供水泵選型及調(diào)節(jié)方式
2017-12-16 16:30:04
在能源供應(yīng)緊張的今天，工程設(shè)計中運用水泵供水節(jié)能技術(shù)，正確地進行泵站設(shè)計，使水泵能經(jīng)常高效運行，將具有重大經(jīng)濟(jīng jì)意義。
水泵把水從水源中取出送至用戶或凈水廠;把凈化的水送至供水管網(wǎng);在長距離輸水中將水加壓;在分壓供水系統(tǒng)中增加管網(wǎng)的壓力;在用水高峰季節(jié)調(diào)節(jié)管網(wǎng)供水量;在工業(yè)循環(huán)供水系統(tǒng)中提升冷卻水和補充新鮮水等。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時，其安裝高度應(yīng)降低，否則也不能吸上水來。按照功能劃分，水泵在供水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中構(gòu)成取水泵站(一級泵站)、配水泵站(二級泵站)、加壓泵站、調(diào)節(jié)泵站、循環(huán)泵站等。可以說水泵站是供水系統(tǒng)中的樞紐，水泵是這樞紐中的心臟。對于水泵的選型、在系統(tǒng)中的運行情況與節(jié)約能源、降低成本、提高經(jīng)濟效益密切相關(guān)。
2 選泵方法
供水泵的選型是根據(jù)所需流量、揚程及其變化規(guī)律，同時考慮水泵常常供水時能高效運行確定。
一級泵站、加壓泵站是按最高日平均時用水量設(shè)計，滿足最高日供水量與揚程來確定泵型及臺數(shù)。二級泵站按供水區(qū)逐時用水量變化設(shè)計，滿足最高日最高時供水量與揚程來確定泵型及臺數(shù)。
2.1 取水泵的選擇
在一級泵站選泵的揚程中，對水源取用設(shè)計低水位。實際上水源出現(xiàn)低水位的機率小，大多數(shù)時間是高于這個低水位的，造成選泵揚程高于大多數(shù)時間所需要的揚程。在水位變幅大的水源中，這一因素的影響(influence)更大。對選泵所用的最高日水量來說，在一年之中最高日水量出現(xiàn)的天數(shù)往往只占百分之幾。大多數(shù)時間低于選泵所用的最高日水量。輸水管中的水頭損失是隨水量的變化成平方關(guān)系變化。顯然，在大多數(shù)時間里，系統(tǒng)上所需揚程和水量皆小于選泵時的揚程和水量。
2.2 供水泵的選擇(xuanze)
二級泵站供水管網(wǎng)的用水量不是一個固定(fixed)值。是逐年、逐月、逐日、逐時地變化著的。管網(wǎng)的水頭損失也是隨水量的變化成平方關(guān)系變化，管網(wǎng)所需的水壓也隨水量的變化而變化。選泵中的揚程和水量采取以點兼面、以大兼小的取值方法，不僅增加了初期設(shè)備(shèbèi)費，也因為水泵長時間的低效率運行造成能量浪費，在經(jīng)濟(jīng jì)上是不允許的。
對于復(fù)雜的管路，當不能準確地求出管路特性曲線時，是無法選擇(xuanze)合適的泵型的。選泵參數(shù)不當，泵不可能高效運行。
2.3 水泵的配置
一般離心泵(Centrifugal pump)的效率為80%左右，選型時往往考慮設(shè)備在使用中挖潛，選泵參數(shù)留有裕量，造成投產(chǎn)初期水泵低效率運行。即使初期使用小泵運行，也存在效率低的問題(Emerson)。
對于揚程、水量變化較大的工況，若使水泵在大多數(shù)時間高效運行，實際是做不到的。
鑒于上述各種情況(Condition)，選泵時，在滿足最大工況的前提下，在用水量和所需水壓變化較大的情況下，可選用多臺性能不同的水泵組合運行，但臺數(shù)多、型號多、管理麻煩。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。也可考慮多臺同型號水泵并聯(lián)運行與單臺水泵獨立運行相結(jié)合的方式方法，選泵時應(yīng)選擇(xuanze)在并聯(lián)運行時每臺水泵的工況點接近最高效區(qū)的左邊界，水泵在單獨運行時，工況點向右移動，仍可處在高效區(qū)運行，這樣選擇的結(jié)果，可促使水泵在整個工況變化范圍內(nèi)的運行效率都較高。這種方式，同樣也因臺數(shù)多，管理麻煩。因此，在水泵供水系統(tǒng)中，采用其他多種節(jié)能措施是非常必要的。
