机场供油系统多泵并联变频调压方案的研究与设计

机场供油系统多泵并联变频调压方案的研究与设计

李里

（湖南省工业设备安装有限公司湖南省株洲市）

摘要：供油系统是民用机场最重要的基础保障设施之一，其自动化技术水平的提升对提高整个机场的自动化水平和供油质量起着关键作用。同时，“恒压供油”也是现代化民用机场供油系统的重要要求之一。本次论文研究工作仅围绕如何提高我国民用机场供油系统的自动化水平中如何实现恒压供油这个中心目标展开。

尽管“回流调节法”被应用于民用机场供油系统实现恒压供油己有几十年历史，但它有一个先天的缺陷，那就是浪费能源;同时，回流调节阀开度调节的线性度较差且精度较低，这也给系统的压力调节带来一定的难度。鉴于此，本文提出了多泵并联变频调压的恒压供油方案。

1多泵并联变频调压方案

多泵并联变频调压方案系统在工艺设计上有多台离心泵，均用三相异步电动机驱动（n为电机输出转速）。自动控制系统将其中一套泵机组的电动机通过变频器提供频率可变且幅值也随频率变化而变化的三相电源（CU为幅值，f为频率)，以调节电机转速。系统通过反馈机坪加油管网的实际压力构成压力闭环调节回路。

系统实现恒压控制的过程是:当机坪有新的加油口打开(也即m增大)，致使机坪加油管网压力下降时，系统便增大变频器的输出频率r，于是电机的输出转速n增大，离心泵的转速也便增大，其排量也便随之增大，继而总管流量Q增大，导致机坪压力又开始升高，并重新稳定在设定值。当m减小时，其压力调节原理相同。

一台离心泵的排量是有限度的，为保证机坪加油量大范围变化时压力依然恒定，系统可采用一台变频调速泵和多台恒速泵并联工作的方式来实现恒压供油，即其它离心泵工作在额定转速。变频调速泵构成一压力闭环调节回路，而恒速泵要适时地启动并入或停止退出，使压力闭环调节回路不致失去调节能力，这便构成了一个多泵并联变频调压系统。

为实现恒速泵驱动电机的“软起动”，电机由软起动器驱动。同时，系统在电气控制回路设计上使变频器可切换到任意一套泵机组上，以实现变频器在各套泵机组间的自由调度，也就是说任意一台离心泵都可被用作变频调速泵。

严格地讲，无论是机坪要求压力还是机坪实际压力指的都应该是各加油口处的压力，这是一个分布参数，因为加油口分布在整个机坪管网上，各加油口处的压力是多少有些差异的。但在实际应用中是无法将机坪压力按分布参数处理的，只能按集中参数处理，故只取加油总管末端的压力代表所谓的机坪压力。至于如何尽量减小不同加油口处压力大小的差异则是管路工艺设计问题，不属本论文讨论范畴。多个机场供油系统的实际运行表明，各加油口处与加油总管末端的压力差异是非常小的，足以忽略。这表明，对于自动控制系统，取加油总管末端的压力代表整个机坪压力是完全可行的，是由管路工艺设计所能完全保证的。

2多泵并联变频调压的原理分析及功能设计

对自动控制系统的加油过程设定两种工作状态:等待状态和加油状态。等待状态时，所有泵停止，不向机坪输送航油;加油状态时，至少有一台泵在运行向机坪输送航油。

加油状态又分两种情形，一种是机坪并没有航班加油，系统起泵加油只是为了将机坪油压保持在0.6MPa以上，这个过程称为保压;一种是真正地为机坪航班加油，若加油量小则用单台变频调速泵实现恒压供油，若加油量大则需用一台变频调速泵与一台或多台恒速泵并联工作来实现恒压供油。

本节将讨论以下五方面内容:

.保压的意义及识别。

.当机坪开始有航班加油时，系统如何自动识别?

.单台泵变频调压的原理。

.多泵并联变频调压的原理及恒速泵何时并入或退出?

.当机坪停止加油时，系统如何自动识别?

