通常反饋的是4-20mA信號。

供水系統(tǒng)穩(wěn)定水壓主要靠遠(yuǎn)傳壓力表和變頻器配合使用：變頻器的模擬輸入端提供10v的電壓給遠(yuǎn)傳壓力表，遠(yuǎn)傳壓力表隨管網(wǎng)壓力的變化，相當(dāng)于一個(gè)可變的滑動變阻器，分壓得到一電壓值反饋至變頻器的輸入端，與設(shè)定值比較，變頻器根據(jù)PID參數(shù)和功能，動態(tài)調(diào)節(jié)輸出，以控制水泵轉(zhuǎn)速，從而使管網(wǎng)壓力維持在所需的設(shè)定壓力。

但是，實(shí)際使用過程中，鑒于遠(yuǎn)傳壓力表自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性不足，對系統(tǒng)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和安裝要求較高。簡單的說，遠(yuǎn)傳壓力表機(jī)械部分連續(xù)受一定壓力的水頻繁沖擊，以探測壓力，如果系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，易出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)不靈，失真，卡滯，直接影響變頻器的跟蹤和調(diào)節(jié)，進(jìn)而引起變頻器輸出不穩(wěn)定。

第一，實(shí)際使用中，例如出口閥閥板松動，將導(dǎo)致水的流量和壓力忽大忽小，波動范圍大，頻率快，遠(yuǎn)傳壓力表將震蕩的水壓不斷反饋至變頻器，往往變頻器還沒調(diào)節(jié)過來，就又接收到新反饋值，造成輸出忽大忽小，水泵忽快忽慢，惡性循環(huán)，系統(tǒng)根本控制不住。管網(wǎng)晃動，遠(yuǎn)傳壓力表甚至?xí)Z至最大值，該值反饋給變頻器，造成水泵轉(zhuǎn)速過低，甚至驟停，遠(yuǎn)傳壓力表在變頻器還沒響應(yīng)過來時(shí)，壓力值又突降，電機(jī)又要升速，甚至出現(xiàn)水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器輸出的轉(zhuǎn)速和電流呈現(xiàn)近似規(guī)律又不是規(guī)律的忽大忽小，電機(jī)聲音也忽大忽小，會嚴(yán)重影響變頻器、水泵、電機(jī)、閥門、管道的使用壽命，水錘始終出現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，導(dǎo)致停車機(jī)率過高。

第二，從系統(tǒng)管網(wǎng)來說，工廠對系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)、安裝要求不一，管網(wǎng)對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以保證，管道布局不盡合理，明敷管道過長，雜亂，轉(zhuǎn)彎多，再加上管道支撐和固定不良，導(dǎo)致整個(gè)管網(wǎng)實(shí)際供水時(shí)晃動較大，管網(wǎng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致恒壓供水系統(tǒng)穩(wěn)定性很差，進(jìn)一步影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。

水壓力不穩(wěn)，直接導(dǎo)致工廠需冷卻的生產(chǎn)設(shè)備溫度過高，甚至損壞，進(jìn)而增加設(shè)備的維修維護(hù)成本，產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、產(chǎn)能低下，導(dǎo)致設(shè)備故障率高，設(shè)備利用率和運(yùn)轉(zhuǎn)率偏低，影響企業(yè)效益。

壓力變送器是硅壓傳感器與數(shù)字補(bǔ)償修正技術(shù)結(jié)合的高性能壓力變送器，它選用高穩(wěn)定性和可靠性的壓阻式壓力傳感器及專用IC電路，經(jīng)過整機(jī)溫度補(bǔ)償與性能測試，廣泛適用于工業(yè)控制、過程檢測、化工、電力、水文、地質(zhì)等行業(yè)流體壓力的檢測和控制。

因此，用壓力變送器取代機(jī)械式電阻遠(yuǎn)傳壓力表，改善了遠(yuǎn)傳壓力表自身的不穩(wěn)定性以及由它引起的水泵調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性，效果直接、明顯。反饋元件推薦使用壓力變送器，可利用電氣二次壓力表替代管道上的遠(yuǎn)傳壓力表，直觀顯示管網(wǎng)的實(shí)時(shí)壓力。

壓力變送器應(yīng)安裝在出水主干管路上，選擇遠(yuǎn)離拐彎處，并力求水流平滑處，配蛇形管加以緩沖，表閥控制開閉。注意不能將壓力變送器安裝于有多臺泵的任意分支管路上。

4 結(jié)語

壓力變送器在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，在管網(wǎng)設(shè)計(jì)、安裝合理的前提下，極大的保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性。壓力檢測、反饋元件只有在自身長時(shí)間穩(wěn)定工作的前提下，參與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，才能保證水泵，電機(jī)，管道，閥門工作于最優(yōu)狀態(tài)，延長了各部件的使用壽命，進(jìn)而滿足了工廠終端用水設(shè)施的正常使用，保證了工廠主體設(shè)備的完好率和運(yùn)轉(zhuǎn)率，對于促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，作用明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳建平.傳感器原理及應(yīng)用（第3版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2016（01）.

作者簡介：高亮（1986-），男，河北武安人，本科，助理工程師，設(shè)備工程師 ，從事電氣類的相關(guān)工作。endprint