3 水泵適應(yīng)流量、揚程變化的調(diào)節(jié)方式
按照最大工況選泵，與實際運行工況相差較大，降低水泵效率。為此，運行中根據(jù)工況中流量與揚程的變化進行水泵運行工況的調(diào)節(jié)，常用的調(diào)節(jié)方式有下列幾種。
3.1 流量調(diào)節(jié)
3.1.1 減少閥門的開啟度
這是生產(chǎn)中常采用的調(diào)流方式方法。當水泵的工作揚程高于管路所需要的水壓時，為滿足管路的要求，減小水泵出水閥門的開啟度，使閥門增加的水頭損失恰好等于某供水量時水泵揚程與管路所需壓力之差，改變管路的特性來符合相應(yīng)供水量時水泵的揚程。該調(diào)節(jié)方法使大量的電能損失在最大化減少閥門開啟度而產(chǎn)生的阻尼上，使工況在水泵的特性曲線上向左移動，降低了系統(tǒng)(system)運行效率，多耗了電能。
3.1.2 多臺水泵并聯(lián)運行
如前所述，在用水量變化較大的供水系統(tǒng)(system)中，設(shè)置多臺同型號或多臺不同型號的泵并聯(lián)工作，通過調(diào)節(jié)水泵的臺數(shù)進行流量調(diào)節(jié)，以適應(yīng)管網(wǎng)對水量變化的要求。這種運行方式，臺數(shù)不能太多，這不僅因臺數(shù)太多帶來管理麻煩，降低運行效率，而且會增加水泵的開停次數(shù)，縮短設(shè)備的使用壽命，這種方式不能連續(xù)調(diào)節(jié)流量變化，也不能用來調(diào)節(jié)時變化。
3.2 水泵特性調(diào)節(jié)
3.2.1 調(diào)節(jié)水泵葉片的安裝角度
在安設(shè)軸流泵(Axial flow pump)或混流泵時，可利用這種泵的葉片可調(diào)性，使其工作參數(shù)隨葉片安裝角而變化，從而改變水泵的特性。水泵葉片的安裝角度增大，流量增大，水泵的效率也增高。但泵站的綜合效率不一定高，要經(jīng)過計算確定。其調(diào)節(jié)方式方法有全調(diào)節(jié)和半調(diào)節(jié)兩種，全調(diào)節(jié)在水泵運行中利用調(diào)節(jié)機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。半調(diào)節(jié)是在水泵停止運行時，進行葉片安裝角度的調(diào)節(jié)。
3.2.2 車削葉輪直徑或更換不同直徑的葉輪
改變?nèi)~輪直徑可改變水泵的性能。根據(jù)流量的變化，計算出水泵高效運行時滿足工況要求的葉輪直徑，如果工況長期穩(wěn)定，只車削一次即可。如果工況是隨著季節(jié)的變化而變化的，可配備不同直徑的葉輪，進行更換。這種方式受葉輪直徑變化范圍(fàn wéi)的限制。用這種方式代替調(diào)節(jié)閥(使用材料：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)門開啟度的流量調(diào)節(jié)方式，可節(jié)省能耗，但只適用于變化不太大的工況。
3.2.3 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速
利用改變電動機的轉(zhuǎn)速或改變電動機和水泵的速比可改變水泵的特性，使之適應(yīng)供水系統(tǒng)工況變化幅度較大的情況。實踐證明(zhèng míng)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有良好的節(jié)能效果，可簡化和便于泵房設(shè)備(shèbèi)的調(diào)度，易于實現(xiàn)自動控制。
4 水泵的調(diào)速特性及節(jié)能原理
上述各種調(diào)節(jié)方式中，用調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，是降低能耗的最好方式。原因是在改變水泵的轉(zhuǎn)速時且轉(zhuǎn)速變化在±20%范圍(fàn wéi)內(nèi)，保持泵體內(nèi)部的流動狀態(tài)相似的話，那么泵體內(nèi)的水流速度與轉(zhuǎn)速成正比，流量與轉(zhuǎn)速比成正比，揚程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比。軸功率（指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少）與轉(zhuǎn)速比的立方成正比。