2.1保压的意义及识别

所谓保压就是要将机坪压力始终保

当机坪压力低于0.6MPa时应起泵保压，无航班加油时，之所以还要将机坪压力保持在0.6MPa以上，其原因有二。首先，机坪上没有航班加油识别信号，在没有航班加油时使机坪保持一定的压力，可使系统能够根据总管流量以及机坪压力的变化判断机坪是否开始有航班加油，从而迅速进入加油状态。其次，从航班开始加油到被系统自动识别再到启泵调压都会有一定的时间延迟，那么，管线的这个保压压力，可在航班开始加油时提供一定的加油量，如果系统启泵及时，可保证不间断加油，从而保证了加油的快速性。

保压的控制过程与加油完全相同，即在软件实现上不再区分起泵

到底是为了保压还是为了真正的加油。但二者的目的却有根本的不同，识别的条件也不同。

2.2出现航班加油的自动识别

等待状态时总管流量Q和机坪油压P：正常情况下Q=0,P恒定或缓慢下降;当出现航班加油时，P急剧下降。因此，在等待状态对Q值进行连续实时测量就能判断机坪是否开始有航班加油。

实践证明，判断机坪是否开始有航班加油只需使用压力P是否急剧下降这一条件即可，无需同时使用Q这一条件。这有两方面的原因:一方面，流量计安装的位置一般距离机坪较远(比如首都国际机场有1公里左右)，从航班开始加油到流量计有反应，存在一定的时间延迟，同时流量计灵敏度不高，大尺寸的流量计对小流量几乎没有反应，且响应迟缓，这使得用Q>0这一条件不能对一等待状态时出现航班加油做出准确而及时的反映;另一方面，在等待状态，只有出现航班加油时才会出现P急剧下降的情形，而且压力的测量都能做到准确而迅速(如美国Rosemount公司的3051系列压力变送器的测量精度为0.075%，响应时间不大于0.2秒)。

判断P是否急剧下降，可通过求P的平均变化律，看其是否小于某一负数来实现。

为进一步避免由于机坪压力的小幅波动和测量噪声带来的误判，采用P的多步平均变化率。

2.3加油停止的自动识别

按泵控流程，在加油完全停止前，只有变频调速泵在运行，处于工作状态的恒速泵的台数N。当加油完全停止时，必有f<fo且P大于等于设定值。因此，系统在加油状态时，只要对f、P和N作连续实时测量就能判断系统是否应转入等待状态。

3变频调速法恒压供油的优点

3.1节约能源

采用变频调速法实现恒压供油比采用回流调节法在节能上效果是非常明显的。这在物理意义上是显而易见的，回流调节法是“不管机坪加油需求量是多少，先把油打出去，用不了再泄放回来”，这就造成了能源的浪费;而变频调速法则是用多少供多少。事实上，这种能源的节约，也已在众多的风机和泵类变频调速系统的实际应用中得到了验证。

与回流调节法相比，变频调压法的节能效果在小型机场供油系统的运行上体现得尤为明显。因为在小型机场，大部分时间加油量都比较小，离心泵的转速都比较低。本方案在新疆乌鲁木齐国际机场供油系统调试期间做了对比试验，发现“变频调速法”比“回流调节法”平均节能19%以上。

3.2便于压力调节

变频器相对回流调节阀具有更高的分辨率和精度，因而更便于系统的压力调节。比如一般的变频器在频率给定信号为模拟量时，其输出频率的分辨率为0.05Hz。

3.3限制电动机起动电流

异步电动机在额定频率和额定电压下直接起动时，由于转子绕组以同步转速切割旋转磁场，转子电动势和电流都很大，故其起动电流可达额定电流的4-7倍，这对电动机十分有害。另外，如果电动机功率较大，过大的瞬时起动电流会对电源形成冲击，引起电网电压的波动。使用了变频器后，由于其输出频率可以从很低频率(这时的同步转速也很低)开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将起动电流限制在一定范围内。

4结论

针对回流调节法浪费能源的先天缺陷，提出了多泵并联变频调压的恒压供油方案。完成了系统的方案设计，阐述了其工作原理，并给出了具体的工程实现方法，包括保压功能的设置、开始有航班加油的自动识别、单台泵变频调压的原理、多台泵并联变频调压的原理、恒速泵并入和退出的条件、以及系统停止加油的自动识别。本方案己在国内多个机场进行了测试，以其诸多优点和明显的节能效果，将成为现代化民用机场实现恒压供油的首选方案，并将参与最新一代民用机场供油系统的实际建设。

参考文献

[1]刘星桥，变频调速在喷灌恒压控制系统中的应用，排灌机械，1999(4):51-53

[2]郭荣祥、弓小龙，采暖锅炉定压控制装置的变频调速改造，自动化与仪表，1999,14(5):65-66

[3]袁华、童国卿，城市煤气输配过程中的变频调速自动恒压控制系统，工业安全与环保，1999(4):19-21

作者简介

李里（1979-02），男，汉族，籍贯：湖南省长沙市，当前职称：电气自控工程师，学历：本科，研究方向：电气自控。