Q=Q0(n/n0)
(1)
H=H0(n/n0)2
(2)
N=N0(n/n0)3
(3)
式中：n0為額定轉(zhuǎn)速，Q0為額定轉(zhuǎn)速時的流量，H0為額定轉(zhuǎn)速時的揚程，N0為額定轉(zhuǎn)速時的軸功率，為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速，Q為n轉(zhuǎn)速時的流量，H為n轉(zhuǎn)速時的揚程，N為n轉(zhuǎn)速時的軸功率。
由式
(1)、式
(2)換算后可以得到下式
H = (H0/Q022)Q2
式中 H是水泵運行中任何一工況點的揚程
Q是水泵運行中任何一工況點的流量
當在最佳工況點時，H0/Q0是特定條件為H0、Q0時的特定常數(shù)。指額定轉(zhuǎn)速時的揚程與流量之比。
由式
(4)可以看出，它是以座標原點為頂點的拋物線方程，在這條拋物線上的各點工況相似，可稱為相似工況拋物線，在轉(zhuǎn)速變化為±20%的范圍(fàn wéi)內(nèi)，泵的效率可基本不變，也叫高效率拋物線。
凈揚程不變的單泵調(diào)速節(jié)能原理。Q-H曲線為單泵額定轉(zhuǎn)速為n0時的特性曲線，Q'-H'曲線為單泵轉(zhuǎn)速為n時的特性曲線，Q-Σh曲線為管路特性曲線，A點是水泵選泵的工況點，A點對應(yīng)著Q
A、H
A、ηA，是選泵的主要參數(shù)。由管路特性曲線Q-∑h決定水泵實際運行中的工況點必定在水泵特性曲線的最佳工況點0左右移動。若管網(wǎng)要求滿足A’點的工況，對應(yīng)的參數(shù)是QA'、HA'、ηA"；由圖2見到ηA"≤ηA，效率降低了。根據(jù)式
(4)及QA'、HA'二參數(shù)，可以繪制出相似工況拋物線OB，交Q-H曲線于B點，又得到QBHBηB三參數(shù)，根據(jù)相似工況下水泵的流量與轉(zhuǎn)速比成正或揚程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比得到在A’運行時，計算出水泵的轉(zhuǎn)速n，=(QA'/QB)n0，水泵在n轉(zhuǎn)速下運行，就可以得到滿足工況QA'、HA'運行時的效率ηA'。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。ηA'>ηA"。這就是改變轉(zhuǎn)速后，還能高效運行的原理。
Q-H曲線為額定轉(zhuǎn)速n0時的水泵特性曲線，Q'-H'曲線為轉(zhuǎn)速n時的水泵特性曲線，Q-∑h曲線為管路在凈揚程為h時的特性曲線，Q'-∑h'曲線為管路在凈揚程為h’時的特性曲線，A點是水泵運行的最佳工況點，A點對應(yīng)著Q
A、H
A、ηA三參數(shù)，是選泵的主要參數(shù);實際上水泵運行中常常出現(xiàn)的凈揚程小于h，為h'；在h'時的水泵工況點為B，水泵的運行效率由ηA降到ηB，此時增加了能耗。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。若把水泵的轉(zhuǎn)速由n0調(diào)節(jié)到n時，根據(jù)上述調(diào)速后水泵的特性變化公式，可以算出Q'-∑h'管路特性曲線上的任何一點的轉(zhuǎn)速，得到調(diào)速后的水泵特性曲線，Q'-H'；該曲線與Q'-∑h'曲線交點A'；即滿足管路工況要求，又使調(diào)速后的水泵運行在高效點ηA’上。ηA'=ηA>ηB。
從以上兩個原理圖可以看出，水泵調(diào)速之后，可以得到對應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下的新的最佳工況。不調(diào)速時，只有一個最佳工況點，調(diào)速后得到一條最佳工況線，不調(diào)速時有一條水泵運行最佳工況段，調(diào)速后得到一個牛角形的最佳工況面(一般調(diào)速范圍≯60%為宜)。這樣，水泵運行適應(yīng)工況的范圍擴大了，水泵容易在最佳工況區(qū)運行，最大化減少能耗。
水泵廠家品牌分類及使用范圍